Биргер И А , Шорр Б Ф , Иосилевич Г Б - Расчет На Прочность Деталей Машин Справочник (1993.4 Изд)(Scan) (947315), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Прн переменных напряженках деталь разрушается от меньших нагрузок, чем прн посто»нных Усталостное разрушенне, как правило, начинается с поверхности в местах высокой концентрапнн напряжений. Трещина обычно развивается в направлении, перпендикулярном линии действия нанбольшнл нормальных напряжений. Когда прочность оставшейся части становится недостаточной, происходит окончательное разрушение (рнс 6) Переменное напряжение перноднческн меняется от нанменьшего значення отзн до наибольшего омзх н обратно с размахом Ло = омзз — сенна (рис 7).
Среднее напряжение оее = 0,5 (о„,„-)- о,„), (8) В' Цикл называют снмметрнчным, если наибольшее н наименьшее напряжения равны по величине, но протнвоположны по знаку. Такой цикл осуществляется прн стандартных нспытаннях на усталость образцов в виде вращающихся валиков круглого сечения (днаметром 7 — 10 мч) прн изгибе момен. тами постоянной величины н направ. лепна (рнс.
8). На практнке встречаются в основном асимметричные циклы. Коэффнцнентом аснмметрнн цикла называют отношение анна Г оазх Для симметричного цикла пт =О, омзз =оо = — анан, г = — 1. Важным частным случае м аснмметрнчного цикла является огнулевой (пульсацнонный), когда напряжения меняюзся от нуля до максимального значения, как, например, прн изгибе зубьев зубчатых колес (рнс. 9). Для такого цнкла а н == О, озз — †= О,бомзз г = 0 Ьаенку сопротннляемостн чатернала действию переменных напряжений проводят нспытаннямн на усталость партнн нз 15 — 20 однотнпных образцов, которые доводят до разрушения прн разном уровне амплитуд напряжений. По результатам нспытання строят крнвые усталости (крнвые Велера).
по- Рис. т. Цикл переменного ненриженми Свойсвма врн переменных налряхелиях м„, й "!пээ миэг г цМаэл а» = -ппп» Оэ ч гоша» ал = ата» а, »-аша» Рис. з. Воэиикиовсиие сиииетричиого цик»э «ереиеиим» илпрлмеиий ари иэгьбе врл щ*ющегосв круглого велике, по»оцепил У и М отлич*ютсл иэ половику оборота и»в Рис.
В. Скеив отиулевого !пуль еци иного! цикла ие. примеиий в зубе вуич»»о» коле. сл,ИПа Рйй ггйй Рйй Р гй Ра !Рэ гйе !Рг гйг !Рг гйэл Рис. 1В. Криээв уст»лести» (у Реэрушившиесл и Π— иервэрушившиеси об- Рзецм казызьющне зависимость между чис. лом циклов до разрушения М и иекси.
малььым напряжсьием или ампллтудой цикла (рнс. !О). По оси абсцисс, а иногда и по оси ординат д я удобства откладывают значения 12 М и !й о. Зависимость разрушающих аь»плитуд оо от числа циклов до разр! щения М (в определенных пределах) ьмеет вид ашМ = С = сопз1, (!О) где ш, С вЂ” постоянные для данного материала, обычно гл =- 4 —.
!2. Для большинства сталей прн умеренных температурах кривая усталости, начиная с числа циклов М ~ !О' †. 10', ст иоаится практически горизонтальной, т. е. образцы, выдержавшие указзнное число циклов, не разрушаются н при дальие шшм нагружении. Поэтому испытания сталей прекращшот при М = (1 —:2)Х Х 10т циклов. Наибольшее значенве максимчльиого напряжения ашэ» ° при ко~ором материал мо кет выдерукать без разрушения пректически неограниченное чи:ло циклов, называют пребелом змппслизсктн, Легкие сплавы, а также лгатериалы при высоких температурах н при испытаниях в коррозиоины'г средах имеют криьые устааости в координатах ам,„ — 12 М без гоРизонтального 2 заказ еоз участив В этом случае определяют ограниченный предел выносливости, соотьегствующий определенной базе испытаний (обычно М = (О, ! — 1) Х Х10' циклов) Для получение падеж.
ной оценки предела выносливости число неразрушивши. ся образцов прн даяном уроьле переменных напряжений должка быть не менее шести. Предел выносльвостн симметричного цикла обозначают а,, так как для такого цикла г = — 1. Для сталей ориентировочно можно считать а , еи (0,55 — 0,0001а ) ав, тле а, — в Л(Па. Для касательных напряжений т э аи О,б 34 А(кканические карактеристики материалоэ и оценка прочности ае = а з — феоны (11) 3. Прнблнженные знечення ноеФФнцнентое Фп н Ф длн сталей прн нормельной тепперетуре н ° зажк МПе Внд деФормации 52 — 72 ~ 72 — 100 55 — 52 120 в 140 1ОΠ— ПО О. 25 0,15 Изгиб н рестяженне Кручение О аз О1 о о. Оз ош О.1 Рнс.
11. Днегренпе предельных напряже- «на Испытания на устилать при асимметричных циклах проводят на специальных машинах. По результатам испытаний строят диаграммы предельных напряжений ажзх и аппп = / (ат) (рнс. 11) или предельных амплитуд цикла ао = /(ат) (рис. 12). Если на диаграмме предельных напряжений провести прямую под углом 45' н горизонтальной оси, »о отрезок АВ даст значение среднего напряжения циклз, а отрезок ВС = В/1 — значение предельной амплитуды, соответствующей пределу выносливости цинлов с коэффициентом асимметрии г, расаоложениых на луче ОС, Через ае обозначают предел выносливости отнулевого цикла, для которого 7 = О. Всегда ае ) а,, но а„о ~ а 1. Постоянные растягивающие напряжения уменьшают сопрогивление усталости, поэтому прн увеличении среднего напряжения цикла предельная амплитуда а становится меньше, хотя предел выносливости аж,„увеличи.
Рнс. 12. ДиагРамиа предельные енппнтуД непрнженнй вается. Для упрощенна расчетов принимают, что на участие диаграмм между симметричным и откулевым циклом предельные амплитуды изменяются линейно (штриховые линии на рнс. 11 н 12): где фо — коэффициент, характеризующий чувствительность ма»ериала к асимметрии цикла Аналогичную формулу, ио с коэффициентом ф» используют для касательных напряжений. Для цинлов с асимметрией до ат/а з =- 1/(1+ фо) (примерно до атм/ае —— 0,4 —:О,б) значения фо н ф» для сталей принимают по данным табл.
3. Для»итана и легних сплавов фо пэ 0,2 —:О,З. В запас прочности для всех циклов с растягивающимн средними напряжениями можно считать зро пз а,/агп что соответствует штрихпунктирным линиям на рис. 11 и 12. Постоянные сжимающие напряжения до определенных пределов способствуют повышению сопротлвления Свойства при переменных напряжениях 33 о,г (а,)а к а, (12) усталости, особенно для малопластичных материалов. В расчетах для сжатия (при ат( 0) обычно принимают фа= 0 На предел выносливости оказывают существенное влияние следующие фаи.
тойы. 1, Абсолютные размера детали. С увеличением размеров детали пре. дел выносливости уменьшается, что оценивается коэффициентом влияния абсолютных размеров поперечного сечения Кн (рис. 13); где (а Дл — предел выносливости гладких образцов диаметром й; о,— то же для стандартных лабораторных образцов диаметром 7 — 10 мм. 2, Концентрация напрязгений. Чем выше концентрация напряжении, теч ниже предел выносливости Влияние концентрации напряжений на сопротивление усталости оценивается эффективным коэффициентом коацентрацяи напряжений при перелгениой нагрузке Ке, который определяют экспериментально как отношение предела выносливости гладко~о образка (а !)н к пределу выносливости образца того же размера с концентрацией напряжений (например, с надрезом): К.= ('-)и . (!3) (а-гн)л Зффективный коэффициент концентрации Ко обычно меньше теоретического коэффициента концентрации при упругом распределении напряжений ао и связан с нич соотношением Ко = 1+ !)о (ао 1) где !)~ — коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений.
Для конструкционных ннзкоуглеродистых стаяей и жаропрочных деформируемых сплавов ае = 0,2 †' 0,41 для легированных сталей до '= 0,6-. 0,8; для алюмкнневых сплавов де = 0,3 —;О,б. Особенно чувствительны к концентрации напряжений высоко- прочные титановые сплавы, для котоРых д„= 0,8 —:0,9. С увеличением раз- 2' 44 ГЗ И Н ЗС 405440 Гсвг гласил Рнс, !а. Кееаанцнент елнлнлл абсолют- ных ралмерее! ! — углеродистые стеле, ое = 400ь 500 Чца, 2 — легерееенные стели, 0„ = = !00О .!40О МПе иеран зерна и неоднородности струн- туры (например, у серого чугуна) коэффициент бо уменьшается до О,!— 0,2 (см гл.
31). 3 Состояние поверхности. Чем меньше микронеровности поверхности, тем выше предел выносливости детали. Сопротивление усталости повышается после терлюхнмических и механических обработок, которые создают в поверхностном слое остаточные напряже. ния сжатия н повышают его твердость (цементация, азотнрование, поверхностная закалка, наклеп). После шлифования в поверхностном слое могут возникать остаточные напряжения растяжения, которые снижают сопротивление усталости.
Важное значение имеет упрочняющая технология (обдувка дробью, обкатка роликом и др ), повышающая пределы выносливости деталей (см, гл, 31), Состояние поверхности учитывают при определении К или отдельным иоэффициентом где (о,„)п — предел выносливости натурной детали, 4 На состояние поверхности сушественно влияет окружаюи(ая среда. В коррозионных средах (в морской воле и др.) предел выносливости конструкционных сталей, особенно высокопрочных, резко падает. Титановые сплавы малочувствительны к корроэионному воздействию влажного воздуха и морской воды.
36 Мехакичсскис характеристики материалов и оценка прочности двВп (а хи)д — — — а,. Кп МАЛОИИКЛОВАЯ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ур ! !а-т ю тс' гр тр ю в(ашмс б. Час!пота персменныл направлений. С увеличением частоты предел выносливости обычно повышается. Из формул (12) — (!4) следует: Большинство деталей машин работает определенными циклами пуск, рабочие режимы, остановки. Соответственно этому напряженно.деформированное состояние деталей меняется циклически. За время эксплуатации общее число циклов может меняться от 10 †1 для стационарных установок до 10« — 10' и более для транспорт. ных машин, грузоподъемных устройств и других механизмов.
Хотя в каждом цикле иагружеиие носит статический характер, но при повторных нагруженная в материале появляются явления, типичные для усталости, Поэтому разрушение деталей при сравнительно небольшом числе циклов (10» — 10') называют малоцикловоб усталостью, а сюсобность материала сопротивляться такому раз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
