Факторы, влияющие на усталостную прочность
Концентрации напряжений.В местах резких изменений конфигурации детали (переходы от одного диаметра вала к другому, шпоночные канавки, выточки, отверстия и т.д.) возникают повышенные напряжения — концентрации напряжений.Концентрации напряжений снижают усталостную прочность. Это обстоятельство учитывается путем введения эффективного коэффициента концентрации напряжений,который представляет собой отношение
где — предел выносливости стандартного образца, не имеющего концентратов напряжений; — предел выносливости образца, имеющего данный концентратор.
Аналогично определяется эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении
Отметим, что чем выше прочностные свойства материала, тем он более чувствителен к влиянию концентраций напряжений.
Влияние обработки поверхности.Чем лучше обработана поверхность детали, чем выше ее гладкость, тем, при прочих равных обстоятельствах, выше ее усталостная прочность. И наоборот, если поверхность детали имеет неровности, трещины и прочие дефекты, то усталостная прочность такой детали понижается.
Влияние обработки поверхности учитывается с помощью коэффициента качества поверхности
где — предел выносливости стандартного, тщательно полированного образца; — предел выносливости образца, имеющего данную обработку.
|
|
Замечено, что чем выше прочностные свойства материала, тем он более чувствителен к обработке поверхности.
Иногда производят обработку поверхности, повышающую ее качество. Это закалка токами высокой частоты, обкатка роликами, обдувка дробью и т.д. Повышение усталостной прочности при этом учитывают с помощью коэффициента
Масштабный фактор.Чем больше размеры поперечного сечения детали, тем ниже, при прочих равных обстоятельствах, усталостная прочность, так как чем больше объем детали, тем выше вероятностьвнутренних дефектов: усадочных трещин, раковин, каверн и т.д.
Влияние размеров сечения учитывается с помощью коэффициента масштабного фактора
где — предел выносливости стандартного образца диаметром 10 мм; — предел выносливости образца, имеющего данный диаметр.
Как и в предыдущих случаях, более прочные материалы чувствительнее к масштабному фактору.
Коэффициент запаса усталостной прочности
Пусть даны амплитудное и среднее напряжения цикла для некоторой детали. Требуется найти коэффициент запаса усталостной прочности. Непосредственно воспользоваться диаграммой предельных амплитуд нельзя, так как эта диаграмма пригодна для образца, а свойства образца и детали различны. Скорректируем ординату рабочей точки таким образом, чтобы учесть все три фактора, влияющих на усталостную прочность, и вместо отложим величину , которую примем равной
|
|
(1)
Коэффициент запаса можно трактовать как отношение отрезков:
Проведем отрезок параллельный отрезку Тогда из подобия треугольников и следует
(2)
Входящие сюда отрезки определяются так:
Подставляя эти выражения в формулу (2) и учитывая формулу (1), получим формулу коэффициента запаса усталостной прочности при изгибе:
(3)
Если деталь подвергается поверхностному упрочнению, то коэффициент в формуле (3) вычисляется по формуле
(4)
В машиностроительной практике часто встречаются случаи, когда деталь работает на изгиб с кручением (валы, оси). В этом случае вначале производится расчет на изгиб, и по формуле (3) определяется коэффициент запаса усталостной прочности при изгибе. Затем производится расчет на кручение и определяется коэффициент запаса усталостной прочности при кручении по формуле
|
|
(4)
где — эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении; — коэффициент масштабного фактора при кручении.
Коэффициент запаса усталостной прочности при совместном действии изгиба и кручения определяется по эмпирической формуле Гафа–Полларда:
(5)
В заключение заметим, что расчет на усталостную прочность производится на заключительном этапе проектирования детали. Вначале производится расчет на прочность и жесткость и определяются все размеры детали. Выбирается способ ее обработки. И только тогда определяется коэффициент запаса усталостной прочности.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1603; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!