ПЛАКАТ 5
Переменные напряжения, появляющиеся в деталях от изменения нагрузки или в результате изменения положения сечений по отношению к постоянной нагрузке (например, при вращении детали). Они приводят к внезапному разрушению деталей, хотя величины этих напряжений существенно ниже предела текучести. Это явление называется усталостью.
Усталостное разрушение начинается с накопления повреждений и образования на поверхности микротрещины. Развитие трещины происходит обычно в направлении, перпендикулярном линии действия наибольших нормальных напряжений. Когда прочность оставшегося сечения становится недостаточной, происходит внезапное разрушение.
Поверхность излома имеет две характерные зоны: зону развития трещины с гладкой поверхностью и зону внезапного разрушения – долома, с крупнозернистой поверхностью хрупкого излома.
Способность материала воспринимать многократное действие переменных напряжений без разрушения называется выносливостью или циклической прочностью.
Циклы переменных напряжений
Совокупность всех значений напряжений за время одного периода Т их изменения называется циклом напряжений.
Основными параметрами цикла являются: наибольшее σ max и наименьшее σ min в алгебраическом смысле напряжения цикла.
Среднее напряжение: 
(5)
Амплитуда цикла: 
(6)
Коэффициент асимметрии цикла:
(7)
Если σ max = σ, σ min = -σ – имеем симметричный цикл.
Для него σm = 0; σ a = σ; r = –1.
Для пульсирующего отнулевого цикла:
σ max = σ; σ min = 0; σm = σa = σ /2; r = 0.
Все остальные циклы называются асимметричными (несимметричными).
Наиболее опасным является симметричный цикл, поскольку для него предел выносливости имеет минимальное значение.
|
|
ПЛАКАТ 6
Пределом выносливости σ -1 называется наибольшее переменное напряжение, которое может выдержать образец без разрушения в течении неограниченного числа циклов. Его величину определяют на основании опытных данных по испытаниям не менее 10 одинаковых образцов диаметром 8÷10 мм с полированной поверхностью.
Образец закрепляется в патроне, который вращается с некоторой угловой скоростью. На конце образца посажен подшипник, через который передается сила F. При этом образец подвергается изгибу с симметричным циклом.
Первый образец нагружают нагрузкой ⅔· σ в и определяют число циклов (оборотов) до разрушения N1, затем испытывают второй образец при напряжении, меньшем на 15% и получают N2 и т.д. По результатам испытаний в координатах (σ, N) строят график, который называется кривой выносливости (усталости или кривой Вёлера).
Предел выносливости определяется при базовом числе циклов N0. Для сталей N0=107 циклов. Для цветных металлов и закаленных сталей N0=108.
Ориентировочно величину предела выносливости для сталей можно определить по эмпирической зависимости:
σ-1= 0,43·σв - углеродистые конструкционные стали (8)
σ-1= 0,35·σв + (70…120)МПа – легированные стали
ПЛАКАТ 7
На величину предела выносливости конкретных деталей, работающих в реальных условиях влияет ряд факторов:
1. Масштабный фактор учитывает влияние на предел выносливости размеров детали:
(9)
Это отношение предела выносливости детали заданных размеров к пределу выносливости лабораторного образца. Значения приводятся в таблицах (ε =0,5÷1,0).
|
|
2. Коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности детали и упрочняющей технологии (термическая, термохимическая, механическая) на величину предела выносливости
(10)
Отношение предела выносливости детали с данной обработкой поверхности к пределу выносливости тщательно полированного образца приводятся в справочниках (β =0,6÷2,0).
3. 
Эффективный коэффициент концентрации напряжений учитывает влияние конструктивного оформления детали, наличие концентраторов напряжений (отверстия, галтели, выточки, шпоночный паз и т.д.)
(11)
Отношение предела выносливости гладкого образца к пределу выносливости образца тех же размеров, но имеющего тот или иной концентратор.
Значения kσ приводятся в справочниках (kσ = 1,0÷3,0 и более).
Действительный предел выносливости рассчитываемой детали с учетом этих факторов будет определяться:
(12)
ПЛАКАТ 8
Расчет на выносливость выполняют после статического расчета, определения размеров и конструктивного оформления детали. Цель расчета на выносливость – определение фактического коэффициента запаса прочности и сравнение его с допускаемым:
S≥[S] (13)
Коэффициент запаса прочности при симметричном цикле изгиба характеризуется отношением действительного предела выносливости детали к амплитуде цикла σа:
(14)
Аналогично определяют коэффициент запаса прочности при кручении:
(15)
При сложном напряженном состоянии коэффициент запаса прочности вычисляют по формуле:
(16)
При несимметричных циклах в случае любого вида нагружения (изгиба, растяжения-сжатия, кручения) пользуются следующими зависимостями.
|
|
Для нормальных напряжений:
(17)
Для касательных напряжений:
(18)
где ψσ, ψτ – коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла, даются в справочниках в зависимости от предела прочности материала.
При расчете валов допускаемый запас прочности (и жесткости).
[ S ]=1,5 (2,5) (19)
ПЛАКАТ 9
