Значення масштабних факторів для конструкційних деталей

Шорсткість поверхні деталі впливає на границі витривалостей, тому що по краям нерівностей, які виникають на поверхні після обробки, виникає концентрація напружень. Вплив якості обробки поверхні оціню­ється технологічними факторами ɛ''_σ, ɛ''_τ, які являють собою відно­шення границь витривалостей деталей при даній обробці σ''_-1 , τ''_-1, до границь витривалостей гладкого полірованого зразку σ''_{-1зраз.пол} , τ''_{-1зраз.пол}:

Найбільші значення коефіцієнтів ɛ''_σ та ɛ''_τ відносяться до поліро­ваних поверхонь. Погіршення якості обробки поверхні у порівнянні з по­лірованою приводить до зменшення границь витривалостей.

Значення технологічних факторів при різних видах обробки наве­дені у табл. 8.3.

Таблиця 8.3

Значення технологічних при різних видах обробки поверхні

Усі фактори (К_σ , ɛ'_σ , ɛ''_σ ) відносяться до змінної складової циклу - амплітуди напружень σ_а. Максимальне напруження циклу з урахуван­ням указаних факторів:

Границі витривалостей здебільшого залежать від типу напруженого стану. Для підвищення опору втомі застосовують різні технологічні за­соби, а саме:

• зміцнення поверхні пластичною деформацією (накатування роли­ком, обдув дробом та інше);

• загартовування індукційним нагріванням СВЧ, при якому з'явля­ються залишкові напруження стиску у загартованій поверхні;

• хіміко-термічна обробка (азотування, цементація), яка забезпечує значне збільшення опору втомі.

Границя витривалості залежить також від асиметрії циклу, що харак­теризується відношенням:

Запас міцності щодо витривалості

де а_σ — коефіцієнт приведення заданого асиметричного циклу до рівнонебезпечного

симетричного, аσ = σ_-1 – σ_a0 / σ_a0 ; аналогічно а_τ .

У свою чергу, приблизні значення амплітуд пульсуючого циклу ле­гованих сталей дорівнюють:

при згині σ_a0 = 0,5 • (1,4...1,6 )σ_-1;

при розтягуванні-стиску σ_a,p0 = 0,5• (і,5...1,8) σ_-1p;

при кручінні σ_a0 = 0,5 • (1,4...1,6 )τ_-1

Із урахуванням фактора форми, масштабного та технологічного факторів запас міцності відповідно для нормальних та дотичних напру­жень запишемо у вигляді:

де τ_т — середнє дотичне напруження.

Коефіцієнти приведення а_σ,а_τ для нормальних та дотичних на­пружень у сталях з різними межами міцності σ_в наведені у табл. 8.4.

Таблиця 8.4

Коефіцієнти приведення

Для сталей з межами міцності σ_в < 550 МН/м² коефіцієнти а_σ , а_τ дорівнюють нулю.

Залежно від асиметрії циклу руйнування може відбуватися від вто­мних зламів, що носять крихкий характер, без попереднього утворення пластичних деформацій або після їх утворення. У першому випадку міц­ність характеризується границями витривалостей, а у другому - опором пластичним деформаціям, тобто межами плинності.

Запас міцності "за плинністю" визначається із формули:

де σ_τ — межа плинності матеріалу для нормальних напружень.

Якщо враховувати вплив концентрації напружень, розмірів деталі та якості обробки поверхні, то формули запасів міцності для нормаль­них та дотичних напружень будуть мати вигляд:

де τ_т — межа плинності матеріалу по дотичним напруженням.

При складному напруженому стані, коли у деталях одночасно вини­кають нормальні та дотичні напруження, загальний запас міцності п₀ у відповідності з третьою теорією міцності підраховують, визначивши пе­редчасно часткові запаси міцності для нормальних п_σ та дотичних п_τ напружень:

Характеристики міцності сталей, МН/м², які найбільш застосову­ються у двигунах, наведені у табл. 8.5.

Таблиця 8.5