1.8. Местные напряжения в деталях машин

Экспериментально установлено, что на значение предела вы­носливости влияют размеры, форма и состояние поверхности деталей.

Влияние размеров. Чем больше абсолютные размеры попе­речного сечения детали, тем меньше предел выносливости, так как возрастает вероятность существования внутренних дефектов (раковин, шлаковых включений и др.). Это учитывается коэффициентом влияния абсолютных размеров.

Таблица 3.1. Значения коэффициента Kd (выборка)

Деформация и материал	При диаметре вала d, мм
	20	30	40	50	70	100
Изгиб для углеродистых сталей	0, 92	0, 88	0, 85	0, 81	0, 76	0, 71
Изгиб для легированных сталей и кручение для всех сталей	0, 83	0, 77	0, 73	0, 70	0, 67	0, 62

В лияние формы. В местах резкого изменения формы попе­речного сечения деталей (у отверстий, канавок, выточек, в резьбе, в переходных сечениях и др.) на­пряжения больше номинальных а или т, определяемых по формулам сопротивления материалов (рис. 3.5).

Явление местного увеличения напряжений называется концентрацией напряжений.

Местные напряжения быстро убывают по мере удаления от концентратора, их вызвавше­го (отверстия, канавки, паза и др.). Многократные изменения напряже­ний в зоне концентратора напряже­ний приводят к более раннему обра­зованию трещины с последующим усталостным разрушением.

Рис. 3.5. Эпюры напряжений

Влияние формы детали на пре­дел выносливости учитывается эффективным коэффициен­том концентрации напря­жений Ко (Кг), равным отношению пределов выносливости при одинаковых видах нагружения двух образцов одинаковых размеров - - гладкого – о – 1 (Т - 1) и с концентратором напряжений – о – _1к (Т – 1_к)

Для наиболее характерных концентраторов напряжений зна­чения Ко и Кт даны в табл. 3.2.

Влияние шероховатости поверхности. С увеличением шерохо­ватости поверхности детали предел выносливости понижается. При переменных напряжениях первичные усталостные микротре­щины возникают обычно в поверхностном слое. Этому спо­собствуют дефекты механической обработки (следы резца).

Таблица 3.2. Значения коэффициентов К и Кт-(выборка)

Источник концентрации напряжения	Ко	Кт
	о стали, Н/ мм2	К,, Н/мм2
	< 700 > 700	<700	>700
Галтель (см. рис. 22.4,6):
при */r = 2 и r/d = 0,02	1,85 2,0	1,55	1,65
при t/r = 2 и r/d = 0,05	1,8 2,1	1,6	1,7
Шпоночная канавка, выполнен-
ная концевой фрезой	1,9 2,3	1,7*	2,2
Шлицы прямобочные	1,6 1,72	2,45	2,7
Резьба	2,2 2,6	1,6	2,0

Примечание. Если в расчетном сечении вала несколько концентраторов напряжений, то в расчет принимается тот, для которого больше шлифовального круга), являющиеся концентраторами напря­жений.

Влияние качества поверхности на предел выносливости учи­тывается коэффициентом влияния шероховато­сти поверхности Кг (табл. 0.3).

Таблица 3.3. Значения коэффициента. Кр (Выборка)

Вид механической обработки	Параметр шероховатости поверхности Rа, мкм	Кf при о, Н/мм2
		< 700	> 700
Обточка	2, 5 … 0, 63	1, 1	1, 2
Шлифование	0, 32…0,16	1, 0	1, 0

Влияние упрочнения поверхности. Для повышения несущей способности деталей широко используют разные способы поверх­ностного упрочнения: цементацию, нитроцементацию, азотиро­вание, поверхностную закалку токами высокой частоты (т. в. ч.), деформационное упрочнение (наклеп) накаткой роликами или дробеструйной обработкой. Упрочнение поверхности деталей зна­чительно повышает предел выносливости, что и учитывается коэффициентом влияния поверхностного уп­рочнения Kv (табл. 3.4).

В местах посадки деталей с натягом (под­шипников качения, зубчатых колес и др.) влияние, абсолютных размеров поперечного сечения вала на предел выносливости

оказывается более резким. В этом случае для оценки концентрации напряжений используют отношения Kv/Kd и Kr/Kd (табл. 0.5).

Таблица 3.4. Значения коэффициента /C_v (выборка)

Вид упрочнения поверхности вала	сердцевины, Н/мм2	/Cv
		Валы	с концентрацией напряжения
		/Со < 1,5		/С«=1,8...2,0
Закалка т. в. ч. 600 ... 800 1,6... Накатка роликом 1,3... Дробеструйный наклеп 600... 1500 1,5...			1,7 1,5 1,6	2,4 ... 2,8 1,6 ...2,0 1,7 ...2,1

Таблица 0.5. Значения Ко/ Kd и K^/Kd для валов в местах посадки деталей с натягом (выборка)

Диаметр		Ka/Kd при ав, Н/мм2								Kr/Kd при 0В, Н/мм2
вала
d, мм		700		800		900	1000			700 800 900			1000
3,25	3,5		3,75		2,2			2,35	2,5		2,65
3,96	4,3		4,6		2,6			2,78	3,07		3,26
4,25	4,6		4,9		2,8			2,95	3,2		3,34

30 3,0 50 3,65 >100 3,95

Примечание. Наибольшая концентрация напряжений возникает у края напрессованной детали.

Коэффициенты концентрации напряжений для данного сече­ния детали определяют с использованием приведенных выше данных:

Пределы выносливости детали в рассматриваемом сечении будут: