2. Влияние на усталостную прочность состояния поверхности и размеров деталей

Состояние поверхности играет большую роль в усталостной прочности деталей. В случае чистой и тонко обработанной поверхности предел усталости возрастает. При грубой обработке наличие мелких дефектов приводит к снижению усталостной прочности. Особенности, связанные с обработкой поверхности детали учитываются коэффициентом качества поверхности:

где - предел усталости, полученный на образцах, имеющих стандартную обработку поверхности (обычно шлифовка);

- предел выносливости для образцов, состояние поверхности которых соответствует поверхности рассчитываемой детали.

На рис. 8 приведены графики для определения ориентировочных коэффициентов качества поверхностей для различных сталей в зависимости от предела прочности .

Рис. 8. Зависимость коэффициента качества поверхности от предела прочности для поверхности:

1. шлифованной (принят за единицу),

2. полированной,

3. обработанной резанием,

4. имеющей насечку,

5. не обработанной после проката,

6. корродированной в пресной воде,

7. корродированные в морской воде.

Коэффициент качества поверхности влияет на амплитудное напряжение: вместо при расчетах используют а среднее напряжение остается неизменным.

Для повышения усталостной прочности необходимо добиваться высокой чистоты поверхности, особенно вблизи очагов концентрации напряжений. Ответственные детали, работающие в тяжелых условиях циклических напряжений, обычно шлифуются и даже полируются [3].

Применение специальных способов обработки поверхностей деталей также повышает усталостную прочность. К таким способам относятся поверхностное азотирование, обкатка поверхности роликами, дробеструйная обработка поверхности (обдувка деталей чугунной или стальной дробью). При этом образуется поверхностный слой с остаточными напряжениями сжатия, что препятствует возникновению местных трещин.

При расчете на усталостную прочность учитывают масштабный фактор :

где - предел усталости детали; - предел усталости образцов стандартного размера ( ).

Экспериментально установлено, что с увеличением размеров предел усталости уменьшается. Объясняется это тем, что от максимальных напряжений зависит начало образования трещины, а дальнейшее ее развитие зависит от размеров детали. На рис. 9 дается ориентировочная зависимость масштабного фактора от диаметра вала для случая изгиба и кручения. Видно, что масштабный фактор более резко сказывается при больших местных напряжениях.

Рис. 9. Зависимость масштабного фактора

от диаметра вала d для изгиба и кручения для:

1. углеродистой стали при отсутствии местных напряжений,

2. легированной стали ( ) при отсутствии концентрации напряжений и для углеродистой стали при умеренной концентрации,

3. легированной стали при наличии концентрации напряжений,

4. стали, имеющей высокую степень концентрации напряжений

При расчетах на прочность вместо используют а среднее напряжение остается неизменным.

Таким образом, влияние и при расчете на прочность учитывают вводя поправку в амплитудное напряжение: