книги из ГПНТБ / Баренбойм, А. Б. Малорасходные фреоновые турбокомпрессоры

для нормальных напряжений

имаксимальные амплитуды цикла.

Вобщем случае амплитуды напряжений зтах и зтіп, или амп­

литуды нагрузки, могут быть и не равны друг другу (рис. 40а).

ка является частным случаем перемен­ ной, а следовательно, величиной коэффициента несимметрии

можно охарактеризовать любой режим напряжений и нагрузок. Как уже указывалось выше, механические характеристики детали могут быть иными, чем характеристики образца, так как деталь обычно отличается от образца формой, качеством поверх­ ностной обработки и размерами. При расчетах деталей на проч­ ность это обстоятельство учитывается делением величины механи­ ческих характеристик образца (приводимых обычно в справочных материалах) на коэффициенты перехода, соответственно, для нор­

мальных напряжений и касательных напряжений.

Как известно, при наличии в детали резких переходов, отверстий и т. п. возникает концентрация напряжений, уменьшающая проч­ ность детали как при переменных напряжениях (для пластичных и хрупких материалов), так и при постоянных (для хрупких мате­ риалов). Влияние надрезов и выточек на величину концентрации напряжений при пластических деформациях еще недостаточно изучено. Однако экспериментальные исследования показывают, что указанные факторы в ряде случаев «упрочняют» деталь, увеличи­ вая предел прочности. Обычно это упрочнение при расчетах на прочность не учитывается. В то же время экспериментальные иссле­ дования показывают, что для пластичных материалов на предел прочности и предел текучести оказывает существенное влияние масштабный фактор, т. е. размеры детали.

Таким образом, величины механических характеристик детали могут быть определены по следующим формулам

где ка - « j R, к, =

^— коэффициент, учитывающий переход от предела вынос­ ливости симметричного цикла для гладкого, полирован­

ного образца, к пределу выносливости конкретной детали (для нормальных напряжений и пластичных материалов);

кт— то же, для касательных напряжений;

kq— коэффициент, учитывающий переход от предела проч­ ности образца к пределу прочности конкретной детали (для нормальных напряжений и хрупких материалов);

кт— то же, для касательных напряжений;

у, масштабный коэффициент, учитывающий влияние размера детали на величину предела текучести;

— масштабный коэффициент, учитывающий влияние раз­ мера детали на величину предела прочности; Значения коэффициентов 7Т и 7„ приведены в табл. 16.

«3, ат — теоретические коэффициенты концентрации напряжений.

50

Коэффициенты kа и k,, называемые в дальнейшем к о э ф ф и ­ ц и е н т а м и п е р е х о д а , могут быть определены по формулам

кнадрезам;*-

—технологические коэффициенты,

учитывающие состояние поверх­ ности;

V Тт — масштабные коэффициенты.**

Теоретический коэффициент концентра­ ции а0 и ат есть отношение максимального напряжения в зоне концентрации к сред­ нему.

На рис. 41 показан характер концентра­ ции напряжений при растяжении для детали, имеющей круглое отверстие. Теоретический

* В данном случае под надрезом подразумевается любой .концентратор“, как, например, выточка, отверстие, резкий переход и т. д.

** Здесь индекс г относится к нормальным напряжениям, а х — к каса­ тельным.

51

52

Продолжение табл. 7

Для выточки < ^ = 1,5

Запрессовка с натягом

Коэффициент чувствительности ц (табл. 8) показывает, на­ сколько данный материал чувствителен к надрезам. Так, например, из табл. 8 видно, что чугун совсем не чувствителен. Более всего чувствительны к надрезам легированные стали.

Таблица 8

Ориентировочные значения коэффициента чувствительности приведены в табл. 8.

Масштабный коэффициент j a учитывает то обстоятельство,

что с увеличением размеров деталей уменьшается предел вынос­ ливости. Ориентировочные значения масштабных коэффициен­ тов та, Тт, Тв приведены в табл. 9 и 10.

* БЛльшие значения относятся к сталям с большим пределом прочности.

53

Таблица 10

Технологический коэффициент ß (табл. 11) учитывает влияние состояния поверхности детали на величину предела выносливости

стали.

Для ориентировочных расчетов при определении коэффициента перехода можно принимать

к- = (0,7 : 0,8) k , .

Существенное влияние на предел выносливости оказывают режимы резания, термическая, термохимическая и поверхностная механическая обработка, коррозия поверхности и другое. Физиче­ ские процессы, обусловливающие это влияние, весьма сложны. Поэтому данные табл. 11, в которой приведены значения тех­ нологического коэффициента ß, следует считать ориентировоч­

ными.

При обработке резцом имеет место фактор, уменьшающий пре­ дел выносливости вследствие увеличения концентрации из-за микрорельефа (влияние надреза); в то же время такая обработка оказывает упрочняющее влияние из-за явления наклепа при

резании.

Существенное повышение усталостной прочности наблюдается при дробеструйной обработке детали. Высокая производительность такой обработки позволяет эффективно упрочнять детали слож­ ной конфигурации, чем объясняется широкое применение этого

метода.

Значительный эффект для повышения усталостной прочности дает высокочастотная закалка.

ѳ4

Особенно велико влияние высокочастотной закалки при наличии концентраторов напряжений.

Опыты показывают, что применение азотирования значительно повышает усталостную прочность.

Как известно, прочность детали увеличивается при наклепе. Кроме дробеструйной обработки, наклеп поверхностных слоев достигается также обработкой роликами (для цилиндрических гладких деталей), что дает более гладкую поверхность и более глубокий слой наклепа.

Из табл. 11 видно, что при соответствующей термической и тер­ мохимической обработке поверхности можно влияние технологиче­ ского фактора сделать положительным (при ß>l ) .

55

§16. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Вобщем случае величины допускаемых напряжений могут быть определены по формулам

где [а] — допускаемое напряжение; аоп - опасное напряжение для данной детали;

k x— коэффициент запаса прочности; kR— коэффициент динамичности.

Для касательных напряжений символ а заменяется на т. Коэффициент запаса прочности k\ принимается в пределах,

приведенных в табл. 12.

На выбор коэффициента запаса прочности оказывает влияние ряд факторов. Основные из них следующие:

а) значимость детали с точки зрения влияния поломки на время простоя машины, стоимость ремонта и др.;

б) неоднородность материала — большая в литых изделиях, чем в кованых;

в) наличие остаточных напряжений в результате термической обработки;

г) сложность изделия; д) точность расчета.

Последний фактор имеет наибольшее влияние, так как в боль­ шинстве случаев приходится прибегать к упрощенным расчетам или сложное распределение напряжений заменять более простым.*

* Для некоторых специальных деталей иногда коэффициент запаса прочности принимается больше приведенного в табл. 12, что обосновывается вескими соображенияади.

56

Коэффициент динамичности &д учитывает характер раёоты всей машины, т. е. работает машина спокойно или с толчками. Этот коэффициент колеблется в пределах 1-=-2. Значение коэффициента динамичности приведено в табл. 13.

57

Применяются различные методы построения диаграмм, харак­ теризующих асимметричный цикл изменения предельных напряже­ ний. Одна из часто применяемых диаграмм показана на рис. 42. На этой диаграмме по оси абсцисс отложено среднее напряжение цикла

а по оси ординат — максимальное (предельное — разрушающее) напряжение цикла. Кривая А К В показывает изменения предель­ ного напряжения (предела выносливости <зг) для образца при из­ менениях среднего напряжения цикла.

6 ~

ср г

Рис. Г2. Диаграмма изменения предела выносливости

Крайними точками кривой А К В являются предельное напря­ жение при переменных напряжениях, т. е. предел выносливости симметричного цикла о_1 (точка А ) и при постоянных напряже­

при постоянной нагрузке (предел прочности зв). Для цикла, характеризуемого точкой В, ra= - \ - 1 и аср = згпах, следовательно,

точка В лежит на прямой O B , образующей угол 45° с горизон­ тальной осью.

Ряд опытных данных позволяет считать, что кривая А К В без заметной погрешности может быть заменена прямой линией A B .

Таким образом, диаграмма предельных напряжений определяет­ ся двумя механическими характеристиками — п р е д е л о м в ы ­

58