книги / Несущая способность и расчет деталей машин на прочность

П р о д о л ж е н и е т а б л . 11

ния напряжений

П р и м е ч а н и е . Оптимальная удаленность А.0 облегчающего отверстия в зависимости от степени перекрытии приближенно

определяется по формуле Я„ = 3 ^1 — 2,25 ^ ^ г.

если Я меньше Я0, то р^ определяется по кривой 2.

шносливости пределов значения Средние

Pfc

h

Pi

Рд

Толщина щеки h/d

Ширина щеки b/d

Длина шейки l/d

Степень

перекрытия

Ah

V

v>

0,8

0,2 O p 0,8 0,35h/d.

At

V

1,0

0,8

1,2 1 / 1,6 1,8b /d

2

s

N

щ ,Т5ф5 L/d

At

1,0

0,9

0,8

0,7

О/ 0 0,1 0,2 А /d

02 0,250,3 0,35h/d

1 ,2 1 / 1,6 1,8 b /d

ftl I .I I I

1 ,0 5 ^ -------------

v —

095\ I I I l 0,550,650,750/55L/d

найдены также из уравнения подобия усталостного разрушения. Однако влия­ ние качества обработки кромки отвер­ стия на величину этих коэффициентов весьма существенно, что приводит к значительному разбросу указанных ве­ личин, полученных различными иссле­

определять по рис. 74, 75, которые построены путем обобщения опытных значений указанных коэффициентов.

Значения эффективных коэффициен­ тов концентрации К а и К х определяют приближенно по значениям сса и а т:

К а = 1 + Яа (а сг ЧI

Таблица 13

Значения KQ для валов с двумя или одним шпоночным пазом

1.5 1.75 2.0

Таблица 14

Значения К%Для валов с двумя или

одним шпоночным пазом

ов, кгс/мм2 60 70 so 90 100

Значения Ка для болтовых соедине­ ний при растяжении-сжатии даны на рис. 79.

Таблица 15

Значения эффективных коэффициентов концентрации для шлицевых валов

Таблица 16

Эффективные коэффициенты концентрации K Q Для стальных проушин при

растяжении-сжатии, од = 75 кгс/мм2 [20]

Рис. 80. Коэффициенты влияния абсолют­ ных размеров е0 для болтовых соединений

где

т— показатель наклона кривой усталости в двойных лога­ рифмических координатах;

NQ — абсцисса точки перелома кри­ вой усталости.

принять приближенно в виде:

равны 0,1—0,2 для углеродистых ста­ лей и 0,2—0,3 — для легированных сталей (при кручении фт = 0,05 -н 0,10 и 0,1—0,15, соответственно).

Для деталей с концентрацией напря­

Влияние качества обработки поверх­ ности (коэффициенты Р). Значения

вости при ухудшении качества обра­ ботки поверхности, представлены для сталей на рис. 81 в зависимости от пре­ дела прочности о„ (о1г —предел вы­ носливости образцов с данным каче­ ством обработки поверхности; а_х — предел выносливости тщательно поли­ рованных образцов).

При обточке образцов из алюминие­ вых деформируемых сплавов Р = 0,8

0,9, при обточке образцов из маг­ ниевых сплавов Р = 0,7 ч- 0,8.

При наличии литейной корки, ока­ лины и других дефектов литья, прес­

Рис. 81. Влияние состояния поверхности на предел выносливости:

1 — полирование; 2 — шлифование; 3 — тонкая обточка; 4 — грубая обточка; 5 — наличие окалины

сования или прокатки на поверхности образцов из легких сплавов Р = 0,5 -т- -г- 0,75; при обдувке дробью литейной или прокатной корки р = 0,8 -г- 1.

Некоторые виды маркировки резко снижают пределы выносливости дета­ лей. Например, маркировка клейме­ нием Образцов толщиной 4 мм из дуралюмина (ап = 47 кгс/мм2) или элек­ трона (ст„ = 28 кгс/мм2) снижает их предел выносливости на 30%. При написании цифр электрокарандашом коэффициент Р для стали, дуралюмина и электрона соответственно равен 0,88; 0,8 и 0,57. Вытравливание цифр не снижает предела выносливости образ­ цов из указанных выше материалов. Особенно чувствительны к качеству обработки поверхности титановые сплавы.

Снижение предела выносливости то­ ченых образцов по сравнению со шли­ фованными для титана составляет 33% при нормальной температуре и 28% при t = 400° С (гл. 3).

Л

гг-

0,8

Рис. 82. Влияние предварительной корро­ зии на предел выносливости стальных об­ разцов

Рис. 83. Влияние предварительной корро­ зии на предел выносливости образцов из алюминиевых сплавов

Определение коэффициентов ркор. Коэффициенты Ркор, характеризующие снижение предела выносливости от предварительной коррозии (до испыта­ ния на усталость), показаны в зависи­ мости от предела прочности для стали на рис. 82, для алюминиевых спла­ вов — на рис. 83.

Цифрами на кривых показано коли­ чество дней, в течение которых образец подвергался воздействию коррозионной среды (воды) до испытания на уста­ лость. Кривые на рис. 82, 83 соответ­ ствуют усталостным испытаниям при изгибе с вращением на базе 10 млн. циклов.

Влияние коррозии для случая одно­ временного действия коррозионной сре­ ды и переменных напряжений представ­ лено в виде зависимости коэффициен­ тов Ркор от предела прочности для стали на рис. 84 и для чугуна на рис. 85. Эти данные получены при изгибе с вра­ щением на лабораторных образцах на базе 10 млн. циклов при частоте на­ гружения 2000—3000 циклов в минуту.

Рис. 84. Влияние коррозии в процессе испы­ тания на предел выносливости стальных образцов при изгибе с вращением (осред­ ненные кривые):

I — пресная вода (наличие концентрации напряжений); 2 — пресная вода (отсутствие концентрации); 3 — морская вода (отсут­ ствие концентрации)

Рис. 85. Влияние коррозии в пресной воде на предел выносливости чугунных образцов при изгибе и кручении (осредненные кри­ вые)

Коэффициент упрочнения (Рупр)

В настоящее время в промышлен­ ности широко применяются технологи­ ческие методы поверхностного упроч­ нения деталей машин. К этим методам относятся:

1) химико-термические методы: азо­ тирование, цементация, цианирование;

2)поверхностная закалка с нагрева токами высокой частоты (т. в. ч.);

3)наклеп поверхностного слоя: об­ каткой роликами, обдувкой дробью, че­ канкой и т. п.;

4)комбинированные методу: цемен­ тация с последующей обдувкой дробью

ит. п.

При применении указанных методов

свойства металла поверхностного слоя изменяются (происходит упрочнение металла поверхностного слоя); кроме того, в детали создаются остаточные напряжения, которые в поверхностном слое — обычно сжимающие. Обе ука­ занные причины резко повышают ре­ сурс (иногда в десятки раз) и пределы выносливости (в ряде случаев до 2—3

ния даны в табл. 18, 19, 20.

Следует отметить, что приведенные значения Рупр соответствуют оптималь­ ной технологии упрочнения и отсут­

ствию технологических дефектов. При неправильной технологии упрочнения или наличии дефектов (например, при обрыве поверхностного закаленного слоя в зоне концентрации напряжений, при обезуглероживании поверхност­ ного слоя, шлифовочных прижогах и других дефектах) может получиться не повышение, а даже снижение пределов

выносливости. Поэтому введение в ра­ счет по формуле (11.1) коэффициен­ тов РуПр возможно только при прове­ дении исследований для обоснования технологических режимов упрочнения применительно к конкретной детали и при получении стабильного эффекта упрочнения (увеличение предела вы­ носливости) в условиях производства.

Таблица 18

Список литературы

1. Вагапов Р. Д., Шишорина О. И., Хрипина Л. А. Моделирование при испыта­ ниях на усталость. — В кн.: Испытания детален машин на прочность. Под ред. С. В. Серенсена, М., Машгиз, 1960, с. 24 —

6 6 .

2. Гальперин М. Я., Когаев В. П. Пара­ метры функций распределения пределов выносливости образцов из сталей и легких сплавов. — В кн.: Механическая усталость в статистическом аспекте. Под ред. С. В. Се-

ние поверхностного наклепа на сопротивле­ ние усталости круглых валов из легиро­ ванной стали. — В кн.: Вопросы механи­ ческой усталости под ред. С. В. Серен­ сена. М., «Машиностроение», 1964, с. 285 —

298.

4. KoraeD В. П., Гиацинтов Е. В., Степ­ нов М. Н. Сопротивление усталости сплава АВТ и масштабный фактор. — В кн.: Кон­ струкционная прочность легких сплавов и сталей. Под ред. С. В. Серенсена. Труды МА'ГИ, вып. 61. М., «Машиностроение»,

1964, с. 5—18.

5. Конструкционная прочность авиацион­ ных сплавов. Под ред. С. В. Серенсена. Труды МАТИ, вып. 54, М., Оборонгиз, 1962, 102 с. Авт.: С. В. Серенсен, Е. В. Гиа­ цинтов, В. Г1. Когаев, М. Н. Степнов.

6. Лейкин А. С. Напряженность и вы­

Справочник по свойствам сталей, приме­ няемых в котлотурбостроении. Изд. 2-е.

10.Справочник по авиационным мате­ риалам. Под ред. Александрова. М., «Транспорт», 1972, 328 с.

11.Степнов М. Н. Влияние абсолютных размеров деталей и концентрации напря­ жений на сопротивление усталости легких

конструкционных сплавов в статистическом аспекте. — В кн.: Механическая уста­ лость в статистическом аспекте. Под ред.

С.В. Серенсена. М., «Наука», 1969, 174 с.

12.Степнов М. Н. Закономерности рас­ сеяния предела выносливости конструк­ ционного алюминиевого сплава. — «Маши­ новедения», 1965, № 4.

13.Шнейдерович Р. М. Прочность при

статическом и повторно-статическом на­ гружениях. М., «Машиностроение», 1968, с.

14.Энциклопедический справочник. Ма­ шиностроение. Т. 3, разд. 2. Материалы машиностроения. М., Машгиз, 1947, с. 712.

15.Massanet С. Reveu Universelle des Mines de la M.etaIIurgie, de Travaux Publiues de Sciencs et des Arts, appliques l’lnustrie, 9 seres, T. XI, Juin, 1955, p.p. 203 —

232.

16.Moore H. F., Morkovin D. Second Progress P.eport on The Effect of Size of Specimen on Fatigue Strength of Three Types of Steel. Proc. of ASTM, vol. 43, 109 p.. vol. 44, 1944, 137 p.

17.Ouchlda H. Proc. of The Second

Japan congress on testing materials, 1959,

14p.

18.Peterson R. S. Wahl A. M. Two and Three Dimensional Cases of Stress Concentra­ tion and Comparison with Fatigue Tests.

Trans. ASME, vol. 58, 1936, p .p .l —15.

19.Peterson R. E. Stress concentration de­ sign factors. Wellcy, New Jork, 1953, 55 p.

20.Thum A., Bruder E. Flanschwcllen

Dauerbriiche und ihre Ursachen. — Deutsche Kraftfahrforschg, Nr 41, Berlin, 1934.