Определение запаса усталостной прочности

Построим диаграмму усталостной прочности и нанесем на ней рабочую точку цикла (рис. 8.6).

диаграмма строится на основе известных механических характеристик материала σ_в и σ_-1, а рабочая точка определяется по номинальным значениям напряжений цикла σ_m и σ_a. С учетом факторов , влияющих на усталостную прочность, координаты рабочей точки примут значения σ_m и .

коэффициент запаса усталостной прочности равен

Обычно диаграмму не строят, а используют аналитическую зависимость, которая получается из геометрических соотношений отрезков. Проведем прямую АК, параллельную прямой СD. Из подобия треугольников ODB и OKA следует

Из подобия треугольников ODC и LKA находим

Тогда

Используя полученные соотношения, получаем, что коэффициент запаса усталостной прочности равен

Обозначим- коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла нормальных напряжений.

Окончательно имеем

Данная формула используется для оценки усталостной прочности при растяжении, сжатии и изгибе.

По аналогии при кручении и сдвиге

где коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла касательных напряжений.

При совместном действии нормального и касательного напряжения коэффициент запаса усталостной прочности определяется по экспериментальной формуле

В большинстве случаев расчеты на усталостную прочность выполняют как проверочные расчеты, т.е. по известным размерам детали определяют коэффициент запаса усталостной прочности.

Практические меры повышения сопротивления усталости

При конструировании деталей, работающих в условиях переменных напряжений, рекомендуется принимать следующие меры для повышения сопротивления усталости:

1. Применять более однородные материалы, с мелкозернистой структурой, свободные от внутренних очагов концентрации (трещин, газовых пузырьков, неметаллических включений и т. д.).

2. Придавать деталям такие очертания, при которых была бы уменьшена концентрация напряжении. Не следует допускать переходов от одного размера сечения к другому без переходных кривых. В некоторых случаях рекомендуется применять специальные разгружающие надрезы - деконцентраторы напряжений.

3. Тщательно обрабатывать поверхность детали, вплоть до полировки, устраняя малейшие царапины, так как они могут явиться началом будущей усталостной трещины.

4. Применять специальные методы повышения сопротивления усталости (поверхностное упрочнение, тренировка деталей кратковременными повышенными нагрузками и т. д.).

Только произведя поверхностное упрочнение путем наклепа можно повысить срок службы деталей машин в 2 - 3 раза при незначительных дополнительных расходах.

10