12.2.2 Вплив розмірів деталі

Величина границі витривалості залежить також від розмірів деталі. Із збільшенням розмірів перерізів границі витривалості знижуються, що пояснюється впливом таких факторів: більшою неоднорідністю механічних властивостей в більших об'ємах матеріалу та напруженістю різних зерен у зв’язку з полікристалічною структурою металу і як наслідок підвищенням імовірності більш раннього руйнування від втомленості із збільшенням розмірів деталі. Тому в розрахунках деталей на втомленісну міцність потрібно враховувати так званий масштабний фактор. Відношення границі витривалості деталі σ_–1Д до границі витривалості лабораторного зразка σ_–1 діаметром d_o=7,5...10 мм називають коефіцієнтом масштабного фактора, або коефіцієнтом впливу розмірів деталі на витривалість і позначають стосовно до нормальних та дотичних напружень так:

; .

При визначенні коефіцієнтів ε_σ, ε_τ якість поверхні деталі і зразків мають бути однаковими.

На рис. 12.4 наведені графіки залежності коефіцієнта впливу на границю витривалості діаметра вала , побудованих на основі експериментів для випадку згинання та кручення.

Аналіз графіків 1...4 (рис. 12.4) показує, що вплив розмірів деталей на границю витривалості проявляється значно більше знову ж таки для легованих сталей, особливо для сталей при високому ступіні концентрації напружень.

Рисунок 12.4 – Графіки коефіцієнтів впливу розмірів деталі:

1 – вуглецева сталь без концентратора напружень;

2 – легована сталь без концентратора напружень та вуглецева сталь

при наявності помірної концентрації напружень;

3 – легована сталь при наявності концентрації напружень;

4 – сталь при високому ступені концентрації напружень

12.2.3 Вплив якості поверхні деталі

Поверхня деталі завжди має дефекти, пов’язані з якістю механічної та термохімічної обробки. Наявність дефектів на поверхні зменшує границю витривалості деталі. Для чутливих матеріалів до концентрації напружень вплив якості поверхні буде більш помітним. До того ж при згинанні та крученні поверхневі шари деталі є найбільш напруженими (див. розділи 5...6). У зв’язку з цим зростає необхідність якісної обробки деталей та її врахування в розрахунках на витривалість.

Вплив якості обробленої поверхні на границю витривалості оцінюється коефіцієнтом β, що встановлюють з випробувань зразків:

,

тут σ_–1П – границя витривалості випробуваного зразка з певною обробкою поверхні;

σ_–1 – границя витривалості полірованого зразка.

На графіках рис.12.5 наведені залежності коефіцієнта β для різних видів обробки поверхні. Видно, що з погіршенням якості обробки поверхні понижується границя витривалості.

Рисунок 12.5 – Графіки коефіцієнта β впливу обробки поверхні деталі:

1 – поліровка; 2 – шліфовка; 3 – тонка обточка; 4 – груба обточка;

5 – наявність на поверхні окалини або корозії

В розрахункових формулах на витривалість вплив зазначених вище трьох факторів враховують за допомогою відповідних коефіцієнтів, і оскільки вони взаємопов’язані (особливо концентрація напружень і якість поверхні), то їх об’єднують таким чином:

; , (12.1)

тут К_σД, К_τД – так звані ефективні коефіцієнти концентрації напружень деталі.