3.2.3. Влияние качества обработки поверхности на предел выносливости.
С увеличением
шероховатости поверхности детали предел
выносливости понижается. Микронеровности
поверхности (зависят от качества
механической обработки) создают условия
для образования микротрещин и сами
являются концентраторами напряжений
(первичные усталостные микротрещины
возникают обычно в поверхностном слое).
Влияние состояния поверхности на предел
выносливости учитывают коэффициентом
влияния качества обработки поверхности
:
,
где
- предел выносливости испытуемого
образца (детали) с определенной обработкой
поверхности;
- предел выносливости стандартного
тщательно отполированного образца.
Значения
для различных видов механической
обработки приведены в соответствующих
таблицах.
3.2.4. Влияние упрочнения поверхности на предел выносливости.
Для повышения
несущей способности деталей используют
разные способы поверхностного упрочнения:
цементацию, закалку ТВЧ, наклеп (накаткой
роликами, дробеструйной обработкой).
Упрочнение поверхности детали
значительно повышает предел выносливости,
что и учитывают коэффициентом влияния
поверхностного упрочнения
:
,
где
- предел выносливости образца (детали)
с поверхностным упрочнением;
- предел выносливости стандартного
лабораторного образца.
Значения
для различных видов поверхностного
упрочнения приведены в соответствующих
таблицах.
На практике
характеристики сопротивления усталости
ответственных деталей определяют
экспериментально – с помощью испытаний
деталей в условиях, приближенных к
условиям эксплуатации. При этом используют
коэффициенты снижения предела
выносливости
и
,
учитывающие все приведенные выше
коэффициенты:
и
.
Тогда предел выносливости детали в рассматриваемом сечении:
и
,
где
- предел выносливости гладких стандартных
образцов.
3.3. Контактная прочность деталей машин.
Работоспособность
некоторых деталей машин (фрикционные,
зубчатые, червячные и цепные передачи,
подшипники качения) определяет контактная
прочность, т.е. прочность их рабочих
поверхностей, контактирующих под
нагрузкой. Разрушение поверхностей
происходит из-за действия контактных
напряжений в месте контакта двух прижатых
друг к другу деталей, см. рис. 3.6.
Контактные
напряжения обозначают
,
индекс Н в честь немецкого ученого
Герца (Hertz), который в 1882
г. первым дал решение задачи о напряженном
состоянии в зоне контакта (контактная
задача).
При отсутствии внешней нагрузки начальный контакт криволинейных поверхностей происходит в точке (контакт двух шаров) или по линии (контакт двух цилиндров). После приложения внешней нагрузки начальный контакт переходит в контакт по малой площадке, в пределах которой действуют контактные напряжения, быстро убывающие по мере удаления от зоны контакта, см. рис. 3.6.
Рис. 3.6. Эпюры контактных напряжений.
Если величина
контактных напряжений больше допускаемой
(
),
то на поверхности деталей возникают
вмятины, борозды, раковины и трещины.
Величина контактных напряжений определяется по формуле Герца, полученной для зоны касания двух цилиндров по общей образующей:
,
где
- упругая постоянная материалов
соприкасающихся тел, определяемая по
формуле:
;
- удельная контактная
нагрузка;
- нормальное усилие
между цилиндрами;
- длина контактной
линии;
- модули упругости
материалов контактирующих тел;
- коэффициенты
Пуассона материалов контактирующих
тел;
- приведенный
радиус кривизны;
- приведенный
модуль упругости.
При вращении
цилиндров под нагрузкой каждая точка
их сопряженных поверхностей нагружается
только во время прохождения зоны
контакта, а контактные напряжения
в этих точках изменяются по прерывистому
отнулевому циклу (рис. 3.7).
Рис.
3.7. Прерывистый отнулевой цикл изменения
.
Циклическое действие контактных напряжений является причиной усталостного разрушения сопряженных поверхностей (на поверхностях контакта возникают усталостные микротрещины).
Методы увеличения контактной прочности деталей машин:
- увеличение поверхностной твердости;
- уменьшение шероховатости;
- применение смазки;
- замена растягивающих напряжений сжимающими (постоянные растягивающие напряжения уменьшают сопротивление усталости, а сжимающие затрудняют зарождение и рост усталостных трещин).