Напряжения переменные во времени (стр. 5 из 8)
Влияние состояния поверхности детали. Усталостные трещины, как правило, начинаются от поверхности детали. Поэтому состояние поверхностного слоя оказывает существенное, влияние на прочность при переменных напряжениях. Риски от механической обработки, повреждения поверхности и т. п. играют роль концентраторов напряжений и могут вызвать весьма значительное снижение предела выносливости. Особенно неблагоприятное влияние оказывает коррозия поверхности.
Влияние состояния и качества поверхности детали на величину предела выносливости учитывают коэффициентом качества поверхности (коэффициентом поверхностной чувствительности), обозначаемым
. Этот коэффициент представляет собой отношение предела выносливости, определенного при испытаниях образцов с полированной поверхностью, к пределу выносливости, определенному при испытаниях таких же (по форме, размерам и материалу) образцов с заданным состоянием поверхности, т.е. 
Влияние состояния поверхности детали учитывают также коэффициентом, обозначенным
; при этом 
аналогично 
.Более прочные стали чувствительнее к влиянию состояния поверхности, чем менее прочные.
Для снижения величины
, применяют обкатку поверхностей деталей роликами или обдувку стальной или чугунной дробью. Повышение предела выносливости при указанных способах поверхностного упрочнения ощутимее для деталей с грубо обработанной поверхностью.Предел выносливости детали можно повысить также путем поверхностной термической обработки (поверхностной закалкой токами высокой частоты или кислородно-ацетиленовым пламенем) или термохимической обработки (цементацией или азотированием).
Совместное влияние концентрации напряжений, масштабного эффекта и состояния поверхности оценивают коэффициентом
( 
), который принимают равным произведению трех указанных выше коэффициентов: 
(11.15)Коэффициент
( ) можно назвать общим коэффициентом снижения предела выносливости при симметричном цикле.Таким образом, предел выносливости детали при симметричном цикле (σ-1Д) зависит от предела выносливости (σ-1)материала, из которого изготовлена деталь, и определяется формулой
(12.15)Аналогично в случае касательных напряжений
(13.15)Расчёт на прочность при переменных напряжениях.
В подавляющем большинстве случаев расчеты на прочность деталей, работающих при переменных напряжениях, выполняют как проверочные. Это связано в первую очередь с тем, что общий коэффициент снижения предела выносливости в процессе конструирования детали можно выбрать лишь ориентировочно, так как у расчетчика (конструктора) на этой стадии работы имеются лишь весьма приближенные представления о размерах и форме детали. Проектный расчет детали, служащий для определения её основных размеров, обычно выполняется приближенно без учета переменности напряжений, но по пониженным допускаемым напряжениям.
После выполнения рабочего чертежа детали производится ее уточненный проверочный расчет с учетом переменности напряжений, а также конструктивных и технологических факторов, влияющих на усталостную прочность детали. При этом определяют расчетные коэффициенты запаса прочности п для одного или нескольких предположительно опасных сечений детали. Эти коэффициенты запаса сопоставляют с теми, которые назначают или рекомендуют для деталей, аналогичных проектируемой при заданных условиях ее эксплуатации. При таком проверочном расчете условие прочности имеет вид
Величина требуемого коэффициента запаса прочности [п] зависит от целого ряда обстоятельств, основными из которых являются: назначение детали (степень ее ответственности), условия работы; точность определения действующих на нее нагрузок, надежность сведений о механических свойствах ее материала, значениях коэффициентов концентрации напряжений и т. п. Обычно
.В случае, если расчетный коэффициент запаса прочности ниже требуемого (т.е. прочность детали недостаточна) или значительно выше требуемого (т.е. деталь неэкономична), приходится вносить те или иные изменения в размеры и конструкцию детали, а в отдельных случаях даже изменять её материал.
Рассмотрим определение коэффициентов запаса прочности при одноосном напряженном состоянии и при чистом сдвиге. Первый из этих видов напряженного состояния, как известно, возникает при растяжении (сжатии), прямом или косом изгибе и совместном изгибе и растяжении (или сжатии) бруса. Напомним, что касательные напряжения при изгибе (прямом и косом) и сочетании изгиба с осевым нагружением в опасной точке бруса, как правило, невелики ипри расчете на прочность ими пренебрегают, т.е. считают, что в опасной точке возникает одноосное напряженное состояние.
Чистый сдвиг возникает в точках работающего на кручение бруса круглого поперечного сечения.
В большинстве случаев коэффициент запаса прочности определяют в предположении, что рабочий цикл напряжений, возникающих в рассчитываемой детали при ее эксплуатации, подобен предельному циклу, т. е. коэффициенты асимметрии Rи характеристики
рабочего и предельного циклов одинаковы.Наиболее просто коэффициент запаса прочности можно определить в случае симметричного цикла изменения напряжений, так как пределы выносливости материала при таких циклах обычно известны, а пределы выносливости рассчитываемых деталей можно вычислить по взятым из справочников значениям коэффициентов снижения пределов выносливости
-коэффициент запаса прочности представляет собой отношение предела выносливости, определенного для детали, к номинальному значению максимального напряжения, возникающего в опасной точке детали. Номинальным является значение напряжения, определенное по основным формулам сопротивления материалов, т.е. без учета факторов, влияющих на величину предела выносливости (концентрации напряжений и т.п.).Таким образом, для определения коэффициента запаса прочности при симметричных циклах получаем следующие зависимости;
при изгибе
(15.15)при растяжении
(16.15)при кручении
(17.15)При определении коэффициента запаса прочности в случае асимметричного цикла возникают затруднения, связанные с отсутствием экспериментальных данных, необходимых для построения участка AD линии предельных напряжений (см. рис. 7.15). Заметим, что практически нет надобности в построении всей диаграммы предельных амплитуд, так как для циклов с пределами выносливости, большими предела текучести, коэффициент запаса должен определяться по текучести (для пластичных материалов), т.е. расчет должен выполняться, как в случае статического действия нагрузкн.
При наличии экспериментально полученного участка AD предельной кривой коэффициент запаса можно бы определить графоаналитическим способом. Как правило, эти экспериментальные данные отсутствуют и кривую AD приближенно заменяют прямой, построенной по каким-либо двум точкам, координаты которых определены экспериментально. В результате получают так называемую схематизированную диаграмму предельных амплитуд, которой и пользуются при практических расчетах иа прочность.
Рассмотрим основные способы схематизации безопасной зоны диаграммы продельных амплитуд.
Рис. 9.15
В современной расчетной практике наиболее часто применяется диаграмма Серенсена-Кинасошвили, при построении которой участок AD заменяют прямой линией, проведенной через точки А и С, соответствующие предельным симметричному и отнулевому циклам (рис. 9.15, а). Достоинством этого способа является его относительно высокая точность (аппроксимирующая прямая АС, близка к кривой AD); недостаток его заключается в том, что необходимо кроме величины предела выносливости при симметричном цикле иметь опытные данные о величине предела выносливости
также и при отнулевом цикле.