Файл: Кравченко, Петр Ефимович. Усталостная прочность учебное пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 05.04.2024

Просмотров: 73

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Изложенные в §§ 13—15 основы расчетов на вынос­ ливость далеко не исчерпывают этой проблемы хотя бы потому, что многие вопросы еще не получили своего ре­

шения или решены условно.

Но если по этим и другим причинам названные во­ просы не могли быть изложены подробно, то краткое перечисление и обсуждение их считается целесообраз­ ным: оно укажет на многие трудности, которые могут встретиться в расчетной практике, вызовет потребность в дальнейшем, более глубоком изучении и тем самым поможет практическому решению этих вопросов.

Основными из них автор считает следующие:

1. Вопрос о расчетах деталей на долговечность. В

учебной литературе эти расчеты вследствие их слож­

ности обычно не излагаются. Совершенно очевидно, что

расчет на долговечность может быть выполнен и его ре­ зультаты будут достаточно надежными лишь при нали­ чии кривой усталости натурной детали. Построение же такой кривой для данной детали еще более трудоемко, чем определение предела выносливости ее. Поэтому та­

кие расчеты, в настоящее время выполняются лишь для наиболее ответственных деталей после проведения спе­ циальных натурных испытаний. Последние проводятся на специальных стендах, парк которых растет не только

и не столько количественно, сколько качественно.

Второй, не менее существенной причиной, затруд­ няющей расчеты.на долговечность, является то обстоя­

тельство, что многие детали работают при неустановив-

шемся режиме. Так, при движении автомобиля по пере­ сеченной местности максимальная и минимальная вели­ чина осадки его рессор, а, значит, максимальная и мини­ мальная величина напряжений изменяются от цикла к циклу, не подчиняясь какому-либо закону.

При расчете таких деталей воздействие непрерывно

и случайно меняющихся напряжений, надо как-то сум­ мировать, а для этого надо сначала установить пределы этих напряжений, и статистическую кривую распределе­ ния их хотя бы в случае движения по наиболее харак­ терным участкам пути.

Несмотря на указанные трудности, в будущем расче­ ты на долговечность должны найти самое широкое при­ менение, так как только они позволят выявить излишние запасы прочности во многих деталях машин.

95

2. Вопрос о предельном цикле. Очевидно, что пре­

дельным симметричным циклом является такой симметричный цикл, повторение которого базовое число раз еще не приводит к разрушению детали. В случае несимметричных циклов это положение не столь очевид­ но и требует уточнения.

Обычно считается (§ 14), что предельным несиммет­ ричным циклом будет цикл, подобный рабочему. Тем самым принимается, что при возможном увеличении на­

грузки на деталь амплитуда и среднее напряжение

цикла возрастут в одинаковой мере.

В некоторых случаях нарастание интенсивности цик­ ла действительно происходит по этому закону. В боль­ шинстве же других случаев интенсивность цикла нара­ стает по другим законам, например, амплитуда возра­ стает, а среднее напряжение постоянно, или наоборот.

В общем случае возможен одновременный рост обеих этих величин, связанных некоторой функциональной за­ висимостью.

Но если так, то очевидно, что расчет, исходящий из допущения о подобии рабочего и предельного циклов,

является в ряде случаев условным.

Отсюда можно заключить, что и расчеты на вынос­ ливость в дальнейшем должны совершенствоваться, чтобы исключить всякие условности.

3. Вопрос о накоплении экспериментальных данных.

Для многих случаев, указанных в §§ 13—15, расчет на выносливость не встречает принципиальных трудностей. Несмотря на это, определить величину запаса прочности для таких деталей не всегда возможно, что объясняется

отсутствием экспериментальных данных, необходимых для расчета. Накопление таких данных —важная пред­ посылка для успешного решения многих, еще не решен­ ных вопросов усталостной прочности.

4. Вопрос 0 физической природе процесса «устава­ ния» металла. Дальнейшее изучение и уточнение этой

природы (с помощью рентгеновских, микроскопических и др. методов) позволит получить более общие расчет­ ные формулы, использование которых позволит проек­ тировать конструкции, работающие без излишних запа­ сов прочности и без усталостных поломок.


ПРИЛОЖЕНИЯ

7 Зак. 1229

Приложение 1

Механические свойства некоторых сталей [12]

Марка

 

°в

ат

тг

а-1р

°-1

т_|

стали

 

 

 

 

кг/мм1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10;

Ст.

1

32—42

18

14

12-15

16-22 8—12

20;

Ст.

3

40

50

22

16

12-16

17—22 10-13

45,

30

6

48-60

26

17'

17-21

20-27 11-12

Ст.

60-75

32

22

19-25

25-34 15-20

Данные приведены для сталей,

подвергнутых

нормализации.

40 ХН

 

90

75

39

29

40

24

12

ХНЗА

95

70

40

27 32

•19—47 22-26

18 ХИВА

115

85

36-40

54-59 33-36,5

Данные приведены

для сталей, прошедших закалку и отпуск

 

 

 

Механические свойства серых чугунов

 

Марка

Ср

 

с ж

о изг

«-1

т-1

яраст

чугуна

 

 

 

 

 

 

 

СЧ 15—32

15

65

32

24

7

• 5

СЧ 21-40

21

75

40

28

10

8

СЧ 24-44

24

85

44

30

12

10

СЧ 28-48

28

100

48

35

14

11

СЧ 32-52

32

110

52

39

14

11

СЧ 35-56

35

120

56

40

15

11,5

СЧ 38-60

38

130

60

46

15

11,5

т*

ее.;


Приложение 2

Значения коэффициентов концентрации [12]

Рис. 1. Значения "коэффициен­

Рис. 2. Значения коэффициен­

тов а, при изгибе

тов а, р при кручении^

= 2, d — 30 -=- 50 мм

-— =» 2, d = 30 -г 50~лж

Рис. 3.

Поправочный

Рис. 4-. Значения коэффициен­

коэффициент на отноше-

тов аир при растяжении—;сжа-

D

,

тии ступенчатых валов с отно­

ние-j-:

1 — при изгибе;

шением

и rf=30-i-50 мм

2 —при

кручении. При

 

 

~i'<2 эффективный ко­

эффициент определяется

так:

р' = 1+?(р-1),

где р берется с рис. 1, 2,а

i — с рис. 3

1$


■Рис. 5. Значения коэффициен­ тов а, р при изгибе

г/=30н-50 мм и— =1,

где t—глубина выточки

Рис. 7. Произведение коэффициен­ тов р, у для валов с напрессо­ ванными деталями при изгибе: с3 =■ =50 кг 1мм2, Р>3 кг/мм2; /—через напрессованную деталь передается сила или момент; 2—через напрессо­ ванную деталь не передается усилий

Рис. 6. Поправочный коэффициент на отноше-

t t

ние —. При — 4= 1 эф­

фективный коэффициент определяется так: р' =

= 14-$<р—1), где р бе­ рется с рис. 5. П} И кру­ чении значения 3 для ва­ лов по рис. 5 опреде­ ляются так: p i«14-0,6

(Р— 1), где

р опре­

деляется из рис. 5, 6

Значения коэффициентов ф в зависимости от предела

 

прочности

[12]

 

 

 

 

 

ад в кг/мм3

 

Коэффициенты

 

 

 

 

 

 

35-55

52—75

70-100

100-120

120-140

Ф° (изгиб и растя­

 

 

 

 

 

жение)

0

0,05

0,1

0,2

0,25

фх (кручение)

0

0

0,05

0,1

0,15

101


ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Н, М. Беляев, Сопротивление материалов, Гостехтеориздат, 1953.

2.С. Д. Пономарев и др., Основы современных методов расчета на прочность в машиностроении, т. И. Машгиз, 1952,

3.Г. В. Ужик, Методы испытаний металлов и деталей машин на выносливость, АН СССР, 1948.

4. Р. С. К и н а с о ш в и л и, Определение запасов прочности при переменных нагрузках, Оборонгиз, 1943.

5. С. В. С е р е н с е н, Усталость металлов, Машгиз, 1949.

6.Н. Н. Афанасьев, Статистическая теория усталостной проч­ ности металлов, АН СССР, 1953.

7. Н. Н. Давиденко в, Усталость металлов, АН УССР, 1949.

8.В. М. Бахарев, Об утомляемости стали при повторных пере­ грузках, «Труды ЦИАМ», № 91, НКАП, Оборонгиз, 1945.

9.С. В. С е р е н с е н, Об оценке долговечности при изменяющейся амплитуде переменных напряжений, «Вестник машиностроения» №7—8, 1944.

10.Сборник «Повышени>е усталостной прочности стальных и чугун­ ных деталей поверхностным наклепом», Машгиз, 1955.

11. Справочник машиностроителя, т. 3, Машгиз, 1955.

12. С. -В. С е р е н с е н и др., Несущая способность и расчеты де­ талей машин на прочность, Машгиз, 1954.

13.Бюллетень научно-технической информации, Металлургиздат, 1957.

14.И. В. Кудрявцев, Внутренние напряжения как резерв проч­

ности в машиностроении, Машгиз, . 1951.

15. Д. Н. Киммель м ан, Расчет деталей машин на прочность при переменных напряжениях, Машгиз, 1950.

16.И. А. Одинг, Структурные признаки усталости металлов как средство установления причин аварий машин, АН СССР, 1949.

17.И. И. Т р а п е з и н. Прочность металлов при переменной нагруз­ ке, Гостехиздат, 1948.

18.С. В. Рабинович, Расчеты на поочность при переменных

напряжениях, Изд-во Московского Энергетического института,

1951.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Предисловие ...................................................................................

 

3

Введение

 

 

4

Глава

I, Усталость металлов и методы опытного изучения

 

 

 

этого явления

 

 

§

1.

Основные понятия

 

7

§

2.

Машины для испытания на выносливость

,

13

§

3.

Методика испытаний на выносливость. Кривая уста­

 

 

 

лости . ,. ,.............................................................19

 

§4. Величина предела выносливости при симметричных

циклах.......................................................................................

22

§ 5. Диаграммапредельных циклов...........................................

24

Глава II. Внешний

вид

изломов от усталости.

Теории

 

 

 

 

 

 

усталостного разрушения

 

 

§

6.

Особенности и

причина

усталостных

разрушений 30

§

7.

Очаги

зарождения

усталостной трещины и харак­

 

 

тер

ее распространения ...........................................

 

33

§

8.

Теории

усталостного

разрушения .

.

.35

Глава

III.

Влияние различных

факторов на

величину

предела

 

 

 

выносливости при

симметричных циклах

 

§

9.

Влияние

факторов,

не

учитываемых в расчетах

на

 

 

выносливость . .

.

 

 

 

 

§

10.

Влияние факторов, учитываемых в расчетах на вы­

 

 

носливость

....................................................................

 

 

 

46

Глава IV. Пути повышения усталостной прочности деталей машин

§

11.

Конструктивныемероприятия.............................................

 

62

§

12.

Технологическиемероприятия............................................

 

65

103