а) концентрацию напряжений необходимо учитывать, так как большинство деталей машин на поверхности имею отверстия, выточки, канавки для смазки и т.д. и отлич ются от специальных образцов цилиндрической формы, исп тываемых в лабораторных условиях.
Установлено, что резкие изменения формы детали су ственно сникают величину предела выносливости. Указанно снижение учитывается величиной эффективного коэффициен
та концентрации напряжени.1 |
обозначающегося через 0^- |
для нормальных напряжений, |
т.е.: |
о/д = -~Pf |
(16.13) |
где Ь_/ - предел выносливости гладкого образца при симметричном цикле; предел выносливости такого же образца, но
с концентратором напряжений.
При действии касательных напряжений указанная форм ла мокет быть записана аналогично, т.е.:
^£>
Эффективный коэффициент концентрации напряжений оС^ - отношение предела выносливости образца без конце
трации напряжений к пределу выносливости образца того размера, но с наличием концентратора напряжений.
Для наиболее распространенных случаев нагружения величины эффективных коэффициентов определяются наос новании опытных данных. 3 случае отсутствия этих данны указанные величины коэффициентов могут быть найдены по эмпирическим формулам
где ^ - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, который возрастает с повышением предела прочности, но не ьюжет быть больше единицы;
оС - коэффициент концентрации напряжений. Практически пользуются приближенными эмпирическими
формулами для вычисления о{ в зависимости от предела прочности.
В случае, когда деталь не имеет резких переходов (выточек, шпоночных канавок) и обладает чисто обработан ной поверхностью определяется по следующей фор муле:
о£ = 2«*-*<г*%гг (" . is)
для случая, когда деталь имеет резкие переходы, надрез выточки. Формула для вычисления имеет следующий вид
0 ^ = £ 5 V ^ ~ ~ ^ - |
(20.13) |
В указанных формулах предел прочности 6g имеет размерность в кГ/мм .
б) влияние размеров детали на величину предела вы носливости.
Опытными данными установлено, что с ростом абсолют на размеров детали понижается величина предела выносли вости. Снижение предела выносливости в зависимости от роста абсолютных размеров носит название масштабного э фекта. Причем, это понижение имеет место при наличии ко центрации напряжений и при диаметрах образцов до 50 мм.
Влияние размеров детали учитывается введением мас штабного коэффициента. Коэффициент характеризует собой отношение предела выносливости лабораторного образца
диаметром 10 мм подобной конфигурации рассчитываемой детали к пределу выносливости детали больших размеров, т . е .
где <Э~/ - предел выносливости полированного лаборатор ного образца дизкетром 10 мм;
-предел выносливости полированной детали заданных размеров.
Следует ответить, что величина масштабного коэффи циента с учетом влияния абсолютных разыероз детали может быть определена по графикам (рис.10.13). С этой целью на оси ординат откладывают значения масштабного коэффициен та <f , а на абсциссе - значения диаметра. Как видно из этого рисунча, по кривой I находят значение jf для де талей из углеродистых сталей без наличия концентрации напряжений, по кривой 2 - для деталей из легированной стали. При отсутствии концентрации напряжений для угле родистых сталей с умеренной концентрацией напряжений
( d |
2) по кривой 3 - для деталей из легированных ста |
лей с наличием концентрации напряжений. |
|
Этот график используется при определении коэффици |
ента |
J " ' только для полированных образцов при изгиб" |
и кручении и для образцов с наличием концентрации напря жений при различных зкдах напряженного состояния мате риала. При этом предусматривается, что качество поверх ности образца и детали должны быть одинаковы.
в) влияние состояния поверхности детали.
Известно, что некачественная обработка поверхности снижает предел выносливости. Наличие позрекденной поверх ности, а также коррозия поверхностного слоя и другие фак торы могут служить причиной возникновения концентрации
напряжений в указанных местах. Влияние качества поверх ности на предел выносливости учитывается соответствую щим коэффициентом - 0(п . Этот коэффициент характери зует собой отношение предела выносливости полированно го образца к пределу выносливости такого же образца данной обработки поверхности, т.е.
(22.13)
Зеличины коэффициентов CV^g- при изгибе приведены на рис.II.13. Ка оси абсцисс отложены значения предела
|
|
|
|
|
прочности и |
|
|
|
|
|
на оси о р д и |
|
|
|
|
|
нат - значения |
|
|
|
|
|
коэффициента |
|
|
|
|
|
поверхности. |
|
|
|
|
|
г)влияние ус |
|
6 |
J |
|
|
ловий эксплуата |
/ |
й |
|
|
|
ции винодельчес |
|
|
|
кого оборудова |
|
|
|
ния показывает, |
|
|
|
|
что разрушение |
|
3 |
2 |
~~7~ |
поверхности ме |
|
|
|
талла происходит |
|
SO 70 |
90 но /за fSO |
в результате со |
|
|
|
|
|
прикосновения |
Рис.П.13 |
его со слабо аг- |
|
рессивными средами.Наличие в своем составе кислот (вин и яблочной) и растзоренной углекислоты способствует раз рушению поверхностного слоя металла. Установлено, что разрушение поверхности металла от воздействия этих сре влечет к образованию гидроокислов металла, которые могу не только изменить характер и качество продукта, но
сделать его токсичным для организма человека. Длитель ное воздействие указанных сред на деталь обусловливает коррозионную усталость.
В связи с этим, к металлам и сплавам, соприкасаю щимися с пищевыми продуктами, предъявляются специальные требования, связанные с явлением коррозии металлов. Пе воочередной задачей является, чтобы металлы и сплавы м шин и аппаратов пищевых производств не подвергались к розии от соприкосновения с пищевыми продуктами. Помимо этого, указанные машины и аппараты долины обеспечивать легкую очистку их от остатков продуктов и не подверг ся разрушению под действием моечных средств. Поэтому готовление малил и аппаратов для пищевой промышленност производится из нержавеющих и кислотостойких сталей.
Однако, широкое применение этих сталей при изгото лении зинодельческого оборудования сдерживается из-за
высокой стоимости их.
1
В сзязи с этим, более экономны./, спосоо'ои при со нии указанных машин и аппаратов является защита рабоч поверхностей деталей, соприкасающихся с агрессивными ср дами, металлическими или неметаллическими кислотоупорны ми покрытиями в виде тонкой пленки. Это дает возможн изготавливать технологическое оборудование в основном и металла, обычной углеродистой стали (аппарата для шамп низации, резервуары для хранения вика), у которых вну ренняя поверхность покрывается кислотоупорным лаком, эмалью или эпоксидными смолами.
Влияние эксплуатационного фактора учитывается с помощью коэффициента $ д , который мояет быть получен лением предела выносливости, вычисленного в лабораторны условиях на предел вынослизости, определенный в эксплу тационных условиях работы детали, т.е.
Иначе, при проведении испытаний возникает необхо димость з определении обобщенного коэффициента сР , учитывающего одновременно влияние технологических и
эксплуатационных факторов. Зная величины коэффициентов
а такяе
о(. , • » величину предела выносли вости полированного образца, можно определить и предел выносливости детали:
О , = -7ТГ7Г (24.13)
—предел выносливости детали.
§5.13. Мероприятия, повышающие усталостную проч
ность деталей машин
Усталостная прочность деталей определяется их вын ливостью и долговечностью. Известно, что усталостное р рушение металла наступает тогда, когда переменные нап жения, возникающие в детали, достигнут предела выносл вости или долговечности. Практически установлено, что большинстве случаев поломка детали происходит вследств усталостного разрушения ее. В связи с этим, в инженер практике разработаны мероприятия, препятствующие усталос ному разрушению металла.
Эти мероприятия могут быть реализованы путем вып нения конструктивных металлургических, технологических требований.
а) Конструктивные требования борьбы с усталостью обусловливаются созданием деталей таких форм, при кот возникала бы наименьшая концентрация напряжений. Как
