Опытным путем установлено, что на значение предела выносливости влияют размеры, форма и состояние поверхности детали.
Влияние размеров. Чем больше абсолютные размеры поперечного сечения детали, тем меньше предел выносливости, так как в большей степени проявляется неоднородность механических свойств и существование внутренних структурных дефектов металла (раковин, шлаковых включений на границах зерен и др.). Это учитывают коэффициентом влияния абсолютных размеров поперечного сечения Kd (табл. 2.1).
Таблица 2.1. Значения коэффициента Kd (выборка)
|
|
Влияние формы. В местах резкого изменения формы поперечного сечения или нарушения сплошности материала (в переходных сечениях, в резьбе, у канавок, выточек, отверстий и др.) напряжения больше номинальных о или т, определяемых по формулам сопротивления материалов (рис. 2.4).
Явление увеличения напряжений в местах изменения формы или нарушения целостности материала называют концентрацией напряжений.
Местные напряжения быстро убывают по мере удаления от концентратора, их вызвавшего (отверстия, канавки, паза и др.). Многократные изменения напряжений в зоне концентратора напряжений приводят к более раннему образованию трещины с последующим усталостным разрушением.
Влияние формы детали на предел выносливости учитывают эффективным коэффициентом концентрации напряжений К0(Кд, равным отношению пределов выносливости при одинаковых видах нагружения двух образцов одинаковых размеров и с концентратором напряжений
|
Для наиболее характерных концентраторов напряжений значения К0 и Kt приведены в табл. 2.2.
|
Концентратором напряжений является и давление в месте установки деталей с натягом (зубчатых колес, подшипников качения). В этом случае влияние абсолютных размеров поперечного сечения вала на предел выносливости оказывается более резким. Для оценки концентрации напряжений используют отношения Kσ/Kd и Kτ/Kd (табл. 2.3).
Таблица 2.3. Значения Kσ/Kd и Kτ/Kd для валов в местах посадки деталей с натягом (выборка)
| Диаметр вала </, мм | Kσ/Kd и Kτ/Kd при о,„ Н/мм2 | KJKd при | ст„, Н/мм2 | |||||
| 3,30 | 3,65 | 4,00 | 4,35 | 2,00 | 2,20 | 2,40 | 2,65 | |
| 3,70 | 4,10 | 4,50 | 4,90 | 2,20 | 2,45 | 2,70 | 3,05 | |
| > 100 | 4,30 | 4,75 | 5,20 | 5,60 | 2,55 | 2,85 | 3,10 | 3,52 |
Примечание. Наибольшая концентрация напряжений возникает у края напрессованной детали.
Влияние качества обработки поверхности. С увеличением шероховатости поверхности детали предел выносливости понижается. При переменных напряжениях первичные усталостные микротрещины возникают обычно в поверхностном слое. Этому способствует наличие следов инструмента (резца, шлифовального круга) после механической обработки, являющихся концентраторами напряжений.
Влияние состояния поверхности на предел выносливости учитывают коэффициентами влияния шероховатости поверхности KFσ и KFτ (табл. 2.4). Значительно снижает предел выносливости развитие коррозии в процессе работы.
Таблица 2.4. Значения коэффициентов KFσ и KF, (выборка)
| Вид механической | Параметр | KF„ при а,„ Н/мм2 | Ktt при ст„, Н/мм2 | ||
| обработки | Ra, мкм | <700 | >700 | <700 | >700 |
| Шлифование тонкое | До 0,2 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
| Обтачивание тонкое | 0,2...0,8 | 0,99-0,93 | 0,99-0,91 | 0,99-0,96 | 0,99-0,95 |
| Шлифование чистовое | 0,8...1,6 | 0,93-0,89 | 0,91-0,86 | 0,96-0,94 | 0,95-0,92 |
| Обтачивание чистовое | |||||
| и фрезерование тонкое | 0,8...3,2 | 0,89-0,86 | 0,86-0,82 | 0,94-0,92 | 0,92-0,89 |
Влияние упрочнения поверхности. Для повышения несущей способности деталей используют разные способы поверхностного упрочнения: цементацию, поверхностную закалку токами высокой частоты (ТВЧ), деформационное упрочнение (наклеп) накаткой роликами или дробеструйной обработкой. Упрочнение поверхности детали значительно повышает предел выносливости, что и учитывают коэффициентом влияния поверхностного упрочнения Kv (табл. 2.5).
При отсутствии упрочнения поверхности детали Kv=1
Таблица 2.5. Значения коэффициента Kv, (выборка)
| Вид упрочнения поверхности вала | Значения К, | |
| при Kv<=1.5 | при Kv;= 1,8...2 | |
| Закалка ТВЧ Азотирование Накатка роликом Дробеструйный наклеп | 1,60...1,70 1,15...1,25 1,30...1,50 1,50...1,60 | 2,40...2,60 1,30...3,00 1,60...2,00 1,70...2,10 |
|
|
Коэффициенты снижения предела выносливости определяют с использованием приведенных выше данных:
где ст., и т., — пределы выносливости гладких стандартных образцов [см. табл. 12.1 или формулы (2.2)].
