Усталость материалов деталей машин.

Опыты показывают, что при длительном воздействии переменных нагрузок, разрушение деталей наступает при напряжениях, значительно меньших предела прочности .

При работе детали в условиях перемены напряжений в материале возникают микротрещины, которые постепенно развиваются, проникая в глубь, поперечное сечение детали ослабляется и наступает внезапное разрушение (предел прочности сильно уменьшается), называемое усталостным. Под усталостью понимают процесс постепенного накопления повреждений материала (трещин) под действием переменных напряжений.

Способность материала воспринимать многократные действия переменных напряжений от заданной нагрузки без разрушения называют сопротивлением усталости.

Для оценки сопротивляемости материала действию переменных напряжений используют предел выносливости, который определяют с помощью испытания на сопротивление усталости (на выносливость) партии из 15-20 стандартных образцов, доводимых до разрушения при различных значениях напряжений .

Задавая образцам различные значения напряжений , определяют число циклов N, при котором произошло их разрушение. По полученным данным строят кривые усталости (кривые Веллера), см. рис. 3.5.

Для большинства сталей после циклов кривая усталости становится горизонтальной, т.е. образцы не разрушаются. Поэтому базу испытаний ограничивают .

Пределом выносливости () называют наибольшее напряжение цикла, при котором не происходит усталостное разрушение образца при достижении базы испытания.

Для образцов и деталей при коэффициенте асимметрии цикла () пределы выносливости при нормальных напряжениях обозначают . Для сталей можно принять ; .

Влияние концентрации напряжений на предел выносливости.

Возле отверстий, шпоночных пазов, у оснований резьбы, в местах, где резко меняется площадь поперечного сечения деталей, напряжение распределяется неравномерно, т.е. возникает концентрация напряжений. Влияние концентрации напряжений на предел выносливости учитывают эффективным коэффициентом концентрации напряжений :

,

где - предел выносливости гладкого образца; - предел выносливости образца (детали) с концентратором напряжений при том же виде нагружения.

Для наиболее характерных концентраторов напряжений значения приведены в соответствующих таблицах.

Влияние абсолютных размеров детали на предел выносливости.

Опытным путем установлено, что с увеличением абсолютных размеров детали их предел выносливости снижается, так как с увеличением размеров детали растет в объеме детали и количество дефектов (вакансий, дислокаций, раковин, шлаковых включений и др.), а, следовательно, возрастает вероятность того, что данные дефекты попадут в зону концентрации напряжений. Влияние абсолютных размеров детали на предел выносливости учитывают коэффициентом влияния абсолютных размеров поперечного сечения :

,

где - предел выносливости стандартного лабораторного образца диаметром ; - предел выносливости образца (детали) диаметром .

Значения для различных материалов и размеров поперечных сечений приведены в соответствующих таблицах.

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.