Влияние упрочнения поверхности на предел выносливости.

Для повышения несущей способности деталей используют разные способы поверхностного упрочнения: цементацию, закалку ТВЧ, наклеп (накаткой роликами, дробеструйной обработкой). Упрочнение поверхности детали значительно повышает предел выносливости, что и учитывают коэффициентом влияния поверхностного упрочнения :

,

где - предел выносливости образца (детали) с поверхностным упрочнением; - предел выносливости стандартного лабораторного образца.

Значения для различных видов поверхностного упрочнения приведены в соответствующих таблицах.

На практике характеристики сопротивления усталости ответственных деталей определяют экспериментально – с помощью испытаний деталей в условиях, приближенных к условиям эксплуатации. При этом используют коэффициенты снижения предела выносливости и , учитывающие все приведенные выше коэффициенты:

и .

Тогда предел выносливости детали в рассматриваемом сечении:

и ,

где - предел выносливости гладких стандартных образцов.

Контактная прочность деталей машин.

Работоспособность некоторых деталей машин (фрикционные, зубчатые, червячные и цепные передачи, подшипники качения) определяет контактная прочность, т.е. прочность их рабочих поверхностей, контактирующих под нагрузкой. Разрушение поверхностей происходит из-за действия контактных напряжений в месте контакта двух прижатых друг к другу деталей, см. рис. 3.6.

Контактные напряжения обозначают , индекс Н в честь немецкого ученого Герца (Hertz), который в 1882 г. первым дал решение задачи о напряженном состоянии в зоне контакта (контактная задача).

При отсутствии внешней нагрузки начальный контакт криволинейных поверхностей происходит в точке (контакт двух шаров) или по линии (контакт двух цилиндров). После приложения внешней нагрузки начальный контакт переходит в контакт по малой площадке, в пределах которой действуют контактные напряжения, быстро убывающие по мере удаления от зоны контакта, см. рис. 3.6.

Если величина контактных напряжений больше допускаемой (), то на поверхности деталей возникают вмятины, борозды, раковины и трещины.

Величина контактных напряжений определяется по формуле Герца, полученной для зоны касания двух цилиндров по общей образующей:

,

где - упругая постоянная материалов соприкасающихся тел, определяемая по формуле:

;

- удельная контактная нагрузка;

- нормальное усилие между цилиндрами;

- длина контактной линии;

- модули упругости материалов контактирующих тел;

- коэффициенты Пуассона материалов контактирующих тел;

- приведенный радиус кривизны;

- приведенный модуль упругости.

При вращении цилиндров под нагрузкой каждая точка их сопряженных поверхностей нагружается только во время прохождения зоны контакта, а контактные напряжения в этих точках изменяются по прерывистому отнулевому циклу (рис. 3.7).

Циклическое действие контактных напряжений является причиной усталостного разрушения сопряженных поверхностей (на поверхностях контакта возникают усталостные микротрещины).

Методы увеличения контактной прочности деталей машин:

- увеличение поверхностной твердости;

- уменьшение шероховатости;

- применение смазки;

- замена растягивающих напряжений сжимающими (постоянные растягивающие напряжения уменьшают сопротивление усталости, а сжимающие затрудняют зарождение и рост усталостных трещин).

 

 

Лекция 4.

Сварные соединения.

В материал лекции входит: сварные соединения, их общая характеристика и область применения; основные виды сварных соединений, типы сварных швов, допускаемые напряжения; расчет сварных стыковых соединений.

Общие сведения о сварке.

Сварка – это процесс получения неразъемного соединения, которое образуется за счет сил межатомного взаимодействия материалов путем местного нагрева соединяемых деталей.

Сварные соединения – наиболее распространенный и совершенный тип неразъемных соединений. Сваркой соединяют детали из конструкционных углеродистых и легированных сталей, цветных сплавов и неметаллов. Сварные соединения широко применяют в строительстве (например, сварные конструкции мостов, лестниц и др.), в машиностроении от единичного до массового типов производства (например, при производстве станин, рам, корпусов редукторов, кузовов автомобилей, трубопроводов и др.) и других отраслях промышленности.

Достоинства сварных соединений:

- низкая стоимость изготовления, вследствие малой трудоемкости сварки и простоты конструкции сварного шва (не требуется моделей, форм или штампов);

- низкая металлоемкость (по сравнению с заклепочными соединениями экономия металла 15-20%, с литыми конструкциями - 30%);

- герметичность и плотность соединения;

- возможность автоматизации процесса сварки;

- возможность сварки деталей сложной конфигурации и больших размеров.

Недостатки сварных соединений:

- возможность получения скрытых дефектов сварного шва (трещин, шлаковых включений, раковин и др.);

- трудность контроля качества сварного шва;

- коробление деталей из-за неравномерности нагрева в процессе сварки (особенно характерно для тонкостенных деталей);

- низкая прочность при переменных режимах нагружения (сварной шов является сильным концентратором напряжений).

В современном машиностроении используют разнообразные способы сварки. Наиболее широкое распространение получила электрическая сварка – электродуговая и контактная.

При электродуговой сварке металл в зоне соединения доводится до расплавления, а соединение образуется после отвердевания металла. Электродуговая сварка, бывает трех видов:

- автоматическая – высокопроизводительна и экономична, обеспечивает высокое качество сварного шва (используется в массовом и серийном производстве, в конструкциях с длинными швами);

- полуавтоматическая (используется в конструкциях с короткими прерывистыми швами, в серийном производстве);

- ручная – малопроизводительна, качество шва в значительной степени зависит от квалификации сварщика (применяют в единичном и мелкосерийном производстве).

Для защиты расплавленного материала от вредного действия окружающего воздуха на поверхность электрода наносят толстую защитную обмазку, которая выделяет большое количество шлака и газа, образуя изолирующую среду, или производят сварку под слоем флюса.

При контактной сварке разогрев происходит при прохождении электрического тока между двумя электродами, сдавливающими соединяемые детали. Металл в зоне соединения доводится не до жидкого (электродуговая сварка), а только до пластичного состояния. Контактная сварка бывает:

- стыковая – соединение образуется за счет сдавливания предварительно нагретых торцов соединяемых деталей;

- точечная – соединение образуется в отдельных точках, к которым подводят электроды сварочной машины, а не по всей поверхности стыка;

- шовная (роликовая) - соединение выполняют с помощью электродов, имеющих форму роликов (шов имеет вид узкой непрерывной ленты, расположенной вдоль стыка деталей).