Факторы, влияющие на предел выносливости

Од­ним из ос­новных фак­то­ров, ко­торые не­об­хо­димо учи­тывать при рас­че­тах на соп­ро­тив­ле­ние ус­та­лос­ти, яв­ля­ет­ся кон­цен­тра­ция нап­ря­жений. В об­ласти из­ме­нений фор­мы уп­ру­гого те­ла (уг­лы, гал­те­ли, вы­точ­ки, ма­лые от­вер­стия), а так­же в зо­не кон­такта де­талей (шпон­ки, со­еди­нения с по­сад­ка­ми га­ран­ти­рован­но­го на­тяга) воз­ни­ка­ют мес­тные по­вышен­ные нап­ря­жения, ко­торые оце­нива­ют­ся ко­эф­фи­ци­ен­том кон­цен­тра­ции нап­ря­жений. Те­оре­тичес­кий ко­эф­фи­ци­ент кон­цен­тра­ции a_s (a_t) нап­ря­жений оп­ре­деля­ет­ся от­но­шени­ем на­ибольших мес­тных нап­ря­жений s_max (t_max) к но­минально­му s_ном: a_s = = s_max/s_ном; a_t = t_max/t_ном; его зна­чения при­водят­ся в ви­де таб­лиц и гра­фиков в спра­воч­ной ли­тера­туре по ма­шинос­тро­ению. Нап­ри­мер, на рис. 2.36 по­каза­на за­виси­мость те­оре­тичес­ко­го ко­эф­фи­ци­ен­та кон­цен­тра­ции от со­от­но­шения ге­омет­ри­чес­ких раз­ме­ров по­лосы с от­вер­сти­ем.

Но­минальное нап­ря­жение оп­ре­деля­ет­ся по фор­му­лам соп­ро­тив­ле­ния ма­тери­алов по ос­лаблен­но­му се­чению, нап­ри­мер, при рас­тя­жении (сжа­тии)

где S _бр — пло­щадь «брут­то» по­переч­но­го се­чения бру­са без уче­та пло­щади ос­лабля­ющих его эле­мен­тов (пло­щади от­вер­стий, вы­резов и т. д.). Так, для по­казан­ной на рис. 2.36 по­лосы тол­щи­ной d пло­щадь «брут­то» S _бр = b d, S _осл = d d.

Рис. 2.36

Пос­кольку кон­цен­тра­ция нап­ря­жений ока­зыва­ет раз­личное вли­яние на ус­та­лость в за­виси­мос­ти от свойств ма­тери­ала и от ха­рак­те­ра наг­ру­жения, вво­дит­ся по­нятие «эф­фектив­ный ко­эф­фи­ци­ент кон­цен­тра­ции нап­ря­жений» К _s (К _t) — от­но­шение пре­дела вы­нос­ли­вос­ти об­разца без кон­цен­тра­ции нап­ря­жений к пре­делу вы­нос­ли­вос­ти об­разца та­ких же раз­ме­ров с кон­цен­тра­ци­ей нап­ря­жений.

Эк­спе­римен­тальные дан­ные поз­во­лили ус­та­новить связь меж­ду эф­фектив­ным ко­эф­фи­ци­ен­том кон­цен­тра­ции и те­оре­тичес­ким:

К _s = 1 + q (a_s - 1),

где q — ко­эф­фи­ци­ент чувс­тви­тельнос­ти к мес­тным нап­ря­жени­ям, ко­торый за­висит от свойств ма­тери­ала. Для вы­соко­леги­рован­ных ста­лей q близ­ко к еди­нице. Для конс­трук­ци­он­ных ста­лей q = 0,6…0,8. Для се­рого чу­гуна q близ­ко к ну­лю.

Сос­то­яние по­вер­хнос­ти де­тали яв­ля­ет­ся еще од­ним фак­то­ром, вли­яющим на ус­та­лость, что учи­тыва­ет­ся ко­эф­фи­ци­ен­том вли­яния ше­рохо­ватос­ти по­вер­хнос­ти К_F:

где s_-1′ — пре­дел вы­нос­ли­вос­ти об­разцов с дан­ным сос­то­яни­ем по­вер­хнос­ти (нап­ри­мер, пос­ле стро­гания или об­та­чива­ния); s_-1 — пре­дел вы­нос­ли­вос­ти об­разцов, име­ющих стан­дар­тную об­ра­бот­ку по­вер­хнос­ти (в ка­чес­тве та­ковой при­нима­ет­ся шли­фова­ние). Так, об­та­чива­ние алю­мини­евых об­разцов со­от­ветс­тву­ет К_F = 0,8…0,9, маг­ни­евых — К_F = 0,7…0,8. Осо­бен­но чувс­тви­тельны к ка­чес­тву об­ра­бот­ки по­вер­хнос­ти де­тали из ти­тано­вых спла­вов: сни­жение пре­дела вы­нос­ли­вос­ти ти­тано­вых об­то­чен­ных об­разцов по срав­не­нию со шли­фован­ны­ми сос­тавля­ет 33%.

Мас­штаб­ный фак­тор на­ряду с фак­то­ром сос­то­яния по­вер­хнос­ти так­же вли­яет на пре­дел вы­нос­ли­вос­ти. Он учи­тыва­ет­ся ко­эф­фи­ци­ен­том вли­яния аб­со­лют­ных раз­ме­ров по­переч­но­го се­чения К_d, ко­торый ра­вен от­но­шению пре­дела вы­нос­ли­вос­ти глад­ких об­разцов ди­амет­ром d к пре­делу вы­нос­ли­вос­ти глад­ких об­разцов стан­дар­тно­го раз­ме­ра:

На пре­дел вы­нос­ли­вос­ти так­же вли­яют по­вер­хностное уп­рочне­ние и ани­зот­ро­пия свойств, ко­торые учи­тыва­ют­ся со­от­ветс­твен­но ко­эф­фи­ци­ен­та­ми К_v и К_А.