Переменных напряжениях

Многие детали машин подвергаются одновременному действию переменных напряжений и коррозионной среды, что весьма сильно понижает кривую Вёлера и изменяет ее характер: металл не имеет предела усталости, так как кривая коррозионной усталости металла все время снижается (кривая 2 на рис. 233). Такой ход кривой обусловлен тем, что если бы переменные напряжения отсутствовали совсем, образец через какое-то время все равно разрушился бы от коррозии. В качестве условного предела коррозионной усталости (выносливости) металла принимают максимальное механическое напряжение, при котором еще не происходит разрушение металла после одновременного воздействия установленного числа циклов N (чаще всего N «* 107) переменной нагрузки и заданных коррозионных условий.

Повышения стойкости металлов против коррозионной усталости достигают: а) устранением вредных переменных напряжений, если они не эксплуатационные, а случайные; б) созданием в поверхностном слое металла сжимающих напряжений, например

путем обдувки стали дробью, обкаткой роликом, что снижает опасность растягивающих циклов переменных напряжений; в) тщательной обработкой поверхности металла, например полировкой, для уменьшения количества дефектов на ней (кривая 5 на рис. 235); г) нанесением защитных смазок (кривая 4 на рис. 235), анодных металлических защитных покрытий — цинковых (кривая 2 на рис. 235) «ли кадмиевых; д) азотированием сталей (см. табл. 18); е) удалением катодного деполяризатора — кислорода из нейтральных электролитов или введением в электролит замедлителей

Различают разрушение деталей вследствие потери статической прочности или сопротивления усталости. Потеря статической прочности происходит тогда, когда значение рабочих напряжений превышает предел статической прочности материала (например, ав). Это связано обычно со случайными перегрузками, не учтенными при расчетах, или со скрытыми дефектами деталей (раковины, трещины и т. п.). Потеря сопротивления усталости происходит в результате длительного действия переменных напряжений, превышающих предел выносливости материала (например, o_i). Сопротивление усталости значительно понижается при наличии концентраторов напряжений, связанных с конструктивной формой детали (галтели, канавки и т. п.) или с дефектами производства (царапины, трещины и пр.).

Поломка зубьев (рис. 8.11). Поломка связана с напряжениями изгиба. На практике наблюдается выламывание углов зубьев вследствие концентрации нагрузки. Различают два вида поломки зубьев: поломка от больших перегрузок ударного или даже статического действия (предупреждают защитой привода от перегрузок или учетом перегрузок при расчете); усталостная поломка, происходящая от действия переменных напряжений в течение сравнительно длительного срока службы (предупреждают определением размеров из расчета на усталость). Особое значение имеют меры по устранению концентраторов напряжений (рисок от обработки, раковин и трещин в отливках, микротрещин от термообработки и т. п.). Общие меры предупреждения поломки зубьев — увеличение модуля, положительное смещение при нарезании зубьев, термообработка, наклеп, уменьшение концентрации нагрузки по краям (жесткие валы, зубья со срезанными углами — см. рис. 8.13, ж, бочкообразные зубья — см. рис. 8.14, в и пр.).

Учитывая соотношения между параметрами цикла переменных напряжений

Не менее опасное разрушение металла может иметь место при одновременном воздействии на пего агрессивной среды и переменных напряжений. Этот вид разрушения известен под названием коррозионной усталости. Коррозионной усталости подвержены штоки компрессоров и насосов, роторы, диски и лопатки турбин, пароперегреватели, шатуны двигателей и т. п.

Разрушение металла, вызываемое одновременным воздействием агрессивной среды и переменных растягивающих напряжений, называется коррозионной усталостью. В химической промышленности нередки случаи такого разрушения деталей аппаратов и машин. Разрушение вследствие усталости обычно сопровождается образованием меж- и транскристаллитных трещин, развитие которых идет главным образом в период приложения растягивающих напряжений. В условиях переменных напряжений разрушение металлов и сплавов происходит при напряжениях, меньших чем напряжения, необходимые для возникновения коррозионного растрескивания при растягивающих нагрузках.

При коррозионной усталости наблюдается снижение предела усталости по сравнению с пределом усталости металла в отсутствие коррозионного воздействия агрессивной среды. Пределом коррозионной усталости или коррозионной выносливости называется то максимальное напряжение, которое может выдержать образец при данном числе циклов в условиях коррозионного воздействия. Предел коррозионной усталости является условной величиной, а не истинным пределом, так как металл при длительных выдержках разрушится и без знакопеременных напряжений, а лишь от одной коррозии. Поэтому предел коррозионной усталости обусловливают числом циклов знакопеременных нагрузок, которые при испытаниях выдерживают образец металла при данном напряжении, т. е. цифровые значения предела коррозионной усталости относят к определенной базе испытаний (числу циклов).

Длительное воздействие на металл повторно-переменных напряжений может вызвать образование трещин и разрушение даже при напряжениях ниже а0)2.

Допускаемое напряжение при расчете болтов (винтов) при действии переменных напряжений определяется [15] по общей формуле (1.15).

расчет при переменных напряжениях. При этом действительные условия работы вала заменяют условными и приводят к одной из известных расчетных схем. При переходе от конструкции к расчетной схеме производят схематизацию па-грузок, опор и формы вала. Вследствие такой схематизации расчет валов становится приближенным. Напомним, что в расчетных схемах используют три основных типа опор: шарнирно-неподвиж-ную, шарнирно-подвижную, защемление или заделку. Защемление применяют иногда в опорах неподвижных осей. Для вращающихся осей и валов защемление не допускают. Выбирая тип расчетной опоры, необходимо учитывать, что деформативные перемещения валов обычно весьма малы, и если конструкция действительной опоры допускает хотя бы небольшой поворот или перемещение, то этого достаточно, чтобы считать ее шарнирной или подвижной. При этих условиях подшипники, одновременно рнс> [5,з воспринимающие осевые и радиаль-

В общем случае допускаемые напряжения для сварных соединений при переменных напряжениях следует определять по общей формуле (1.15) [15]:

ПРОЧНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ

§ 4. РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ

Глава 15. Прочность материалов при переменных напряжениях (доц.

§ 4. Расчеты на прочность при переменных напряжениях . . . 230

Прочность при переменных напряжениях ограничивается из-за зарождения трещин в очагах концентраций напряжений. Поэтому ее значительно легче повысить конструктивными и технологическими мероприятиями, чем статическую прочность.

О б щ не требования к м а т е р и а-л а м п р и в о д н ы х р е м н е и. Ремень должен иметь: а) достаточную прочность при переменных напряжениях и износостойкость; б) достаточный коэффициент трения со шкивами во избежание больших сил начального натяжения; в) невысокую изгибную жесткость во избежание боль-

нако они вызывают значительную концентрацию напряжений и понижают прочность валов при переменных напряжениях.

При переменных напряжениях при симметричном цикле (г„ = = — 1) принимают

При переменных напряжениях диаграмма предельных напряжений (см. рис. 15.2) характеризует зависимость между средними напряжениями ат и предельными амплитудами оа цикла. Любая точка М внутри этой диаграммы соответствует некоторым значениям от и оа рабочего цикла. Точка С характеризует предельные значения напряжений для этого же цикла. Можно написать