Особенности расчета на сопротивление усталости

• 1. Любой цикл сводится к симметричному циклу, так как о свойствах материала при этом цикле много достоверных сведений.
• 2. В расчетах на сопротивление усталости определяется только запас циклической прочности или долговечности.
• 3. Все структурные, конструктивные и технологические факторы оказывают влияние только на амплитудную составляющую цикла.
• 4. Для оценки прочности при нестационарном нагружении используется линейная теория суммирования повреждений, согласно которой повреждение на каждом уровне напряжений накапливается независимо от накопленного на прежнем уровне и от предыстории нагружения, и в целом определяется простым суммированием.

Рассмотрим примеры расчета на сопротивление усталости.

Пример 32. Проверить прочность стержня шатуна двигателя внутреннего сгорания, если нормативный запас прочности.

[и] = 1,5, а долговечность неограничена (рис. 105). Коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения Kj_a = 0,87.

Постановка задачи.

Элементы технологической механики. Шатун отштампован, поверхность обработана и зачищена до шероховатости 200 мкм, упрочнение отсутствует.

Элементы программы нагружения. Шатун двигателя ДВС, совершая плоскопараллельное движение, попадает в нижнюю мертвую точку и подвергается растяжению от инерционных сил массы поршневого комплекта. Это максимальная нагрузка 26 кН. Находясь в верхней мертвой точке, шатун подвергается сжатию от давления газов на поршень. Это минимальная нагрузка, так как она сжимающая и равна 120 кН. Другие положения шатуна, где проявляется изгиб, в расчет не вводятся, так как они менее существенны. Итак, нагружение регулярное, имеет знакопеременное растяжение-сжатие. Материал шатуна — сталь 45, незакаленная, <�г_т = 360 МПа и а, = 610 МПа.

Решение Опасное сечение у поршневой головки, площадь этого сечения А = 864 мм².

1. Определяем характеристики нагруженности:

F 26*10³

Наибольшее напряжение а_т" = =-=30МПа.

^Н А 864.

12 010³

Наименьшее напряжение а_т,=——=-=-139МПа.

^тт А 864.

Амплитудное напряжение о_а = ^атах^^тт^ =84,5МПа.

Среднее напряжение <�г_т — —f/ =-54,5МПа.

Коэффициент асимметрии цикла R = a_mJo_maz — - 139/30 = - 4,6.

Следовательно, цикл изменения нормальных напряжений асимметричный, с R = -4,6.

Рис. 105. Расчет стержня шатуна на усталость.

2. Определяем характеристики сопротивления усталости: Предел выносливости <�т.| = 0,35-сг" = 0,35'610 = 213 МПа. Эффективный коэффициент концентрации напряжений К" = 1, так как концентраторы отсутствуют.

По условию задачи коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения Kj_a= 0,87.

Коэффициент влияния шероховатости поверхности определяем в зависимости от параметра шероховатости поверхности по рис. 106. При R_z = 200 мкм и а, = 610 МПа получаем К_? = 0,75.

Коэффициент влияния поверхностного упрочнения K_v = 1, так как упрочнение поверхности отсутствует.

Коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений.

Коэффициент снижения предела выносливости Определение запаса циклической прочности я_в = ст.|/о_оЕ

или

Определение запаса прочности по текучести.

Рис. 106. Диаграмма для определения коэффициента влияния шероховатости поверхности K_F

Положение рабочей точки показано на диаграмме предельных амплитуд цикла (см. рис. 107).

Рис. 107. Определение положения рабочей точки на диаграмме предельных амплитуд цикла.

• 1. Какие условия нагружения могут привести к усталостному разрушению?
• 2. Как протекает процесс усталостного разрушения.
• 3. Назовите основные характеристики нагруженности?
• 4. Что такое коэффициент асимметрии цикла? Чему он равен для симметричного цикла, отнулевого и статического нагружения?
• 5. Что такое кривая усталости? Как она строится?
• 6. Что такое базовое число циклов? Что называется пределом выносливости? Что такое предел ограниченной выносливости?
• 7. Как зависит предел выносливости от частоты изменения напряжений?
• 8. В каких координатах и как строится диаграмма предельных амплитуд цикла? Что она определяет?
• 9. Что такое запас выносливости (запас циклической прочности)? Как он определяется по диаграмме предельных амплитуд цикла?
• 10. Что такое концентрация напряжений? Как она влияет на

прочность при циклических напряжениях?

11. Что такое эффективный коэффициент концентрации? Как он связан с теоретическим коэффициентом концентрации?

12. Чему равен теоретический коэффициент концентрации напряжений?

13. Как влияют размеры деталей на предел выносливости?

Каким коэффициентом оценивается влияние?

14. Каково влияние чистоты поверхности деталей на сопротивление усталости? Каким коэффициентом оценивается влияние?

15. Какие технологические обработки повышают сопротивление усталости?

16. Каким коэффициентом учитывается совместное влияяние концентрации, чистоты поверхности и размеров детали?

17. Как определили запас выносливости детали по известной диаграмме предельных амплитуд?

18. Как определяется запас выносливости при совместном действии, а и т напряжений в опасном элементе детали?

19. Ответьте на вопросы тестового задания.

Тест Сопротивление усталости деталей