Циклічна міцність - техніка - молоді 1952-10, сторінка 33

Змінне навантаження викликає «втома» металу - міцність його зменшується.

Різні метали мають різні показниками міцності, які визначаються дослідним шляхом на спеціальних машинах. Отриманими даними керується конструктор, проектуючи машину або споруду.

Конструктор задає деталей такі розміри, щоб в них в процесі роботи ні за яких умов не могли виникнути напруги, близькі до межі міцності. Небезпечно, якщо конструктор допустить в деталі напруги, близькі до межі міцності; вона може зруйнуватися навіть при невеликому збільшенні навантаження.

З можливим же збільшенням навантаження треба рахуватися, тим більше, що іноді взагалі буває важко врахувати чинні на деталі сили.

Конструктору в своїх розрахунках не рекомендується перевищувати навіть межі текучості. Адже іноді залишкова деформація може порушити взаємні зв'язки між частинами машини і вивести її з ладу.

Фотографія усталостного зламу метёлла.

Проектуючи ту чи іншу деталь, конструктор завжди вибирає для неї такі розміри, щоб виникаючі в ній напруги становили лише деяку частину від межі міцності або межі текучості. Ставлення межі міцності або межі текучості до допустимому напрузі називається запасом міцності.

Встановити, який взяти запас міцності, - завдання нелегке. Борг конструктора, борючись за міцність, в той же час домагатися зниження ваги машини, витрати матеріалів, застосовуючи більш міцні матеріали, використовуючи більш досконалі форми і т. П. Проект директив XIX з'їзду партії по п'ятому п'ятирічному плану ставить перед нашою технікою саме цю задачу.

Запас міцності в сучасних конструкціях сильно коливається. Є деталі з 20-кратним запасом міцності, а є деталі і з 2-кратним і меншим запасом міцності.

Якщо, наприклад, до деталі під час роботи буде завжди додаватися спокійна навантаження і її найбільша величина теж відома, то для ма \ оуглеродістой стали запас міцності достатньо взяти рівним двом або трьом.

Але якщо в процесі роботи ця деталь буде іноді піддаватися дії раптової навантаження, діючі сили будуть миттєво збільшуватися, запас міцності необхідно збільшити (при раптовому навантаженні напруги в деталі збільшуються в два рази).

Наприклад, при роботі розстилальними торф'яної машини, яка укладає на поле торф'яні брикети для просушування їх після пресування, може статися, що каток машини потрапить на купину. При цьому майже вся навантаження буде сприйматися віссю одного катка, в той час як при нормальній роботі навантаження рівномірно розподіляється на всі осі катків. Цей випадок обов'язково повинен бути передбачений конструктором при виборі запасу міцності осі ковзанки.

Коефіціечт запасу міцності часто називають «Коофициент незнання», так як величина його зменшується з ростом нашого знання. Якщо конструктору, скажімо, невідома точна величина діючих сил або характер прикладання навантаження, він обов'язково повинен збільшити запас міцності так, щоб машина була надійна в роботі.

Випадки, коли на деталі машин діють постійні сили, зустрічаються рідко. Більшості деталей машин доводиться працювати в умовах, коли навантаження під час роботи змінюється або за величиною, або Але напрямку. Іноді змінюється і те й інше разом.

Така дія навантажень називають циклічним. З циклічними навантаженнями ми зустрічаємося всюди: в паровозах, в турбінах, парових молотах, верстатах, автомашинах, трамваях і т. Д. Найбільш часто циклічні навантаження мають місце там, де існує обертання. При цьому діюча сила періодично змінює свій напрямок.

Протягом терміну служби машини валів, ресор, шатунам, осях, пружинам доводиться відчувати величезне число змін навантажень. Шатун парової машини за свою

Метал під навантаженням «повзе» і при нормальній температурі, але дуже повільно. При високих температурах процес «повзучості» протікає значно інтенсивніше.

життя повинен витримати 1 мільярд змін навантажень, вал парової турбіни - 15 мільярдів таких змін.

Змінні навантаження для деталей небезпечніше, ніж навантаження статичні.

Довгий час залишалися загадковими аварії машин, які траплялися в умовах, коли навантаження на їх деталі не перевищувала межі міцності, а іноді і межі текучості. І тільки в першій половині минулого століття було встановлено, що циклічне дію сил знижує міцність металу. Тривала дія змінних навантажень викликає явище «втоми металів». Спочатку в металі з'являються невидимі неозброєним оком тріщинки - осередки руйнування, які в процесі роботи розвиваються, стають видимими і врешті-решт призводять до руйнування деталі.

Кожен добре знає, що дріт легко зламати, зігнувши її кілька разів то в одну, то в іншу сторону. Діючи так, ми застосовуємо циклічну навантаження. Метал ' «втомлюється», і дріт ламається.

Число циклів згинання та розгинання, після якого дріт зламалася, залежить від того, з якою силою ми згинаємо дріт. Можна підібрати таку силу, щоб і при дуже великому числі циклів дріт залишалася цілою.

Те найбільшу напругу, при якому метал, підданий мно-- гократному циклічному впливу сил, не руйнується, називається межею втоми.

Кількість змін навантажень, яке має витримати метал, не руйнуючись, в техніці зазвичай задається заздалегідь.

Межа втоми визначається дослідним шляхом.

З цією характеристикою і має справу конструктор, коли він розраховує деталі машин з урахуванням дії циклічних навантажень.

Для роботи при змінних навантаженнях обираються метали, що мають високі межі втоми. Розміри деталей машин проектуються таким чином, щоб виникаючі в них напруги були менше межі втоми. У цьому випадку буде повна гарантія, що машина і при циклічному дії сил буде працювати надійно.