ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Местные напряжения и их снижение из "Монтаж эксплуатация и ремонт подъемно-транспортных машин " Усталостные трещины зарождаются в зонах концентрации напряжений. Напряжения в этих зонах, в отличие от номинальных, называют местными. С ними связано также статическое разрушение деталей из хрупких материалов. Концентрация напряжений может быть вызвана резким изменением формы деталей, прессовыми посадками, местным приложением (концентрацией) нагрузки, неоднородностью материала и другими причинами. [c.46] Концентрация нагрузки (рис. 13) вызывается погрешностями изготовления и упругими деформациями деталей, неравнойкрным износом и другими причинами. При растяжении она имеет место в резьбовых, болтовых и заклепочных, а также в сварных соединениях деталей. При изгибе концентрация нагрузок наблюдается в зацеплениях зубчатых колес в связи с кромочным контактом зубьев при перекосах, в зонах контакта изогнутого вала с кромками подшипников скольжения, в зонах контакта изогнутых валиков пластинчатых цепей с кромками втулок. Концентрация нагрузки при сжатии встречается в подшипниках качения и опорно-поворотных устройствах кранов, в контакте колес, катков, роликов, бегунков и других опорных элементов, в зацеплениях зубчатых и червячных передач и т. д. [c.46] Концентрация напряжений, обусловленная неоднородностью материала, имеет место в сварных соединениях (сварочные дефекты, литейная структура шва, изменение структуры металла в околошовной зоне, выгорание углерода и легируюш,их элементов и т. д.), а также на границах закаленной и незакаленной зон. [c.48] Способы снижения местных напряжений разнообразны. Краткая характеристика некоторых из них для типовых элементов ПТМ дана в табл. 11 и на рис. 14—16. [c.49] Наряду с конструктивными методами снижения нолп1нальных и местных напряжений существует обширный арсенал технологических способов упрочнения элементов машин (табл. 12). Наиболее распространенной является закалка деталей машин. Она обеспечивает общее упрочнение деталей, повышение их износостойкости, надежности прессовых соединений. В частности, ее разновидность — сорбитизацию — процесс с образованием структуры сорбита, эффективно используют для упрочнения крановых колес. В части увеличения усталостной прочности и износостойкости эффективны также поверхностная закалка, химико-термическая обработка, пластическое деформирование (наклеп) поверхностей и термомеханическая обработка (ТМО). Два первых процесса имеют ряд общих особенностей а) упрочнению подвергается неглубокий поверхностный слой 1материала деталей, а глубинные слон не претерпевают существенных превращений, благодаря чему металл сердцевины остается вязким, что обеспечивает высокую несущую способность детали при ударных нагрузках б) в упрочненном поверхностном слое возникают значительные сжимающие остаточные напряжения, что ослабляет влияние концентрации напряжений от внешней нагрузки и повышает сопротивление детали усталостному разрушению. [c.51] Объемная закалка До HR 40—55 Термическая обрг Не изменяются 1ботка Но ограничивается Повышение прочности углеродистых сталей в 1,5—2 раза, легированных — в 2—3 раза. Упрочнение отливок, поковок, штамповок, механически обработанных Деталей, проката, сварных элементов и т. д. [c.52] Широкое применение получила поверхностная закалка с нагревом ТВЧ. Важным ее преимуществом в сравнении с другими методами термической обработки являются резкое повышение производительности (до 700 раз) и снижение себестоимости (до 12 раз) уменьшение деформаций при нагреве получение чистой поверхности, без окалины почти полное отсутствие обезуглероживания поверхностного слоя простота механизации и автоматизации процесса и встраивания его в поток. Другой вид поверхностной закалки — с нагревом газовым пламенем газопламенная закалка) не связан с применением дорогостоящих и энергоемких установок ТВЧ, однако высокое качество и соответствующую производительность он обеспечивает лишь в случае применения специальных установок для закалки и при тщательной отработке процесса. [c.56] Цементация, в отлич1 е от поверхностной закалки, — длительный процесс, измеряемый часалп , но повышение износостойкости, достигаемое при ней с последующей закалкой и низким отпуском, более значительно. Это обусловлено образованием в цементированном слое специфической структуры, насыщенной карбидами. [c.56] По сравнению с цементацией более производителен и эффективен процесс высокотемпературного газового цианирования, например, с использованием триэтаноламина в качестве цнаниза-тора. Он обеспечивает еще большее повышение износостойкости и меньшую деформацию деталей в процессе обработки. [c.56] В ряде случаев эффективны процессы диффузионной металлизации, связанные с насыщением поверхностного слоя стали хромом (хромирование), алюминием [алитирование), кремнием силицирование), бором (борирование) и др. Они обеспечивают повышение износостойкости (хромирование, борирование), жаропрочности (алитирование), коррозионной стойкости (силицирование) и других специальных свойств. Особенно перспективно высокотемпературное термодиффузионное хромирование, обеспечивающее наибольшее повышение износостойкости по сравнению с другими процессами. Детали, упрочненные этим методом, лучше сопротивляются ударным нагрузкам, не коррозируют в агрессивной среде. [c.56] Эффективность сульфидирования — насыщения поверхностного слоя серой — связана с тем, что этот слой играет при трении роль сухой смазки. [c.56] Обкатывание роликами проводят с помощью специальны х приспособлений, оснащенных одним или несколькими свободно вращающи.мися накатными роликами. В результате пластической деформации при накатывании происходит наклеп поверхностного слоя, улучшается его структура, повышается твердость и чистота поверхностей, размер детали уменьшается незначительно (на размер смятых выступов от предшествующей механической обработки). Эффективность обкатки тем выше, чем ниже исходная твердость поверхности. Изменения поверхности, происходящие при обкатывании, зависят от состояния материала деталей, усилия обкатывания, числа проходов, подачи, диаметра и формы поверхности ролика и т. д. Их можно варьировать в широких пределах, обеспечивая нужный эффект. [c.57] Перспективным способом упрочнения деталей ПТМ является чеканка. Его сущность состоит в то.м, что с помощью специального приспособления (механического, пневматического, электромеханического) и инструмента (например, ударника с бойком) наносят удары по упрочняемой поверхности, создавая в поверхностном слое благоприятные остаточные напряжения сжатия. Этим способом можно упрочнять сложные и громоздкие детали, которые нельзя установить на станок или поместить в дробеструйную камеру. Особенно эффективна чеканка сварных швов металлоконструкций с применением в качестве инструмента отрезка стального каната. Удары при этом наносят торцами проволок. [c.57] Эффективно пластическое деформирование деталей с отверстиями (типа пластин цепей и др.) с целью повышения их несущей способности. Его осуществляют различными методами раскатыванием (развальцовкой), калиброванием шариком, дорнованием. Раскатывание проводят роликовыми и шариковылш раскатками, а дорнование — шариками и одно- или многозубыми наборными Дорнами. При этих видах обработки возрастает микротвердость поверхности, возникают благоприятные остаточные напряжения сжатия, снижается шероховатость поверхности. Все это обеспечивает повышение предела выносливости до двух раз. [c.57] З П л1етоды (рис. 17) играют важную роль в обеспечении надежной работы машин. По сравнению с теоретическими они позволяют более точно, а зачастую с меньшими затратами труда оценивать истинные характеристики напряженно-деформированного состояния и несущей способности сложных по конфигурации и характеру нагружения деталей и элементов машин. [c.59] Напряжения определяют экспериментально на моделях, деталях машин и конструкциях в лабораторных, стендовых и эксплуатационных условиях. Для предварительного выявления зон наибольших напряжений, оценки их направления и значения выполняют исследования полей напряжений. Для этого исгюль-зуют поляризационно-оптический метод, основанный на интерференции поляризованного света, прошедшего через модель из прозрачного оптически чувствительного материала. Он хорошо разработан для деталей плоской формы. Широко применяют также метод хрупких покрытий (канифольно-лаковые покрытия, стекловидные эмали и др.), основанный на образовании трещин в наиболее напряженных зонах модели или детали. [c.60] Если зоны максимальных напряжений заранее известны, применяют методы исследования напряжений в отдельных точках. Наибольшее распространение получил метод, основанный на использовании тензодатчикое электрического сопротивления. Применяют датчики из тонкой проволоки (константан, нихром и др-) и из медно-никелевой фольги с короткой (0,3—3 мм), средней (3—25 мм) и большой (свыше 25 мм) базой. Для регистрации гюка-заний тензодатчиков используют специальную аппаратуру, выбор которой определяется задачами и условиями измерения напряжений. Хорошо зарекомендовал себя также метод моделирования напряженно-деформированного состояния с использованием моделей из оргстекла. Простота изготовления таких моделей, высокая чувствительность их к нагрузкам вследствие малого модуля упругости материала модели, возможность воспроизведения самых сложных конструктивных элементов — все это делает данный метод эффективным при решении различных задач. [c.60] Исследование прочности проводят на образцах материала, моделях и натурных деталях. В связи с влиянием на прочность характера нагружения (статическое, циклическое, ударное) и других условий (высокая и низкая температура, коррозия, условия ползучести и т. д.) исследования прочности проводят с учетом этих особенностей. [c.60] Испытанием гладких образцов определяют стандартные характеристики прочности материалов. Испытанием образцов с концентраторами напряжений выявляют снижение этих характеристик, оцениваемое эффективными коэффициентами концентрации напряжений. Испытаниями на прочность в условиях, приближающихся к эксплуатационным (на образцах, крупных моделях, натурных деталях, при программном нагружении, соответствующем эксплуатационному, и т. д.), выявляют истинные или весьма близкие к ним характеристики несущей способности деталей и на этой основе разрабатывают мероприятия по ее повышению с учетом конкретных условий нагружения и эксплуатации. [c.60] Повышение надежности машин связано с усовершенствованием расчетов на прочность. В последние годы на основе капитальных трудов в области конструкционной прочности расчеты типовых деталей машин, в том числе подъемно-транспортных [52], претерпели значительные изменения. Но и теперь для предварительного определения размеров деталей машин используют упрошенные условные расчеты по номинальным напряжениям. Эти расчеты, характеризующиеся большой простотой и наглядностью, применяют и в качестве основных для малоответственных деталей. (Зт таких расчетов, основанных, как правило, на хорошо зарекомендовавших себя простых расчетных схемах, нет оснований отказываться и впредь, если по ним накоплен большой положительный опыт, а усложнение расчета не сулит существенного эффекта [56]. [c.61] Вернуться к основной статье