Техника - молодёжи 1952-10, страница 33

Переменная нагрузка вызывает «усталость» металла — прочность его уменьшается.

Различные металлы обладают разными показателями прочности, которые определяются опытным путем на специальных машинах. Полученными данными руководствуется конструктор, проектируя машину или сооружение.

Конструктор задает деталям такие размеры, чтобы в них в процессе работы ни при каких условиях не могли возникнуть напряжения, близкие к пределу прочности. Опасно, если конструктор допустит в детали напряжения, близкие к пределу прочности; она может разрушиться даже при небольшом увеличении нагрузки.

С возможным же увеличением нагрузки надо считаться, тем более, что иногда вообще бывает трудно учесть действующие на детали силы.

Конструктору в своих расчетах не рекомендуется превышать даже предела текучести. Ведь иной раз остаточная деформация может нарушить взаимные связи между частями машины и вывести ее из строя.

Фотография усталостного излома метёлла.

Ч

Проектируя ту или иную деталь, конструктор всегда выбирает для нее такие размеры, чтобы возникающие в ней напряжения составляли лишь некоторую часть от предела прочности или предела текучести. Отношение предела прочности или предела текучести к допускаемому напряжению называется запасом прочности.

Установить, какой взять запас прочности, — задача нелегкая. Долг конструктора, борясь за прочность, в то же время добиваться снижения веса машины, расхода материалов, применяя более прочные материалы, используя более совершенные формы и т. п. Проект директив XIX съезда партии по пятому пятилетнему плану ставит перед нашей техникой именно эту задачу.

Запас прочности в современных конструкциях сильно колеблется. Имеются детали с 20-кратным запасом прочности, а есть детали и с 2-кратным и меньшим запасом прочности.

Если, например, к детали во время работы будет всегда прилагаться спокойная нагрузка и ее наибольшая величина тоже известна, то для ма\оуглеродистой стали запас прочности достаточно взять равным двум или трем.

Но если в процессе работы эта деталь будет иногда подвергаться действию внезапной нагрузки, действующие силы будут мгновенно увеличиваться, запас прочности необходимо увеличить (при внезапной нагрузке напряжения в детали увеличиваются в два раза).

Например, при работе стилочной торфяной машины, которая укладывает на поле торфяные брикеты для просушки их после прессования, может случиться, что каток машины попадет на кочку. При этом почти вся нагрузка будет восприниматься осью одного катка, в то время как при нормальной работе нагрузка равномерно распределяется на все оси катков. Этот случай обязательно должен быть предусмотрен конструктором при выборе запаса прочности оси катка.

Коэфициечт запаса прочности часто называют «коофициентом незнания», так как величина его уменьшается с ростом нашего знания. Если конструктору, скажем, неизвестна точная величина действующих сил или характер приложения нагрузки, он обязательно должен увеличить запас прочности так, чтобы машина была надежна в работе.

ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

Случаи, когда на детали машин действуют постоянные силы, встречаются редко. Большинству деталей машин приходится работать в условиях, когда нагрузка во время работы меняется или по величине, или Но направлению. Иногда меняется и то и другое вместе.

Такое действие нагрузок называют циклическим. С циклическими нагрузками мы встречаемся повсюду: в паровозах, в турбинах, паровых молотах, станках, автомашинах, трамваях и т. д. Наиболее часто циклические нагрузки имеют место там, где существует вращение. При этом действующая сила периодически меняет свое направление.

В течение срока службы машины валам, рессорам, шатунам, осям, пружинам приходится испытывать огромное число перемен нагрузок. Шатун паровой машины за свою

Металл под нагрузкой «ползет» и при нормальной температуре, но очень медленно. При высоких температурах процесс «ползучести» протекает значительно интенсивнее.

жизнь должен выдержать 1 миллиард перемен нагрузок, вал паровой турбины — 15 миллиардов таких перемен.

Переменные нагрузки для деталей опаснее, чем нагрузки статические.

Долгое время оставались загадочными аварии машин, которые случались в условиях, когда нагрузка на их детали не превышала предела прочности, а иногда и предела текучести. И только в первой половине прошлого века было установлено, что циклическое действие сил снижает прочность металла. Длительное воздействие переменных нагрузок вызывает явление «усталости металлов». Вначале в металле появляются невидимые простым глазом трещинки — очаги разрушения, которые в процессе работы развиваются, становятся видимыми и в конце концов приводят к разрушению детали.

Каждый отлично знает, что проволоку легко сломать, согнув ее несколько раз то в одну, то в другую сторону. Действуя так, мы применяем циклическую нагрузку. Металл '«устает», и проволока ломается.

Число циклов сгибания и разгибания, после которого проволока сломалась, зависит от того, с какой силой мы сгибаем проволоку. Можно подобрать такую силу, чтобы и при очень большом числе циклов проволока оставалась целой.

То наибольшее напряжение, при котором металл, подвергнутый мно-- гократному циклическому воздействию сил, не разрушается, называется пределом усталости.

Количество перемен нагрузок, которое должен выдержать металл, не разрушаясь, в технике обычно задается заранее.

Предел усталости определяется опытным путем.

С этой характеристикой и имеет дело конструктор, когда он рассчитывает детали машин с учетом действия циклических нагрузок.

Для работы при переменных нагрузках избираются металлы, имеющие высокие пределы усталости. Размеры деталей машин проектируются таким образом, чтобы возникающие в них напряжения были меньше предела усталости. В этом случае будет полная гарантия, что машина и при циклическом действии сил будет работать надежно.

31