) См., например, Серенсен СВ., Тетельбаум И, М., Пригоров-ский Н. И., Д{1намическая прочность в машиностроении, 1946.

определять с помощью графиков фиг. 626, то искомая величина действительного коэффициента концентрации aJд окажется вычисленной тоже приближённо. Поэтому значения ад предпочтительнее определять непосредственно из испытаний на усталость образцов соответствующей формы. Значения коэффициентов концентрации окт и ад для более широкого круга факторов концентрации приводятся в специальных курсах и справочных пособиях).

Довольно простые приближённые эмпирические формулы были предложены для вычисления действительных коэффициентов концентрации для стали в зависимости от предела прочности. В том случае, когда деталь не имеет резких переходов, выточек, шпоночных канавок и обладает чисто обработанной резцом поверхностью (но не полированной)

= 1.2 + 0,2-?. (37.5)

В случае же, когда имеются резкие переходы, надрезы, выточки: а = 1,5 + 1,52. (37.6)

Эти формулы годятся для стали с пределом прочности 40-130 кг/мм и являются достаточными для практического применения; 0 выражается в кг/мм.

Говоря о местных напряжениях, необходимо особенно подчеркнуть влияние всякого рода повреждений поверхности на величину предела выносливости. Опыты показали, что кованые детали с поверхностью, не подвергавшейся механической обработке, дают предел выносливости, меньший, чем тот же материал после удаления поверхностного слоя и полировки; разница достигает для малоуглеродистой стали 15-207о> лля высококачественных сталей даже 50Vo-

Подобного же рода явление наблюдается при работе пружин, изготовляемых из высокосортных легированных сталей, если поверхность этих пружин после термической обработки (закалка и отпуск) не подвергается уже механической обработке; наличие подобной поверхности снижает предел выносливости в некоторых случаях вдвое. Даже простые царапины и риски снижают предел выносливости на 10-20Уо.

Очень важным фактором, вызывающим значительную концентрацию напряжений, является плотная посадка с натягом одной детали на другую, например ступиц шкивов, дисков и колёс на вал или ось. Многочисленные опыты показали, что в этом случае действительный коэффициент концентрации доходит до 1,8-2,0. Конструктивными мерами (§ 245) можно понизить эту величину.

§ 240] ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛИ 745

Специальный вид комбинированного влияния местных напряжений и химического воздействия представляет собой резкое снижение предела выносливости при коррозии. Опыты показывают, что если производить испытания на усталость в воде или другой жидкости, вызывающей коррозию металла, то предел выносливости значительно снижается. Это влияние слабо сказывается на нержавеющей стали.

Наконец, за счёт своеобразных местных напряжений надо отнести влияние на предел выносливости структуры стали. Так как металл представляет собой конгломерат кристаллических зёрен различной величины и различно ориентированных, то в действительности мы всегда имеем в известной мере неравномерное распределение напряжений даже при простом растяжении. Эта степень неравномерности увеличивается с неравномерностью величин отдельных зёрен. Поэтому получение возможно более однородной мелкозернистой структуры стали при помощи термической обработки повышает предел выносливости.

В заключение необходимо ещё раз подчеркнуть, что чем более высокую прочность имеет сталь, тем она чувствительнее ко всякого рода надрезам и повреждениям поверхности, тем более культурной обработки она требует.

Полученными данными о пределе выносливости и о коэффициентах концентрации мы воспользуемся в дальнейшем, чтобы установить правила для выбора допускаемых напряжений.

§ 240. Влияние размеров детали на величину предела выносливости.

Приведённые выше данные о величине предела выносливости получены, как правило, при испытании образцов малого диаметра, от 7 до 10-12 мм. В последнее время начали определять предел выносливости на образцах большого диаметра, до 40-50 мм. Существуют машины для испытания на усталость осей подвижного состава в натуральную величину, позволяющие испытывать оси диаметром 150 и даже 300 мм.

Эти опыты показали, что, во-первых, результаты, получаемые для отдельных образцов такого большого размера, дают очень значительный разброс точек при попытке определить предел выносливости по методу, данному на фиг. 616, во-вторых, предел выносливости, хотя и не очень точно определённый вследствие разброса данных эксперимента, всё же оказывается для больших образцов ниже, и иногда значительно ниже, чем для малых. Это снижение особенно имеет место для легированных сталей; на предел выносливости углеродистых сталей влияние абсолютных размеров значительно слабее.

Экспериментально установленный факт снижения предела выносливости в изделиях по сравнению с величиной предела выносливости в малых образцах, испытываемых обычно в лабораториях,

имеет очень большое значение, так как это обстоятельство идёт не в запас прочности.

К сожалению, в настояш,ее время ещё не найдено более или менее достоверное объяснение этому факту; по-видимому, указанное снижение предела выносливости вызывается рядом обстоятельств, в частности:

а) В больших образцах более вероятно наличие различных внутренних факторов концентрации напряжений (включения, пузыри и т. д.); малые образцы оказываются в этом отношении обычно чище.

б) При изготовлении образцов поверхностный слой получает некоторый наклёп, который может оказаться относительно большим в малых образцах; между тем опыты показывают, что наклёп в целом ряде случаев может повышать предел выносливости.

в) Наконец, при одной и той же величине наибольшего (в крайнем волокне) напряжения в малых образцах падение напряжения при переходе к более глубоко расположенным слоям металла происходит интенсивнее, чем в больших; как говорят, градиент напряжений в малых образцах больше, и отдельные кристаллические зёрна оказываются в лучших условиях.

Все эти соображения, однако, являются лишь некоторыми предположениями.

Эксперименты с определением действительных коэффициентов концентрации на образцах разных размеров показали, что увеличение абсолютных размеров образца в известной мере эквивалентно повышению коэффициента чувствительности материала. Например, испытание двух образцов с диаметрами 10 и 40 мм из углеродистой

стали с Од = 50 кг/мм показало, что при ~ =0,025 для малого образца ад = 1,5, в то время как для большого ад = 2,4, т. е. совпадает с его теоретическим значением. Зато при увеличении коэффициент ад для больших образцов падает резче, чем для малых. Всё это имеет большое практическое значение, так как показывает, что факторы концентрации, вызывающие большие местные напряжения, в действительности гораздо опаснее, чем это дают лабораторные опыты с малыми образцами.

Таким образом, при проверке прочности материала влияние абсолютных размеров детали на величину предела выносливости обязательно должно быть учтено. Избежать необходимости такого учёта, очевидно, можно было бы только, определяя величину предела выносливости на моделях деталей, изготовленных в натуральную величину. Последнее, однако, далеко не всегда возможно. Вместе с тем в настоящее время уже имеется более или менее достаточное количество данных по сравнительным испытаниям на усталость малых лабораторных (диаметром 7-10 мм) и больших образцов из одного и того же материала. Используя эти данные и оценивая степень снижения предела выносливости за счёт увеличения размеров