Машиналардың статистикалық және циклдік беріктігі

Машина элементтерінде шектелген жүктеме және соған сәйкес кернелу болған кезде калдык ақаулар мен бұзылыстар болуы мүмкін. Бөлшектер жасалған материалдар түтқыр немесе сынғыш жағдайда болуы мүмкін.

Тұтқырлық жағдайда олардың бүзылуына иілімдік акзулар себеп болады. Иілімді материалдардан жасалған бөлшектердің жүру қабілетін аныкгау үшін әдетте, аздаған дәрежедегі иілімдік ақаулардың жағдайын карастырады. Мүнда ағымдык. шегін аңықтаудың айтарлықтай маңызы бар, ол серпімділік-иілмелікті есептеу кезінде акаулану қисығындағы пропорционалдық шегіне тен. болады. Шартты диаграммада ординат осіне кернелуі салынады, ал абсцесс осіне - ақауы салынады. Мұнда S - созылатын үлгіге әсер ететін күш; F_0,l₀ - бастапқы қиылысу ауданы және үлгінің ұзындығы; - үлгінің абсолюттік ақауы. Бұл диаграммада ағымдық шегі 0,2 пайызға тең үлгінің қалдықтық ақауына сәйкес келеді. Шартты ағымдық шегінің мәні анықтамада келтірілген. Бөлшектің кез келген бөлігіндегі иілімдік ақаулардың дамуы (несущей?) бөліктерінің қабілеттілігінің үлкеюіне әкеледі. Бұл, ақау кезінде қиылысу бойынша кернелудің қайта таралуы есебінен (мысалы остің немесе біліктің бүгілген жері), бөлшек материалының нығаюы есебінен болады. Сынғыштық жағдайда иілімдік ақау айтарлықтай себеп болмайды. Бұл кезде бұрын болған жарықтың да, жаңадан болған жарықтың да тез үлғаюына жағдай туады.

Аздаған иілімдік ақаулар себеп болатын жарыстардың тез дамуы сынғыштык бұзылыс механизміне байланысты. Сынғыштық бұзылыстар төмен температурада жұмыс істейтін саңылауы көп болаттарда, шойындарда, жұмсақ көміртектік болаттарда, сонымен бірге, пісірілетін және кұйма бұйымдардың ірі көлемді, қалың конструкцияларында орын алады. Сынғыштык жарықтардың шығу себебі жергілікті иілімдіктің жойылуы болып саналады. Сызықтық механикада бұзылыстардың туу себебі, жарыққа перпендикуляр салынған күш, оның шеттерінде кернелу жағдайын тудырады, ол ағымдық шегінен төмен номиналдық кернелуде күшті бұзылыстар тудырады.

Механизмдер мен металлконструкциялардың бөлшелістеріне түсетін ауыспалы кернелу әсерінде бұзылыстар біртіндеп жиналады. Бұл процесті шаршау дейді, ал бөлшектердің шаршауға қарсыласу қабілетін — циклдік беріктік немесе төзімділік дейді. Циклдік зақымдардың бастапқы кезеңінде металл кристалдарының жеке иілімдік ақаулары пайда болады. Бұл ақаулар кернелудің қайта таралуын тудырады да, бірқатар кристалдардың бетінде орнынан жылжу сызығы дамиды. Иілімдік ақаулар жеке кристалдардың нығаюымен және бір мезгілде кристалл ішіндегі ақаулар бар жерде құрылымының қопсуымен бірге жүреді. Белгілі бір деңгейден асатын ауыспалы кернелудің әсерінде орнынан жылжу сызықтарында микрожарықтар пайда бола бастайды. Микрожарықтар дами келе макрожарықтарға айналады. Кейінгісі бөлшектің беріктігін кемітеді, жарықтар көлемі шектік мәніне жетеді, бөлшектің сынғыштығы дамиды. Сөйтіп, шаршаулық бұзылыстар процесін екі кезеңге бөлуге болады. бірінші кезең - макрожарық пайда болғанға дейін, екіншісі — оның пайда болу кезінен бастал бөлшектің бұзылысына дейін. Қазіргі кезде күрделі конфигурациядағы машиналар бөлшегінде жарықтардың таралуын жалпы бағалаудың қабылданғанған зандылықтары жеткіліксіз. Осыған байланысты микрожарық пайда болғанға дейін де, толық бұзылуға дейін де циклдік беріктікті есептеу бірдей сипатта болады. Жарық пайда болу және түпкілікті бұзылу шарттары бойынша анықталған төзімділік шегі концентрациясының коэффициенті < 2…3 кезінде сәйкес келеді. Концентрацияның жоғары коэффициентінде микрожарық дамитын циклдер саны, жарықтың пайда болу кезеңінен кесіндінщ бүзылысына дейін,жалпы бөлшектің 70-80 пайызын құрайды. Шаршау жарығының дамуы жарык шыңының циклдық ақауларынан дамиды. Жалпы микрожарықтың көріну кезінен, бөлшектің толық бұзылысына әкелетін микрожарықтардың таралуы үш кезеңге бөлінетіні анықталды. Бірінші кезең жарықтың сырғанау жолағы бойымен таралу жылдамдығының аздығымен сипатталады. Екінші (негізгі) кезенде жарық тұрақты жылдамдықпен өседі. Үшінші кезеңде, жарық көлемі өте үлғайғанда, жылдамдық өсіп, бөлшектің сынғыштығы пайда болады. Эксперименталдық және теориялық зерттеулер де және эксплуатациялык бақылаулар да шаршау жарықтарыньщ әр уақытта да бөлшектің (үлгінің) бұзылуына әкеле бермейтінін көрсетті. Бірқатар жағдайда таралмайтын жарықтар немесе өте баяу өсетін жарықтар пайда болады. Жарықтардың өсу жылдамдығын азайту мүмкіндігін жасау және қолдану машинаның ұзақ пайдалануының айтарлықтай қоры болатыны анық.

Жарықтың тшыңынды кернеудщ өте жоғары концентрациясы дамиды. Бірқатар жағдайда кернелу концентраторының өткірлігін үлғайтқанда, шаршау кедергісі өсетінін және оның таралмайтын жарықтың даму себебі болатынын тәжірибе көрсетті. 12 суретте болат үлгісіндегі төзімділік шегінің осы үлгі тілігіндегі кернелудің теориялык коэффициент теориясына тәуелділіктің жалпы схемасы берілген. Алдымен үлғаюы бұзылу бойынша (қисық 1) шаршау шегінің төмендеуіне әкеледі. Кейбір қиын деңгейге жеткеннен кейін() одан әрі үлғайғанмен, шаршау шегі бұзылу бойынша кішіреюін тоқтатады (кисык 2). Жарықтың пайда болуы бойынша (қисық 3) төзімділік шегі төмендегідей береді. 26 суреттен концентрацияның қиын теориялық коэффициентінен кейін төзімділік шегі бөлінеді. тілігіңде таралмайтын шаршау жарығы пайда болады. Жарықтың дамуы шыңына жеткенде материалдағы кернелудің өзгеруінен, кернелудің жоғары концентрациясы аймағындағы материалдың нығаюуынан және т.б. себептерден тоқталады.Бұл мәселені теориялық зерттеулер толык камтиды, бірақ бірқатар маңызды жағдайларда, қазірдің өзінде концентрацияның теориялык коэффициенттерінің қиын мәнін және төзімділік шегін, бұзылу және жарықтың пайда болуы бойынша есептеуге болады. Жұмыстағы кернелудің белгілі деңгейінде жарықтың ұзындық шегін есептеп анықтауга болады.

1,2 - бұзылуға төзімділік шегі; 3 - жарықтың болуына төзімділік шегі

12 сурет — Симметриялық циклмен жүктелу бойынша төмен көміртектікболат үлгісінің иілуіне сынама жасау кезіндегі шаршау шегінің концентрациясының теориялық коэффициентінен тәуелділігі 1,2 - бұзылуға төзімдшік шегі; 3 - жарықтың болуына төзімділік шегі

Циклдік беріктіктің негізгі сипаттамасы шаршау қисығы, ол жүктелу циклындағы максималды кернелуді жарық немесе бұзылу болғанға дейін бөлшектің ұстап тұратын циклдер санымен байланыстырады (13 сурет).

13 сурет - бөлшек қимасындағы кернелу өзгерісінің асимметриялық процесі

Эксперименталдық шаршау қисықтарын салғанда шашыранды нәтижелер көрінеді, ол металл бөлшегі құрылымының, оны өңдеудің әртүрлілігімен, және басқа жағдайлармен түсіндіріледі. Бірнеше сынақтар жүргізіп, максималды кернелудің N белгілі бір деңгейінде бөлшектердің жарықтарына және бұзылуына дейін әкелетін f₁(N) циклі санының таралу заңын анықтауға болады. Сонымен бірге төзімділік шегінің таралу заңын да анықтауға болады (14 а сурет).

 

а- координат жүйесінде; б- координаттың логарифмдік жүйесінде

14 сурет - Шаршау қисықтары а-...координат жүйесінде; б- координаттың логарифмдік жүйесінде

 

Эксперименталдық алынған нүктелер арқылы сыналатын бөлшекте немесе үлгіде әртүрлі бұзылыстар Р_n болатын шаршау қисықтары жүргізіледі.

(16)

мұнда т — шаршау қисығы дәрежесінің көрсеткіші; С - константа.

Жарықтың пайда болу шарты бойынша салынған т - шаршау қисығы дәрежесінің көрсеткіші, бұзылу шарты бойынша анықталған т-дан жоғары.

Шаршау қисығының тендеуі (16) кернелудің өзгеру циклының аныкталған сипаттамасына сәйкес келеді. Оларға максималды мен минималды кернелулерінен басқа, амплитуда , кернелу жатады (14 суретті қараңыз). r циклдің асимметрия коэффициенті. Оларды тәуелділігі бойынша 2 кестеден анықтайды.

3 кесте

Цикл	Кезенді жүктелу заңы	Циклдің сипаттамасы
Амплитуда	Орташа кернелу	Асимметрия коэффициенті
Асимметриялы
Симметриялы
Нөлден бастап

 

Шаршау қисықтарын логарифимдік координат жүйесінде салуға болады (14 б сурет). Технологиялық машина жасауда қолданылатын көптеген болаттар үшін, және координатындағы сыну нүктесінің абсцесс осіне параллель шаршау қисығының учаскесіне өтуімен сәйкес келеді. мұнда - төзімділік шегі, ал - циклдердің базалық саны. Төзімділік шегі шексіз циклдер саны кезінде бөлшектердің бұзылысын тудырмайтын циклдің максималды кернелуіне тең болады.

Төзімділіктің шектелген шегі төзімділік қисығының сол бұтағындағы бөлшектердің бұзылысын тудыратын циклдің максималды кернелуіне() сәйкес келеді (14 б сурет).

Технологиялық машиналардыің металлконструкциясында жүктелудің аз циклі кезінде кейде жарықтар пайда болады. ().

Әдетте, бұл бұйымдардың шала пісірілуіне, тігістерінің тіліктеріне және басқа ақауларына, сонымен бірге үнемі болатын жүктемеге байланысты. Бұйым сапасы жақсы болғанда және аз циклдерде қалыпты жұмыс істегенде шаршау жарығы болмайды.