Многоцикловая усталость и оценка выносливости деталей поршневых двигателей

Доля усталостных поломок деталей ДВС достигает 20 %. Поэтому для деталей кривошипно-шатунного механизма, механизма газо-распределения, элементов корпуса двигателя, силовых шпилек и болтов необходим расчет на выносливость. При переменных напряжениях разрушения возникают при меньших значениях, чем при статических. Обычно они возникают в местах концентрации напряжений по нормали к поверхности трещины. Изменение напряжений за один период называется циклом (рис. 2.4) и характеризуется максимальными (s_max, t_max ), минимальными (s_min, t_min ) и средними (s_m, t_m ) напряжениями, а также амплитудой s_a, и t_a.

s_m = 0,5(s_max +s_min ), t_min = 0,5 (t_max + t_min), (2.16)

s_a = 0,5(s_max - s_min ), t_a = 0,5 (t_max - t_min). (2.17)

Кроме того, вводится коэффициент асимметрии цикла r = (s_max/ s_min). Различают симметричный цикл при r = -1, s_m = 0, пульсирующий s_min = 0, s_m = s_a = 0,5s_max; при r<0 цикл знакопеременный.

Предел выносливости s_-1 определяют экспериментально на гладких цилиндрических образцах на базе числа циклов нагружения N = =(1…2)10⁷ для сталей, N = (0,1…1)10⁸ для легких сплавов. Для сталей с s_в »(400…1500) МПа s_-1 » (0,45…0,5) s_в при изгибе, или более точно s_-1 » (0,55-0,0001s_в) s_в, для стального литья и чугуна s_-1 » 0,45s_в, для цветных металлов s_-1 » (0,25…0,5) s_в, для касательных напряжений t_-1»0,6s_-1. Обычно полученные экспериментально значения предельных напряжений и амплитуд схематизируют. На рис. 2.5 приведена диаграмма предельных напряжений.

Кроме этого, учитываются коэффициенты асимметрии цикла

; , (2.18)

(табл. 2.2) коэффициенты концентрации напряжений k_s, k_t, коэффициенты масштабного фактора и поверхностной обработки e_м, e_п. Значения коэффициентов и физико-механические свойства материалов берут из табл. П.1 – П.8.

Таблица 2.2