ВИДНЫМ разрезом. Напряжение создают введением в разрез клина. Через определенные промежутки времени нагрузку снимают и измеряют остаточные деформации, по которым находет напряжение, остающееся в образце после данного этапа испытания [оост = = сго(1-/пл о), где Оо - первоначальное напряжение; /о и /пл - соответственно первоначальная и пластическая деформации].

Итогом испытания является диаграмма остающихся напряжений в функции времени (рис. 464). Чем выше остаточные напряжения, тем больше считается релаксашюнная стойкость. Остаточные напряжения резко снижаются в первые 1(ХХ) ч испытания, после чего снижение замедляется (вследствие падения действующих напряжений и отчасти вследствие деформационного упрочнения материала).

Релаксационная стойкость материалов колеблется в широких пределах. Например, после выдержки под нагрузкой в течение 10 тыс. ч образец из стали 40Х сохраняет ~ 75 % первоначальных напряжений (пластическая вытяжка 25%), а образец нз стали ЗОХМ А - 30% первоначальных напряжений (пластическая вытяжка 70%). Высокой релаксационной стойкостью обладают сплавы Ti.

Оценка релаксацпонной стойкости по остаточным напряжениям является спорной. Для отражения физической сущности явлений, а также для удобства расчетов целесообразно исходить прямо из остаточных деформаций и оценивать релаксационную стойкость пределом ползучести - напряжение, при котором пластическая вытяжка за регламентированный, достаточно большой промежуток времени (3000 - 5000 ч) не превышает определенного малого значения (0,5-1%„).

Испытания следует проводить под нагрузкой, соответствующей реальным условиям нагружения (для нагруженных стяжных соединений - под отнулевой нагрузкой, при напряжениях, соответствующих рабочим и с обязательным учетом податливости стягиваемой системы).

Рабочие напряжения в болтах должны быть меньше найденного таким способом предела ползучести.

При повышенных напряжениях и температурах следует применять релаксационно-стойкие материалы (хромистые и кремнистые стали), подвергнутые улучшению или изотермической закалке на верхний бейнит.

Для предотвращения пластических мнкроде-формаций целесообразно применять подкладные шайбы большого диаметра. Резьбу, опорные поверхности шайб, гаек, головок бол-

тов, а также поверхности стыков рекомендуется обрабатьшать не ниже 6-го класса шероховатости и обеспечивать строгую перпендикулярность опорных поверхностей относительно оси болтов. Болты следует затягивать регламентированной силой. Соединения рекомендуется подвергать предварительной осадке путем затяжкн болтов под напряжением, близким к пределу текучести материала, с целью расплющивания микронеровностей в резьбе и на опорных поверхностях и деформационного упрочнения материала болтов.

Релаксация сильно зависит от упругой характеристики системы. Относительная пластическая вытяжка болтов Дпл уменьшает силу затяжки на величину АР. При этом у болтов упругая деформация уменьшается на величину Aci = ДРА), а корпус удлиняется на величину

Авг = ДРДг-

Сумма упругих деформаций болтов и корпуса равна

АР АР

+ --= Дпл,

откуда

ДР =

1А..1А.-

При X., = О плп /.2 = 0 величина ДР=0, т. е. даже при пластической вытяжке ослабление системы не наступает.

При построении диаграммы Р-е с учетом релаксации (рис. 465) прямые растяжения аЬ и be сближают на отрезок ее = Дпл- Треугольник abd изображает состояние системы после релаксапии-

Силы, действующие в соединении,

Рэаг = Рзат-АР;

Рсж = Рсж-АР;

Рраст = Рраст - Д Р-

Рис. 465. Влияние релаксации иа параметры соединения

Коэффициенты асимметрии циклов г, и снижаются, вследствие чего циклическая прочность болтов и корпусов падает.

Наибольшую опасность представляет уменьшение натяга на стыке. Коэффициент затяжки после релаксации

Э = Э--, (101)

Рраб

где Э - первоначальный коэффициент затяжки. Представляя формулу (100) в виде

ДР =

1 + X, /Л2

(102)

и вводя в нее

£.Р,

раст

Рраб 0+1)

находим

откуда

ЛР Д„„(9+1) £,

Граб

I+X1A2 1

Д„п(Э+1) £,

(103)

1 + XiAj а,

По этой формуле определены значения Лпл, при которых 9 = О (полное исчезновение натяга) и 9 - 0,5 (натяг, равный 0,5 первоначального). Принято 9=1; Xi А2 = 1; £1 = 2 X X 10 МПа. Ниже приведены также абсолютная вытяжка для болта данной 200 мм (f„„ = = 200Лпл).

Как видно, совершенно незначительные пластические вытяжки (в рассматриваемом случае 0,1-0,3 мм) приводят к полному исчезновению натяга. Для сохранения натяга, равного 0,5 первоначального, вытяжка не должна превышать 0,05 мм при низких значениях а, и 0,15 мм при высоких. Ослабление стыка можно предупредить повышением начальной силы затяжки. Для получения нужного коэффициента затяжки 9 после релаксации исходный коэффициент затяжки должен быть равен

а = » + - .

(104)

Пример. Пусть Е, = 2,1 • 10 МПа; = 290 мм (X, = Е, F, = 6 10 Н); Ej = 7,5 10* МПа; f j = = 1600 мм (Xj = EjFj = 12.10 Н). Рабочая сила Рраб - 25 кН; коэффициент затяжки 8 = 1. Пластическая вытяжка болта по истечении длительного времени Адл = 0,0005 (при длине болта 200 мм абсолютная вытяжка /пл = 0,1 мм).

Согласно формуле (100)

0,0005 10

ДР =

Т-12

= 20 кН.

Параметры соединения до и после вытяжки приведены ниже.

После вытяжки на стыке остается только 20% первоначальной затяжки; стык работает при очень низком значении коэффициента асимметрии (г = 0,23). Для получения после вытяжки значения S = 1 необходимо согласно формуле (104) увеличить первоначальный коэффициент затяжки до

ДР 20

8 = 1+-=1+-:г=1,8;

раб

тогда параметры соединения до и после вытяжки будут:

В этом случае после вытяжки сохраняются все параметры исходного соединения (см. предыдушую таблицу), но за счет повышения на 40 - 45% начальных напряжений Oj и

Другой способ заключается в уменьшении ЛР путем установки упругих элементов на болтах или корпусах (конструктивно удобнее установка на болтах).

Сохраняя численные значения предьщушего примера, уменьшим ДР в 5 раз (ДР = 4000 • Н). Необходимый для этого коэффипиент жесткости болта с упругим элементом

ДР X

0,0005

= 8,6-10° И.

4000 12 10

Новое значение фактора жесткости системы Xt 8,6-10»

= 0,072.

12 10

Новое значение силы затяжки (при том же коэф-

фициенте затяжки 8=1)

25 1,93 =48 кН,

Параметры соединения до и после вытяжки приведены ниже.

Установка упругих элементов обеспечивает после релаксации вполне удовлетворительную затяжку стыка (8 = 0,84) без существенного изменения напряжений в болтах и корпусах. Однако уменьшение фактора жесткости системы вызывает снижение коэффициента асимметрии цикла сжатия (г = 0,48), который можно повысить до = 0,6 путем небольшого увеличения исходного коэффициента затяжки (с 1,0 до 1,4).

Коэффициент жесткости упругого элемента Хд, необходимый для получения Х5 = 8,6 10» Н, находим из формулы (94). Полагая /э = 0,1, получаем

Хэ = -

= 10» н.

8,6-10» б-Ю

Относительное удлинение элемента после вытяжки ДР 4000

= 0,004.

X, 10»

Абсолютное удлинение (при t, = 20 мм) = = 0,004-20 = 0,08 мм.

Полная свободная деформация элемента при монтаже (сжатие от О до Рзат = 48000 И)

Абсолютная деформация = еу, = 0,048 • 20 = =0,96 мм. С запасом на колебания вытяжки и сил затяжки принимаем /э = 1,5 мм.

Как видно из этого примера, можно, придавая элементам достаточную податливость, застраховаться с большим резервом от релаксации. Кроме того, упругие элементы, амортизируя нагрузку, уменьшают пластическую вытяжку болтов и, поддерживая в системе постоянный натяг, предупреждают самоотвинчивание гаек, что не освобождает от необходимости их жесткого стопорения.

Корпуса переменного сечения

Стягиваемые детали нередко имеют разные сечения (рис. 466) шш могут быть выполнены из материалов с различным модулем упругости.

Пусть I"... - дайны разнородных участков О + I" + ... = /) и X, X"... - их коэффициенты жесткости.

Полная деформация корпуса под действием силы Р

/= Г+ f"+ -.=

РГ Р1"

Относительная деформация

f Р ( Г 1" \

Фактор жесткости Х корпуса в целом 1

XS = = е

X"

(105)

Вводя эту величину в предыдущие уравнения вместо Xj, .можно выполнить расчет подобно предыдущему. Температурный натяг в этом случае

Рис. 466. Корпус с переменными сечениями