Основные правила конструирования Основные характеристики конструкции (геометрические, прочностные характеристики материала, из которого будет изготовлено изделие)

При создании любой конструкции преследуется главная цель: безусловное выполнение функционального назначения. Конструкции, создаваемые разными конструкторами (коллективами), для выполнения одной функции будут отличаться по своим основным характеристикам. Такими характеристиками являются: геометрические (объем, габаритные размеры), масса и материалоемкость, прочность материала. Эти характеристики взаимосвязаны: чем меньшие размеры деталей и конструкции в целом нужны, чем меньшая масса и меньший расход материала требуются – тем более прочный материал необходимо использовать.

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению. Она оценивается: - с помощью допускаемых напряжений; - запасами прочности; - статистическими запасами прочности.

Условие прочности детали по допускаемому напряжению σ_max≤[σ], где σ_max – максимальное действующие напряжение,

[σ] – допускаемое напряжение.

На практике для однотипных конструктивных элементов (деталей), устоявшейся технологии их изготовления, стабильных условий нагружения разработана система допускаемых напряжений, обобщающая предшествующий опыт эксплуатации машин, приборов и аппаратов различного назначения. Недостатки метода:

- Величина допускаемого напряжения не отражает характера предполагаемого разрушения, режима нагружения и других факторов, влияющих на надежность;

- Допускаемое напряжение, особенно при переменной нагрузке, зависит от геометрии детали, материала, технологии изготовлении, что затрудняет его использование в качестве нормативной характеристики;

- Величина [σ] не дает представления о надежности детали в явном виде, так как в формуле не показано соотношение действующих и предельных напряжений для материала детали (предела текучести [σ_t], предела прочности [σ_в], предела выносливости [σ_-1] и др.).

В инженерных расчетах допускаемые напряжения используют в основном для предварительных расчетов, связанных с приближенным определением основных размеров деталей (расчеты на растяжение – сжатие; изгиб; кручение; сдвиг /срез/).

Широкое рапространение получил также расчет по запасам прочности. Условие прочности в этом случае n = пред / max,

где пред – предельное напряжение (предел прочности при постоянных нагрузках; предел выносливости при переменных нагрузках), полученное экспериментально или взятое из справочника;

max – максимальное напряжение в опасной точке детали, вычисленное при наибольшей рабочей нагрузке,

n. – коэффициент запаса прочности.

Величина пред отражает геометрию детали, технологию ее изготовления и условия нагружения, поэтому величина необходимого запаса прочности имеет стабильное значение.

Условия прочности по допускаемым напряжениям и запасам прочности связаны соотношением [] = пред / n.

В описенных методах оценки прочности носят детерминировванный характер и не учитывают должным образом неизбежное рассеяние разрушающих и максимальных напряжений.

Статистические запасы прочности являются более боснованными характеристиками прочностной надежности, в особенности при возможности отказов конструкций с тяжелыми последствиями. Основаны на использовании кривых плотности распределения переменных напряжений в наиболее нагруженной точке детали или пределов выносл-ти, например, кривой Гаусса. Их используют как критерии сравнения надежности вновь создаваемых изделий с изделиями, удовлетворительно эксплуатируемыми.

Понятия масса и материалоемкость не равнозначны. Если изготовить две одинаковых детали – первую из стали, а вторую из легкого сплава, то масса у них будет разная, а материалоемкость одинаковая. Добиться оптимального соотношения этих характеристик можно выбором рациональных сечений, обеспечением равнопрочности, улучшением конструктивной схемы.