2 Оценка прочности деталей машин. Оценка прочности по допускаемым напряжениям (теории прочности).

В машиностроении основными являются оценка прочности и расчет деталей на прочность, который обычно выполняется в двух вариантах: 1) проектный расчет, и 2) проверочный расчет.

Оценка прочности по допускаемым напряжениям (плоское напряженное состояние объемном напряженном состоянии) теории прочности.

наибольшее напряжение σmax в некоторой точке нагруженной детали не должно превышать определенной величины, свойственной данному материалу и типу детали.

Условие прочности детали по допускаемому напряжению имеет вид

σmax ≤ [σ]

(1)

где [σ] - допускаемое напряжение.

Такая оценка удобна, и поэтому 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.

Однако такой оценке прочности присущи и недостатки:

1) величина допускаемого напряжения носит условный характер, так как не отражает характера предполагаемого разрушения, режима нагружения и других факторов, влияющих на надежность;

2) допускаемое напряжение, особенно при переменной нагрузке, зависит от геометрии детали, материала, технологии изготовления, что затрудняет его использование в качестве нормативной характеристики;

3) величина [σ] не дает представления о надежности детали в явном виде, так как в формуле (1) не показано соотношение действующих и предельных напряжений для материала детали (предела текучести σт, предела прочности σв, предела выносливости и др.).

В инженерных расчетах допускаемые напряжения используют в основном для предварительных расчетов, связанных с приближенным определением основных размеров деталей.

Оценка прочности по коэффициенту запаса прочности (по напряжении; по нагрузке; по долговечности).

Условие прочности в этом случае

n = σпред / σmax

(2)

где n - запас прочности;

σпред - предельное напряжение (предел прочности при постоянных нагрузках, предел выносливости при переменных нагрузках), полученное экспериментально или взятое из справочника;

σmax - максимальное напряжение в опасной точке детали, вычисленное при наибольшей (ожидаемой или установленной тензометрированием) рабочей нагрузке.

Величина σпред 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

[σ] = σпред / n

(3)

При действии статических нагрузок иногда используют запас прочности по несущей способности

n = Fразр / F

(4)

показывающий отношение нагрузок в момент разрушения и в рабочих условиях.