Загальні принципи розрахунків на міцність

Всі етапи проектування, кожен крок конструктора супроводжується розрахунками. Це природно, тому що грамотно виконаний розрахунок набагато простіше і у сотні разів дешевше експериментальних випробувань. Найчастіше конструктор має справу з розрахунками на міцність [5, 12, 35].

Розрізняють проектувальні і перевірочні розрахунки.

Проектувальний розрахунок виконується, коли по очікуваних навантаженнях, з урахуванням властивостей матеріалу визначаються геометричні параметри деталей.

Перевірочний розрахунок виконують, коли відома вся "геометрія" деталі і максимальні навантаження, а з урахуванням властивостей матеріалу визначаються максимальні напруги, які повинні бути менше допустимих .

Не дивлячись на такі "провокаційні" назви, варто пам'ятати, що обидва ці види розрахунків завжди супроводжують один одне і виконуються на стадії проектування деталей і машин.

Математичне формулювання умови міцності будь-якої деталі дуже просте:

, .

Або, говорячи технічною мовою: напруження в матеріалі деталі повинно бути менше допустимих.

Завжди, при будь-яких обставинах, конструктор зобов'язаний ураховувати і забезпечувати такі умови роботи, щоб напруги в матеріалі деталей не перевищували допустимих.

Не можна допускати призначати граничні напруги, при яких наступає руйнування матеріалу.

Різниця між допустимими і граничними напругами схожа на різницю між краєм платформи метро і «білою лінією», проведеною приблизно в напівметра перед краєм. Перехід через «білу лінію» грозить зауваженням від чергового, а стояння на краю - загибеллю.

Напруги, що допускають, варто приймати менше граничних, "з запасом":

,

де n - коефіцієнт запасу (звичайно 1,2  n  2,5) .

У різних обставинах коефіцієнт запасу може бути або заданий замовником, або обраний з довідкових нормативів, або обчислено з урахуванням точності визначення навантажень, однорідності матеріалу і специфічних вимог до надійності машин.

Виконання всіх видів розрахунків на міцність для кожної деталі займе дуже багато часу. Тому інженер повинен спочатку вивчити досвід експлуатації подібних виробів. Це особливо зручно для типових деталей і машин. Варто звернути увагу на те, який вид поломок зустрічається найчастіше. Саме по цьому виді поломок, точніше по напругах які їх викликають, варто виконувати попередньо проектувальний розрахунок. По його результатах будується форма деталі, а перевірочний розрахунок виконується по напругах, що викликає менш небезпечні дефекти.

У розрахунках не слід гнатися за "абсолютною" точністю і використати складні "багатоповерхові" формули. Великий досвід інженерів-розраховувачів показує, що ускладнення методик розрахунку не дає нових результатів.

Найбільший радянський фахівець з розрахунків на міцність деталей машин И.А. Биргер помітив [5], що в технічних розрахунках "все потрібне є простим, а все складне – непотрібним". Втім, схожа думка висловлювалася вже в біблійних текстах, хоча і не з приводу машин. У розрахунках необхідно прагнути до коректних спрощень.