3.2.10.4. Прочностной расчет

Прочностной расчет включает в себя расчет деталей на прочность и жесткость. С целью определения оптимальных конструктивных размеров различных узлов и деталей машин и аппаратов выполняют расчеты на прочность и жесткость.

Расчету должны подвергаться те детали и узлы, которые имеют непосредственное отношение к предлагаемой модернизации машины или аппарата.

Для деталей и узлов стандартного оборудования расчет на механическую прочность должен носить поверочный характер и доказывать работоспособность оборудования при самых напряженных режимах процесса.

Расчету на прочность или долговечность могут подвергаться следующие детали и элементы машин и аппаратов:

- элементы рабочих органов (валы, рычаги, шпонки, подшипники, валки, диски, ножи, опорные ролики и т.п.);

- цепные, зубчатые, ременные и фрикционные передачи:

- силовые и транспортирующие органы (винты, шнеки, цепи, пружины);

- опорные металлоконструкции и крепежные детали (обечайки, днища, фланцы, штуцера сосудов, сварные, клеевые и паяные соединения, разъемные соединения и т.п.);

- перемешивающие устройства и т.д.

Поверочный расчет производят, например, для растяжения (сжатия) по следующей зависимости

, (3.22)

где σ_Р – действительное напряжение растяжения (сжатия), Па;

Р – растягивающая сила, Н;

F – площадь поперечного сечения, м²;

[σ] – допускаемое напряжение, Па.

Чем ближе будет действительное напряжение к допускаемому, тем лучше будет использован материал детали.

В случае изгиба основное уравнение прочности детали имеет вид

, (3.23)

где σ_И – максимальное напряжение изгиба в сечении детали, Па;

М_МАХ – максимальный изгибающий момент в наиболее опасном сечении, Н·м;

W – момент сопротивления сечения, м³.

В случае кручения расчет на прочность выполняется по следующему уравнению

, (3.24)

где τ – напряжение при кручении, Па;

М_КР – крутящий момент, Н·м;

W_Р – полярный момент сопротивления сечения, м³;

[τ] – допускаемое напряжение при кручении, Па.

При совместном действии нескольких видов нагружений расчет прочности ведется по эквивалентным напряжениям σ_ЭКВ (Па), которые определяются для различных условий по соответствующим уравнениям.

Например, вал нагнетающего шнека работает при совместном действии сжатия и кручения. В этом случае рекомендуется расчет на прочность вести по энергетической теории прочности

. (3.25)

В некоторых случаях при выполнении поверочного расчета требуется определить действительный коэффициент запаса прочности (выносливости) n по среднеквадратичному значению

, (3.26)

где n_σ – запас усталостной прочности по изгибу;

n_τ – запас усталостной прочности по кручению.

Правила расчета на прочность и жесткость отдельных элементов рабочих органов, передач, соединений и других деталей приведены в рекомендуемой литературе по дисциплинам «Сопротивление материалов», «Детали машин», «Подъемно-транспортные машины» и др.