2. Основы расчета деталей машин на прочность

Условия работы деталей машин в ряде случаев бывают столь разнообразными и сложными, что их не всегда удается проанализировать и облечь в форму точного расчета. Все наши расчеты основаны на отражении явлений, происходящих при работе машин. Отражения эти всегда приближенны.

Задача обеспечения необходимой прочности состоит в том, чтобы определить размеры и формы деталей машин, исключающие возможность возникновения недопустимо большой остаточной деформации, поломок и поверхностных разрушений.

2.1 Виды нагрузок

На деталь могут воздействовать три вида нагрузки:

1. Сила F

2. Изгибающий момент M

3. Крутящий момент T

2.2 Виды напряжений

1. В зависимости от вида деформации ДМ:

2. В зависимости от вида нагрузок:

• основные – вызываемые основными внешними нагрузками;

• дополнительные – вызываемые дополнительными нагрузкам, например, ветровыми при расчете кранов;

• местные – возникающие у концентраторов;

• остаточные – возникающие при выполнении тех или иных технологических операций – литья, сварки, обработки давлением, наклепа, термообработки.

В инженерной практике встречаются два вида расчета деталей машин:

• Проектный — предварительный, упро­щенный расчет, который выполняется по известным нагрузкам и с учётом свойств материала определяются геометрические параметры ДМ.

• Проверочный — уточненный расчет известной конструкции ДМ, выполняемый в целях проверки ее прочности или определения норм нагрузки. Расчёт выполняют, когда известна вся "геометрия" детали и максимальные нагрузки, а с учётом свойств материала определяются максимальные напряжения, которые должны быть меньше допускаемых.

3.Методы оценки прочности дм

На практике широко используются раз­работанные инженерами

три метода оценки прочностной надёжности ДМ:

1. Расчет по допускаемым напряжениям [σ].

Оценку прочности про­изводят путем сопоставления наибольше­го σ наиболее нагруженного сечения в детали с [σ]. Эти расчеты наиболее простые, но и наиболее грубые. Очень часто в машиностроении по этому методу производят проектировочные расчеты, когда по заданным нагрузкам и принимаемым [σ] определяют необходимые размеры деталей А.

[σ] следует принимать меньше предельных σ_lim, "с запасом":

n - коэффициент запаса (обычно 1,2n2,5).

В разных обстоятельствах коэффициент n может быть :

1. либо задан заказчиком, 2. либо выбран из справочных нормативов.

3. либо вычислен с учётом точности определения нагрузок, однородности материала и специфических требований к надёжности машин.

В расчётах не следует гнаться за "абсолютной" точностью и использовать сложные "многоэтажные" формулы. Обширный опыт инженеров-расчётчиков показывает, что усложнение методик расчёта не даёт новых результатов. Крупнейший советский специалист по прочностным расчётам деталей машин

И.А. Биргер заметил, что в технических расчётах "всё нужное является простым, а всё сложное – ненужным". В расчётах необходимо стремиться к корректным упрощениям.

В зависимости от материала детали, ее размеров, формы и характера нагружения, [σ] выражаются:

_{Аналогично по напряжениям}

Примеры появления очагов концентрации напряжений на деталях при­ведены на рис. коэф. концентрации напряжений в опасном сечении при изгибе. Здесь:

k_σ — эффективные коэф. концентрации напряжений (для ступенчатых галтельных переходов; для шпоночных пазов; для шлицевых и резьбовых участков валов и т. п.) определяют:

1. по ГОСТ 25.504 – 82, 2. по таблицам справочников.

k_d — коэф., учитывающий размеры вала (масштабный фактор);k_F — коэф., учитывающий качество (шероховатость) поверхности;

k_V — коэф., учитывающий наличие поверхностного упрочнения.

Такая оценка весьма удобна, если на практике для однотипных элементов, ста­бильных условий нагружения и технологии производства разработана система допус­каемых напряжений. Однако такой оценке прочностной надежности присущи существенные недо­статки:

• [σ] не отражает характера предполагаемого разру­шения и других фак­торов, влияющих на надежность.

2. Расчет по запасам прочности n.

Оценку прочности про­изводят путем сопоставления n наиболее нагруженного сечения в детали с допускае­мым n= F_lim / F > [n]=1,3…2,0.

Под запасом прочности n понимают отношение предельной нагрузки F_lim к действующей на деталь нагрузке F.

В большинстве расчетных случаев F_lim пропорциональны напряжениям и для них применимо условие прочности n=σ_lim/σ_max>[n]

σ_lim — мини­мальное предельное значение разрушающего напря­жения (предел прочности, предела вы­носливости и т. п.) для материала детали по справочным данным или меха­ническим испытаниям;

σ_max — максимальное напряжение в опасной точке детали для наиболее неблагоприятных условий нагружения.

Условия прочности по допускаемым на­пряжениям и запасам прочности связаны соотношением: [σ]=σ_lim/n

[n] имеет довольно стабильное значение и отра­жает технологию изготовления, режим нагружения и другие важные факторы.