Глава I. Основы выбора допускаемых напряжений и коэффициентов безопасности

1.1. Общие сведения

Работоспособность деталей машин оценивают по прочности, износостойкости, жесткости, теплостойкости, виброустойчивости, надежности. Выбор того или иного критерия основывается на условиях работы конструкции. А расчет ведется по одному или нескольким из них. При этом для большинства деталей машин главным критерием работоспособности является прочность.

При расчете на прочность различают:

а) проектный расчет, в котором по значению допускаемого напряжения находят основные размеры какой-либо детали;

б) проверочный расчет, когда производится оценка прочности сравнением расчетных напряжений с допускаемыми для сконструированной детали или расчетного коэффициента безопасности с допустимым коэффициентом безопасности.

Условия прочности записывают следующим образом:

() или, (1.1)

где () – соответственно расчетные нормальные (касательные) напряжения;() – нормальные (касательные) предельные напряжения;,– расчетный и допускаемый коэффициенты безопасности.

Расчетные напряжения, или основные размеры детали, определяют из условий прочности

на растяжение-сжатие:

, (1.2)

где – сила растяжения-сжатия, Н; – площадь поперечного сечения, м²;

на смятие:

, (1.3)

где – сила смятия, Н; – площадь поперечного сечения, м²;

на срез:

, (1.4)

где – сила среза, Н; – площадь поперечного сечения, м²;

на изгиб:

, (1.5)

где – изгибающий момент, Нм; – момент сопротивления изгибу, м³;

на кручение:

, (1.6)

где – крутящий момент, Нм; – момент сопротивления кручению, м³.

1.2. Допускаемые напряжения

Допускаемые напряжения находят как часть предельных напряжений, при которых происходит разрушение деталей или нарушение нормальных условий их взаимодействия вследствие недопустимо больших остаточных деформаций:

или . (1.7)

При статических нагрузках предельным напряжением для пластичных материалов является предел текучести (), для хрупких – предел прочности () (рис.1.1 и табл. 1.1, 1.2). Таким образом, с учетом масштабного фактора и эффективного коэффициента концентрации напряжений при статических грузках

для пластичных материалов:

, (1.8)

для хрупких материалов:

, (1.9)

где – допустимый коэффициент безопасности.

Рис. 1.1. Диаграмма растяжения:

a) – для пластичного материала (сталь); б) – для хрупкого (чугун)

Таблица 1.1.

Допускаемые напряжения для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии

Марка стали (ГОСТ 380-88)	Допускаемые напряжения*, МПа
	при растяжении [σр]			при изгибе [σиз]			при кручении [τкр]			при срезе [τср]			при смятии [σсм]
	I	II	III	I	II	III	I	II	III	I	II	III	I	II
Ст2	115	80	60	140	100	80	85	65	50	70	50	40	175	120
Ст3	125	90	70	150	110	85	95	65	50	75	50	40	195	135
Ст4	140	95	75	170	120	95	105	75	60	85	65	50	210	145
Ст5	165	115	90	200	140	110	125	90	70	100	65	55	250	175
Ст6	195	140	110	230	170	135	145	105	80	115	85	65	290	210

* Римскими цифрами обозначен вид нагрузки: I – статическая; II – переменная, действующая от нуля до максимума, от максимума до нуля (пульсирующая); III – знакопеременная (симметричная).

Таблица 1.2.