1.6 Выбор запасов прочности и допускаемых напряжений.
Обычные методы расчета позволяют определить напряжения с удовлетворительной степенью точности лишь для сравнительно немногих простейших случаев нагружения.
В некоторых случаях величина и распределение напряжений в теле деталей не поддаются расчету. К нерасчетным деталям относятся в основном все базовые и корпусные детали типа станин, картеров, отдельных видов опор.
Если рассмотреть расчетные детали, то их расчет производится при допущениях, которые далеко не всегда выдерживаются в реальных условиях. Главными причинами,обуславливающими отклонения истинных величин запасов прочности и допускаемых напряжений от величин, определяемых расчетами, являются:
· рассеяние характеристик прочности материала по сравнению с номинальными значениями, которые определяются как среднестатистические по результатам испытаний большого числа образцов;
· неоднородность материала в пределах сечения и по длине детали;
· изменение прочности материала в зависимости от характера нагружения;
· отклонение расчетной сжемы от действительных условий нагружения;
· отклонение фактических величин действующих сил от номинальных значений;
· отклонение фактических напряжений от номинальных, обусловленное упругостью системы;
· игнорирование в расчете на прочность и жесткость деталей, сопряженных с рассматриваемой;
· возникновение местных напряжений на участках заделки деталей и на участках приложения сил;
· возникновение дополнительных сил и напряжений, вызванных неточностью изготовления и монтажа;
· возникновение перегрузок вследствие превышения расчетных режимов эксплуатации;
· наличие внутренних напряжений, возникающих при изготовлении детали, обусловленных макро- и микронеоднородностями материала.
В настоящее время существуют три основных направления выбора-коэффициентов запаса и допускаемых напряжений:
1. - базируется на использовании упрощенных расчетных методик.
а) - при проектных расчетах предварительно назначается запас прочности, по нему выбираются допускаемые напряжения и по известным формулам сопротивления материалов и теории упругости определяются размеры сечений.
б) при проверочных расчетах назначаются размеры сечений, определяются напряжения в этих сечениях и сравниваются с механическими характеристиками материала из которого сделана деталь, а затем оценивают значение коэффициента запаса прочности.
Это направление чревато опасностью очень большой величины коэффициента запаса прочности (5 - 10).
2. - базируется на полном и точном выяснений фактических напряжений, действующих в детали. Здесь в помощь аналитическому методу определения напряжений используются экспериментальные методы. Однако и это направление имеет свои недостатки. Эти методы разрабатываются для ограниченного числа отдельных типов деталей.
3. - для современных расчетов применяется третье, промежуточное направление, где сделана попытка восполнить пробелы теоретических методов расчета путем представления запаса прочности в виде произведения ряда сомножителей, каждый из которых отражает ту или иную неопределенность расчета.
n=n1· n2· n3 ,
где n1 - коэффициет, учитывающий влияние внутренних пороков материала на его механические характеристики:- при усталостном нагружении:
· для стальных отливок n1=1,3
· для проката и поковок n1=1,1
- при статическом нагружении:
n1=1,0 ;
n2 - коэффициент, учитывающий назначение или степень ответственности механизма;
n3 - коэффициент, учитывающий режим нагружения механизма (в том числе - инерционные силы при пуске и торможении, характер и частоту приложения нагрузки и т.п.).
Расчеты на прочность и выносливость деталей ГПМ производятся по формуле
б≤[б]=бo/n ,
где б - максимальное действующее в детали напряжение, получаемое с учетом концентраторов напряжений, чистоты поверхности и посадок;
[б] - допускаемое напряжение;
бo - опасное напряжение для материала при данном напряженном состоянии, которое определяется:
· при расчетах на выносливость
бo=б-1,
где б-1 - предел выносливости материала детали;
· при прочностных расчетах
бo=бт
бo=бв
где бт - предел текучести материала детали;
бв - предел прочности материала детали.
Для определения значений бo существуют определенные соотношения, регламентируемые стандартами.
При расчете на изгиб и кручение для пластичных материалов необходимо учитывать повышение несущей способности в результате перераспределения напряжений по сечению за счет пластических деформаций. Степень повышения несущей способности зависит от многих факторов, главными из которых являются:
· форма сечения детали;
· механические характеристики материала.
Практически это учитывается путем условного повышения бт при изгибе и кручении:
бuт=1,2·бpт - для проката круглого и прямоугольного сечения из углеродистой стали;
бuт=1,0·бpт - для углеродистой стали остальных сечений и для легированной стали остальных сечений;
τкт=0,6·брт - для углеродистой и легированной стали круглого сечения.
