Тема1. 5. Міцність

Міцність — властивість матеріалу пручатися руйнуванню під дією внутрішніх напружень, виникаючих від зовнішніх навантажень.

Міцність підрозділяють на статичну, під дією постійних навантажень, динамічну й втомленісну (витривалість), що має місце при дії циклічних перемінних навантажень.

У деталях машин виникають наступні цикли зміни напружень:

а) постійний цикл – навантаження не змінюється в часі; характерні для машин центральних силових і насосних станцій і транспортних машин далекого прямування.

змінні цикли:

б) віднулевий (пульсуючий) цикл, у якому напруження змінюються від нуля до максимуму (зуби зубчастих коліс, що працюють в одну сторону, штоки, штовхачі й шатуни тихохідних механізмів, мало навантаженні при зворотному ході й т.д.);

в) знакозмінний симетричний цикл, у якому напруження міняються від негативного до такого ж позитивного значення (напруження вигину в обертових валах і осях);

г) асиметричний, знакопостійний (гвинти, пружини), або знакозмінний цикл.

Усі інші цикли напружень можуть бути зведені до певної сукупності названих трьох циклів.

У будь-якому випадку основні рівняння розрахунку по допустимим напруженням:

де σ і τ — найбільші розрахункові нормальне й дотичне напруження, відповідно; [σ ] і [τ ] — допустимі нормальне й дотичне напруження, безпечні для міцності деталі.

Найчастіше інженер має справу саме з розрахунками на міцність. Розрізняють проектувальні й 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 й максимальні навантаження, а з урахуванням властивостей матеріалу визначаються максимальні напруження, які повинні бути менше допустимих.

Завжди, скрізь, при будь-яких обставинах інженер зобов'язаний ураховувати й забезпечувати такі умови роботи, щоб напруження в матеріалі деталей не перевищували допустимих.

У якості допустимих не можна призначати граничні напруження, при яких настає руйнування матеріалу.

За допустимі напруження варто приймати напруження менші за граничні, " із запасом":

[ σ ] = σ _гран / n,

де n - коефіцієнт запасу (за звичай 1, 2 < n < 2, 5).

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

На міцність деталі значно впливають «концентратори напружень», це можуть бути місця переходу діаметрів, свердлінь, виточень і т.д. Тут виникає різке збільшення напружень. Також важлива та роль, що грає в міцності деталі стан її поверхні. У випадку чистої й тонко обробленої поверхні межа утоми зростає. Тому для підвищення міцності необхідно домагатися високої чистоти поверхні, особливо поблизу вогнищ концентрації напружень. Крім того необхідно враховувати ще так званий масштабний фактор.

При постійних навантаженнях величина допустимого напруження залежить тільки від механічних характеристик матеріалу деталі.

Для крихких деталей допустимі напруження визначаються як частина межі міцності. Для пластичний матеріалів - як частина границі текучості.

При змінних навантаженнях величина допустимого напруження визначається як частина границі витривалості з урахуванням геометричної форми, розмірів і класу чистоти обробки поверхні деталі.

Дійсний запас міцності при інженерних розрахунках визначається з урахуванням виду деформації, механічних властивостей, форми й геометричних розмірів, стану поверхні й режиму навантаження деталі.

У техніці прийнято 2 основних методи визначення запасу міцності:

1) Табличний. У цьому випадку запас міцності визначається за довідковим даними (таблиці) для виробів, близьких до проектованого.

2) Диференціальний. У цьому разі запас міцності визначається як добуток ряду індивідуальних коефіцієнтів, кількість яких залежно від призначення й характеру навантаження варіюється від 3 до 15. У техніку найбільше поширення одержала формула Одинга

де - 1, 01-1, 15 ураховує правильність вибору розрахункової схеми й точність прийнятої методики.

- ураховує характеристики матеріалу деталі й способу її виготовлення

- ураховує ступінь безпеки, вибирають від умов експлуатації й конкретної машини.