В расчетах не следует гнаться за «абсолютной» точностью и использовать сложные формулы. Обширный опыт инженеров-расчетчиков показывает, что усложнение методик расчета не дает новых результатов.

Крупнейший советский специалист по прочностным расчетам деталей машин И.А. Биргер заметил, что в технических расчетах «все нужное является простым, а все сложное – ненужным». Впрочем, похожая мысль высказывалась уже в библейских текстах, хотя и не по поводу машин.

В расчетах необходимо стремиться к корректным упрощениям.

Прочность деталей машин зависит от ряда конструктивно-технологических факторов. К числу важнейших относится конфигурация детали.

 Основные принципы образования конструктивных форм деталей машин:

1. При конструировании деталей не следует допускать резких пере-ходов, то есть резких изменений формы соседних поверхностей. Соблюдение этого положения очень важно, так как при резких переходах в зоне сопряжения сечений наблюдается значительная концентрация напряжений, снижающая прочность детали при действии в ее сечениях как статических, так и переменных напряжений.

2. Конструктивные формы детали должны обеспечить, по возможно- сти, равнопрочность всех ее сечений.

3. Конструктивные формы детали должны обеспечивать близкое к равномерному распределение напряжений по сечению детали. С этой целью применяют тонкостенные прокатные и прессованные профили, трубы и т. д. Большинство деталей машин подвержено изгибу и кручению, при которых максимальные напряжения возникают в поверхностных слоях. На поверхности расположены основные источни-ки концентрации напряжений, поэтому разрушение деталей, как правило, начинается с поверхности. Для повышения конструкционной прочности деталей машин широко применяют различные способы поверхностного упрочнения.

 

Жесткость деталей машин

Жесткостью называют способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой.

Для некоторых деталей жесткость – основной критерий при определении их размеров. Например, размеры длинных валов точных зубчатых передач определяются расчетом на жесткость, так как значительный их прогиб во время работы изменит межосевое расстояние передачи и нарушит правильность зацепления. Или, к примеру, станина шлифовального станка испытывает небольшие нагрузки, но она должна быть жесткой, чтобы не деформироваться под действием внешних сил, чтобы исключить вибрацию при работе. Поэтому ее размеры определяются из условия жесткости, а не прочности. Многие детали (оси, валы, рычаги, рессоры, пружины и т. д.) рассчитывают не только на прочность, но и на жесткость.

Нормы жесткости устанавливают на основе обобщения опыта эксплуатации машин. Эти нормы приводятся в справочной литературе. Поскольку совершенство материала идет по повышению прочности, а модуль упругости остается без изменений, повышение жесткости достигается улучшением форм и размеров деталей.

Различают собственную жесткость детали (деформация основного объема материала) и контактную жесткость (деформация поверхностных слоев материала детали).

При оценке собственной жесткости пользуются коэффициентом

 жесткости (отношение силового фактора (сила или момент) к вызываемой им деформации).

Так, коэффициентом жесткости стержня постоянного сечения S, длины l и растягиваемого силой Р является

 ,                                     (1.11)

при кручении                               

                                           (1.12)

при изгибе                                  

                                           (1.13)

где Е – модуль упругости 1-го рода материала стержня при растяжении; G – модуль упругости 2-го рода материала стержня при сдвиге; J_p – полярный момент инерции; J _к – осевой момент инерции относительно оси (Х или Y).

Величину, обратную коэффициенту жесткости, называют коэффициентом податливости:

                                               (1.14)

Из приведенных зависимостей видно, что увеличить жесткость детали можно выбором соответствующего материала (E, G) и следующими конструктивными средствами:

1) уменьшением плеч изгибающих и скручивающих моментов;

2) введением дополнительных опор;

3) уменьшением длины растягиваемых деталей;

4) увеличением площади поперечных сечений.

На контактную жесткость рассчитываются детали, имеющие точечный или линейный контакт (шарикоподшипники – точечный контакт, роликоподшипники и зубчатые колеса – линейный). Повышения контактной жесткости можно добиться:

1) улучшением качества обработки контактирующих поверхностей;

2) введением сборки соединений и узлов с предварительным натягом и предварительной затяжкой;

3) уменьшением числа стыков;

4) введением масляного слоя между контактирующими поверх-ностями.

В расчетах на жесткость ограничивают либо перемещения ∆ l, y,либо угол θ, обусловленные деформациями в пределах допускаемых значений                                  

                              (1.15)