|
Существуют два главных направления выбора напряжений и запасов прочности.
Первое направление (в значительной мере устаревшее) заключается в предварительном выборе запаса прочности, установлении допустимых напряжений на основании этого запаса и определении сечений и моментов инерции деталей по формулам сопротивления материалов и теории упругости с учетом главных нагрузок на расчетном режиме (обычно режим максимальной мощности или частоты вращения).
Метод применяют и в обратной последовательности : сначала ориентировочно назначают размеры деталей, затем делают проверочный расчет, определяя действующие в опасных сечениях напряжения, и в заключение находят запас прочности. Если последний соответствует установившимся традиционным величинам, то расчет считают законченным, если нет, то размеры деталей корректируют.
В данном методе все факторы, обусловливающие отклонения истинных напряжений от расчетных, суммарно входят в запас прочности, который вследствие этого приобретает большое числовое значение.
Второе, современное направление стремится к полному и точному выяснению фактических напряжений, действующих в детали. В помощь аналитическому определению напряжений привлекают экспериментальные методы. Сочетание аналитических и экспериментальных методов позволяет более точно установить распределение напряжений. По мере совершенствования и уточнения расчетных методов число неизвестных факторов уменьшается, а число определяемых увеличивается.
В числе неопределимых факторов остаются внутренние напряжения, вызываемые макро-и микродефектами структуры, а также напряжения, возникающие из-за Неточностей изготовления и монтажа. Эти факторы необходимо учитывать при установлении запаса прочности.
Кроме того, в запасе прочности должна быть отражена степень ответственности детали и возможные последствия ее поломки. Если поломка детали сопряжена с опасностью аварии и выхода из строя машины, то запас прочности увеличивают.
Метод уточнения напряжений и выделения в запас прочности только немногих случайных и не поддающихся учету факторов является наиболее правильным. Естественно, при уточненной методике расчета запас прочности снижается (в среднем до 1,5—3). Однако точные методы расчета выработаны пока для ограниченных случаев нагружения и типов деталей.
Третье, промежуточное направление пытается восполнить пробелы современных методов расчета перенесением неизвестных величин в запас прочности, но только в дифференцированном виде.
Запас прочности представляют как произведение частных коэффициентов, каждый из которых отражает одну из неопределенностей расчета. Некоторые исследователи проводят дифференциацию еще дальше, представляя запас прочности как произведение многих (до десяти и более) частных коэффициентов, охватывающих все или почти все факторы неопределенности, перечисленные выше. Затем дают рецепты по выбору численных значений каждого из них в зависимости от степени достоверности расчета, качества изготовления, сложности формы деталей и т. д.
Эта система мало отличается от старой системы валового запаса прочности. Если раньше конструктор допускал одну крупную ошибку при выборе запаса прочности, то при дифференцированной системе он может допустить несколько мелких ошибок, накладывающихся одна на другую.
При этом метоле оценка факторов неопределенности является условной. Численная оценка этого фактора по сути предполагает существование точного расчета, позволяющего определить истинные напряжения. Но тогда нет необходимости в поправочном коэффициенте, а достаточно ввести в расчет эти напряжения.
Кроме того, численные значения поправочных коэффициентов столь разнородных категорий, как, например, точности расчета и совершенства технологии изготовления, принципиально несопоставимы.
На практике пользование системой дифференцированных коэффициентов нередко сводится к подгонке их численных значений так, чтобы получить приемлемый общий запас прочности в прежнем значении этого слова.
Очевидно, что на современном этапе состояние вопроса является неустановившимся. Старые методы устарели, а новые не везде и не вполне разработаны. Там, где существуют точные, экспериментально проверенные способы расчета напряжений, следует пользоваться вторым методом, вкладывая в запас прочности лишь действительно неопределимые факторы. Там, где приходится пользоваться упрощенными методами расчета, следует больше опираться на опыт расчета аналогичных проверенных в эксплуатации конструкций.
Длительная безаварийная эксплуатация является лучшим доказательством того, что напряжения в детали приемлемые (хотя отсюда не вытекает, что эти напряжения не могут быть повышенные). Сохранение геометрического подобия проектируемой детали и прототипа, выбор абсолютных размеров из условий равенства напряжений от главных действующих нагрузок, а может быть, с некоторым повышением напряжений почти безошибочно приводят к созданию работоспособной детали.
Следует соблюдать большую осторожность при уменьшении запасов прочности и вводить конструктивные изменения только после тщательной экспериментальной или, лучше, эксплуатационной проверки. Выигрыш в массе от увеличения расчетных напряжений в большинстве случаев невелик из-за относительно небольшого удельного веса расчетных деталей в конструкции большинства машин. Риск же значителен. В первую очередь, снижается жесткость деталей, которая во многих случаях определяет работоспособность конструкции. Уменьшение жесткости может вызвать появление добавочных, трудно учитываемых нагрузок, ухудшающих условия работы деталей. Поэтому при повышении расчетных напряжений обязательна аналитическая или экспериментальная проверка степени уменьшения жесткости. Целесообразно сочетать увеличение расчетных напряжений с конструктивными методами повышения жесткости (придание деталям рациональных форм).
Непременным условием непосредственного сравнения запасов прочности, принятых в различных отраслях машиностроения, является идентичность методики расчета, а также эквивалентность теорий прочности, положенных в основу расчета сложных напряженных состояний. Кроме того, необходимо учитывать специфику отрасли машиностроения. Для машин высокого класса, изготовляемых в условиях строгой технологической дисциплины, с тщательно поставленным контролем качества изделий, исключающим возможность подачи на сборку деталей с дефектами материала, принимают пониженные значения запаса прочности. Переносить механически эти значения на машины, изготовляемые в условиях менее квалифицированного производства, было бы ошибкой.
В авиационных конструкциях, например, запасы прочности, отнесенные к напряжениям, вычисленным с возможной полнотой и точностью, с применением. специальной методики расчета, проверенной экспериментами, составляют иногда 20—30%. Конечно, эти значения неприемлемы для деталей, рассчитываемых по упрощенной методике, изготовляемых и контролируемых менее тщательно, чем на авиационных заводах, и предназначенных для работы в течение более продолжительного срока, чем в авиации.
| 
