Черчение

До сих пор говорилось о действии нагрузок на тела. Способность тел про­тивостоять им во многом зависит от возникающих внутренних сил (сил уп­ругости).

Для определения внутренних усилий (или внутренних силовых факто­ров) применяют так называемый метод сечений, который заключа­ется в следующем:

1.    В интересующем нас месте мысленно делают разрез бруса (рис. 50, I);

2.    Одну из частей (обычно ту, к которой приложено больше сил) отбрасы­вают;

3.    Действие отброшенной части бруса на оставшуюся часть заменяют не­известными силами (рис. 50, II);

Рис. 50

4.   Находят значение этих сил из уравнения равновесия, составленного для оставшейся части бруса.

В частном случае в поперечном сечении стержня может возникнуть: только продольная сила. Если сила направлена от сечения, то этот случай нагружения называется растяжением, в противном случае — сжатием; только поперечная сила (случай сдвига, или среза); только крутящий мо­мент (случай кручения); только изгибающий момент (случай изгиба).

В случае сложных деформаций в поперечном сечении могут возникнуть несколько внутренних силовых факторов, например продольная сила и из­гибающий момент (одновременное действие растяжения и изгиба), крутя­щий и изгибающий моменты (одновременное действие кручения и изгиба) и т. д. Интенсивность внутренних сил характеризуется напряжением, которое определяется силой F, приходящейся на единицу площади ds сечения элемента детали.

Представим теперь (рис. 50, III) внутреннюю силу (как и всякую силу) через вектор. Если разложить вектор внутренних сил, а значит и напряже­ний, по двум взаимно перпендикулярным направлениям, то напряжение, направленное перпендикулярно сечению тела, называют нормаль­ным и на схемах обозначают буквой о. Напряжение, действующее в плос­кости сечения тела, называют касательным и обозначают буквой r. К этим буквам в качестве индексов добавляют обозначения вида деформа­ций: р — растяжение; с — сжатие; к — кручение; u — изгиб; ср — срез или сдвиг. Например, О_р — нормальное напряжение при растяжении; r_к — ка­сательное напряжение при кручении и т. д.

При конструировании машин необходимо обеспечить безопасные напря­жения в деталях при рабочей нагрузке. Напряжения, соответствующие нормальной рабочей нагрузке, называют рабочими напряжени­ями. Рабочие напряжения могут колебаться от средней величины в не­больших пределах. Если машина в работе испытывает значительные перегрузки, то напряжения создают опасность изменения формы и разрушения деталей.

Напряжения, после превышения которых возникают остаточные дефор­мации и опасность разрушения деталей, называют предельными напряжениями. Для пластичных материалов опасным будет напря­жение, при котором переход из состояния упругости в состояние пластич­ности сопровождается появлением остаточных деформаций. Такое напря­жение называют пределом текучести о_m.

Для упругих материалов предельным считают напряжение, после пре­вышения которого наступает разрушение. Такое напряжение называют пределом прочности о_пч.

Для всех конструкционных материалов величины предельных напряже­ний определены экспериментальными механическими испытаниями, ре­зультаты которых приведены в технических справочниках.

Напряжение, которое допускается для безопасной работы деталей ма­шин, исключающее опасность появления остаточных деформаций или раз­рушения, называют допускаемым напряжением О_р. Допус­каемое напряжение меньше предельного в несколько раз.

Отношение предельного напряжения к допускаемому называют коэф­фициентом запаса прочности (k), то есть

k = о_пч / О_р,

Коэффициент запаса прочности задают в зависимости от многих факто­ров: механических свойств материалов, характера нагрузки, назначения изделия и пр.

Для большинства деталей машин и конструкций этот коэффициент при статических нагрузках равен 3...5, при динамических 6... 10. Для изделий, поломка которых может вызвать большие разрушения и гибель людей, ко­эффициент запаса прочности берут равным 10...12.