Напряжения материалов, используемых в машинах

Величины механических характеристик основных конструкционных материалов приведены в справочниках по деталям машин. В этих справочниках, в частности, показано, что механические характеристики зависят не только от химического состава материала, но и от технологии его получения. Например, приводятся механические характеристики сталей при различных формах выпуска и способах их производства: литье, ковка, штамповка, листы, полосы, прутки, проволока, полученные горячей или холодной прокаткой и т.д.

Главными характеристиками сталей являются предел прочности, предел текучести и твердость. В таблице приведены эти значения для качественной конструкционной углеродистой сортовой стали.

Эта сталь поставляется в виде прутков диаметром до 200 мм, подвергнутым нормализации (термическая обработка для улучшения свойств). Используется для изготовления валов, зубчатых колес, кулачков и других деталей.

Главными характеристиками чугунов являются предел прочности при растяжении, при изгибе и твердость. В таблице даны эти значения для серого чугуна, используемого в основном для корпусных деталей, изготавливаемых литьем.

Бронзы используются в машинах в основном как антифрикционный материал в подшипниках скольжения. В таблице даны механические характеристики наиболее употребительных бронз, поставляемых в виде холоднотянутых прутков.

Среди алюминиевых сплавов большое распространение имеет дюралюминий, в частности, широко используемый в самолетостроении. В таблице приведены механические характеристики наиболее употребительных сплавов, поставляемых в виде листов, профилей и труб.

Пластмассы используются в машинах в качестве антифрикционного, изоляционного, декоративного материала, а также для облегчения конструкции при малых нагрузках. Поставляются, в основном, в виде листов различной толщины.

Выше было сказано, что для нормальной работы детали в машине напряжения, возникающие в этой детали, не должны превышать некоторого безопасного значения, называемого допускаемым напряжением. Это напряжение определяется по формуле как отношение предельного напряжения материала в запасу прочности. В качестве исходной величины для определения предельных напряжений выбирают одну из механических характеристик: для пластичных материалов при статическом нагружении – предел текучести, для хрупких материалов при статическом нагружении – предел прочности, для любых материалов при циклическом нагружении – предел выносливости.

Величина запаса прочности (коэффициента безопасности) определяется на основе существующего опыта эксплуатации различных машин. Обычно эта величина колеблется от 1, 2 до 3 в зависимости от точности расчетной схемы и требований к габаритам и массе конструкции. Чем более жесткие эти требования, тем выше должна быть точность расчетов на прочность; величина коэффициента безопасности при этом невелика. В основном это относится к расчетам на прочность деталей летательных аппаратов.

При невысокой требуемой точности расчетов пользуются величинами допускаемых напряжений, приведенных в справочных таблицах и рассчитанных при некоторых средних значениях коэффициента безопасности..