3. Допустимі напруження

Як уже вказувалося, деталі машин і інших конструкцій повинні задовольняти умові міцності і жорсткості. Розміри деталей необхідно підбирати такими, щоб під дією прикладених навантажень вони не руйнувалися й не одержували деформацій, що перевищують припустимі. У більшості машинобудівних деталей не допускаються, як правило, залишкові деформації.

Помітні залишкові деформації з'являються в пластичних матеріалах, коли напруги досягають границі текучості. Руйнування наступає, коли напруги досягають величини тимчасового опору; при цьому деформації крихкого матеріалу можуть бути незначними.

Отже, для деталей, виготовлених із пластичного матеріалу, небезпечною напругою можна вважати границю текучості, а для деталей з крихкого матеріалу — тимчасовий опір.

Природно, що ці напруги не можуть бути прийняті в якості допустимих. Їх варто зменшити настільки, щоб в експлуатаційних умовах діючі напруги завжди були менше границі пружності. Таким чином, допустиме напруження може бути визначене по формулі

(5.1)

де — небезпечна напруга ( аьо ); — коефіцієнт запасу міцності, що показує, у скільки разів допустиме напруження, менше небезпечного.

Вибір величини коефіцієнту запасу міцності залежить від стану матеріалу (крихкого або пластичного), характеру прикладення навантаження (статичного, динамічного або повторно-змінного) і деяких загальних факторів, що мають місце в тім або іншім ступені у всіх випадках. До таких факторів ставляться:

а) неоднорідність матеріалу, а, отже, відмінність його механічних характеристик у малих зразках і в деталях;

б) неточність завдання величин зовнішніх навантажень;

в) наближеність розрахункових схем і деяка наближеність розрахункових формул.

Зазначені фактори враховуються так званим основним коефіцієнтом запасу міцності .

Величина запасу міцності залежить від того, яке напруження вважається небезпечним.

Для пластичних матеріалів у випадку статичного навантаження, небезпечною напругою, як було сказано, варто вважати границю текучості, тобто . Тоді

(5.2)

На підставі даних тривалої практики конструювання, розрахунку і експлуатації машин та споруджень величина запасу міцності для сталей при статичному навантаженні приймається рівною 1,4 — 1,6. Очевидно, менші значення варто брати в тих випадках, коли матеріал більш однорідний, краще вивчені його властивості, повніше враховані навантаження, точніше метод розрахунку й розрахункові схеми.

Для крихких матеріалів при статичних навантаженнях небезпечною напругою є тимчасовий опір і тоді

(5.3)

Приймають, що запас міцності .

Допустимі напруження які одержують по формулах (5.2) і (5.3), називають звичайно основними допустимими напруженнями.

У зв'язку з тим, що тимчасовий опір визначити простіше, ніж границю текучості, і, до того ж, у виробничих умовах останній не завжди можна одержати, іноді й для пластичних матеріалів при визначенні напруг, що допускаються, виходять із тимчасового опору, користуючись формулою

(5.4)

У цьому випадку, з огляду на те, що тимчасовий опір перевищує границю текучості на 50—70%, запас міцності для пластичних матеріалів приймають рівним .

Цю величину для пластичних матеріалів беруть трохи менше, ніж для крихких, оскільки пластичні матеріали, як правило, більше однорідні по своїх фізичних і механічних властивостях.

Допустимі напруги, іноді, на розтягання позначають через( ), а на стиск - ( ).

Крихкі матеріали краще пручаються стиску, чим розтяганню, і для них Для сталей і більшості інших пластичних матеріалів можна прийняти і позначати допустимі напруження, у такому випадку через без індексу.

Вибір величини напруг, що допускаються, досить важливий, тому що від правильного встановлення їхнього значення залежить міцність і безпека проектованої конструкції, а також економічна сторона розрахунку - кількість затрачуваного матеріалу. Тому встановленням величини напруг, що допускаються, для основних марок матеріалів, застосовуваних у машинобудуванні і будівельній справі, займаються державні органи, що нормують. Вони видають відповідні норми, якими й варто керуватися у звичайних умовах проектування. У міру поліпшення якості матеріалів і уточнення методів розрахунку роблять підвищення напруг, що допускаються. Орієнтовні величини основних допустимих напруг, прийнятих у цей час для найпоширеніших матеріалів, приводяться в довідковій літературі.

У тих же випадках, коли немає даних про допустимі напруження, для того або іншого матеріалу, питання про їх величину доводиться вирішувати на підставі викладених вище міркувань і рекомендацій.