Общие принципы инженерных расчетов

Как известно, каждое звено механизма состоит из одной или нескольких деталей. Для обеспечения нормальной работоспособности звено, а значит и детали, его составляющие, должны удовлетворять требованиям прочности, жесткости и устойчивости. Как было указано ранее под прочностью понимается способность конструкции, ее частей и деталей выдерживать предельную нагрузку, не разрушаясь. Под жесткостью подразумевается способность конструкции и ее элементов противостоять внешним нагрузкам в отношении деформации: при заданных нагрузках деформация не должна превышать предельной величины. Устойчивостью называется способность конструкции и ее деталей сохранять начальную форму равновесия.

Усилия, действующие на детали механизма, делят на внешние нагрузки и внутренние силы упругости. Внешние нагрузки делят на объемные и поверхностные. К объемным нагрузкам относятся силы веса, инерции и электромагнитные силы. Поверхностные нагрузки делятся на распределенные и сосредоточенные. Сосредоточенной называется нагрузка, действующая на площадке весьма малой по сравнению с общими размерами детали и условно считающаяся приложенной в точке. Сосредоточенные нагрузки измеряются в единицах силы (Ньютон, Н). Распределенная нагрузка может быть приложена на поверхности или по линии и соответственно измеряется в единицах давления (Паскаль, Па) и единицах нагрузки на один метр длины (Н/м). Кроме этого, внешние нагрузки также делят на заданные силы и реакции опор.

Внутренние силы упругости представляют собой силы межмолекулярного взаимодействия, возникающего при воздействии на упругое тело внешних нагрузок.

Учесть все многообразие силовых факторов (внешних сил, моментов, распределенных нагрузок), действующих на машину или прибор, а также все особенности самой конструкции при расчете на прочность, невозможно. Поэтому при расчетах и проектировании учитываются лишь главные факторы и характерные особенности формы, и вместо реальной конструкции рассматривают ее упрощенный прототип, называемый расчетной схемой, т. е. все многообразие форм упрощают и приводят к форме бруса, пластины или оболочки.

Брус — тело, у которого один из размеров (длина) намного больше размеров поперечного сечения. На расчетной схеме бруса изображается только его ось.

Балка — брус, работающий на изгиб.

Оболочка — тело, у которого один из размеров намного меньше двух других, например, резервуар для жидкостей и газов, кузов автомобиля и т. п.

Пластина — частный случай оболочки, у которой срединная поверхность — плоскость.

При изучении прочности машин и приборов детали их нельзя рассматривать как абсолютно твердые тела и следует принимать во внимание их способность деформироваться, т. е. изменять форму и размеры под действием нагрузок. Деформации бывают упругие, исчезающие после прекращения действия вызвавших их сил, и пластические, или остаточные, не исчезающие после снятия нагрузки.

При исследовании деформированного состояния упругих тел принимаются основные гипотезы и принципы:

• • однородность материала — независимость свойств от величины выделенного из тела объема;
• • изотропность — свойства тела во всех направлениях одинаковы;
• • сплошность — вещество непрерывно заполняет объем детали;
• • принцип независимости действия сил — деформации и усилия, возникающие в упругом теле, считаются независящими от порядка приложения внешних сил;
• • принцип начальных размеров — при составлении уравнений равновесия тело рассматривают как недеформированное.