Особенности расчета деталей машин

Для того чтобы составить математическое описание объекта расчета и по возможности просто решить задачу, в инженерных расчетах реальные конструкции за­меняют идеализированными моделями или расчетными схемами. Например, при расчетах на прочность, по существу, несплошной и неоднородный материал деталей рассматривают как сплошной и однородный, идеализируют опоры, нагрузки и форму деталей. При этом расчет становится приближенным. В приближенных расчетах большое значение имеют правильный выбор расчетной модели, умение оценить главные и отбросить второстепенные фак­торы.

Погрешности приближенных расчетов существенно снижаются при использовании опыта проектирования и эксплуатации анало­гичных конструкций. В результате обобщения предшествующего опыта вырабатывают нормы и рекомендации, например нормы допускаемых напряжений и коэффициентов запасов прочности, ре­комендации по выбору материалов, расчетной нагрузки и пр. Эти нормы и рекомендации в приложении к расчету конкретных деталей приведены в соответствующих разделах учебника. Здесь отметим, что неточности расчетов на прочность компенсируют в основном за счет запасов прочности. При этом выбор коэффициентов запасов прочности становится весьма ответственным этапом расчета. За­ниженное значение запаса прочности приводит к разрушению дета­ли, а завышенное — к неопределенному увеличению массы изделия и перерасходу материала. В условиях большого объема выпуска деталей общего назначения перерасход материала приобретает ве­сьма важное значение.

Факторы, влияющие на запас прочности, многочисленны и раз­нообразны: степень ответственности детали, однородность материала и надежность его испытаний, точность расчетных формул и определения расчетных нагрузок, влияние качества технологии, условий эксплуатации и пр. Если учесть все разнообразие условий работы современных машин и деталей, а также методов их производства, то станут очевидными большие трудности в раздельной количественной оценке влияния перечисленных фак­торов на величину запасов прочности. Поэтому в каждой отрас­ли машиностроения, основываясь на своем опыте, вырабатыва­ют свои нормы запасов прочности для конкретных деталей. Нормы запасов прочности не являются стабильными. Их периодиче­ски корректируют по мере накопления опыта и роста уровня тех­ники.

В инженерной практике встречаются два вида расчета: проект­ный и проверочный. Проектный расчет — предварительный, упро­щенный расчет, выполняемый в процессе разработки конструкции детали (машины) в целях определения ее размеров и материала. Проверочный расчет — уточненный расчет известной конструкции, выполняемый в целях проверки ее прочности или определения норм нагрузки.

При проектном расчете число неизвестных обычно превышает число расчетных уравнений. Поэтому некоторыми неизвестными параметрами задаются, принимая во внимание опыт и рекомен­дации, а некоторые второстепенные параметры просто не учитыва­ют. Такой упрощенный расчет необходим для определения тех размеров, без которых невозможна первая чертежная проработка конструкции. В процессе проектирования расчет и чертежную про­работку конструкции выполняют параллельно. При этом ряд раз­меров, необходимых для расчета, конструктор определяет по эскиз­ному чертежу, а проектный расчет приобретает форму провероч­ного для намеченной конструкции. В поисках лучшего варианта конструкции часто приходится выполнять несколько вариантов рас­чета. В сложных случаях поисковые расчеты удобно выполнять на ЭВМ. То обстоятельство, что конструктор сам выбирает расчетные схемы, запасы прочности и лишние неизвестные параметры, приво­дит к неоднозначности инженерных расчетов, а следовательно, и конструкции. В каждой конструкции отражаются творческие спо­собности, знание и опыт конструктора. Внедряются наиболее совер­шенные решения.