Рациональность сечений деталей

Рациональность сечений деталей

Максимального снижения массы можно добиться приданием деталям равнопрочности. Идеальный случай, когда напряжения в каждом сечении детали по ее продольной оси и в каждой точке этого сечения одинаковые, возможен только при некоторых видах нагружения. когда нагрузку воспринимает все сечение детали (растяжение-сжатие, отчасти сдвиг) и когда отсутствуют значимые концентраторы напряжений.

При изгибе, кручении и сложных напряженных состояниях напряжения по сечению распределяются неравномерно. Они максимальны в крайних точках сечения, а в других могут снижаться до нуля, например, на нейтральной оси сечения, подвергаемого изгибу. В этих случаях можно только приблизиться к условию полной равнопрочности выравниванием напряжений по сечению, удалением металла из наименее напряженных участков сечения и сосредоточением его в наиболее напряженных местах — на периферии сечения.

В качестве примера рассмотрим цилиндрическую деталь, подвергаемую изгибу или кручению.

Напряжения в массивной детали круглого сечения (нормальные напряжения при изгибе и напряжения сдвига при кручении) распределяются по закону прямой линии, проходящей через центр сечения (на рис. 29, а эпюр напряжений для случая изгиба условно совмещен с плоскостью чертежа).

Напряжения в детали круглого сечения распределяются по закону прямой линии

Удаление слабонагруженного металла из центра сечения, т. е. придание сечению кольцевой формы, обеспечивает более равномерное распределение напряжений в остающихся участках (рис. 29, б). Чем тоньше стенки кольца, т. е. чем больше отношение d/D, тем равномернее распределение напряжений. При сохранении постоянного наружного диаметра уровень напряжений в стенках, естественно, повышается. Однако небольшим увеличением наружного диаметра легко привести напряжения к прежнему уровню и даже значительно их снизить (рис. 29, в и г).

Этот принцип, который можно назвать принципом равного напряжения по сечению, применим к сечениям любой формы.