При статических напряжениях. Статические, или строго постоянные, нагрузки встречаются редко. К постоянным относят нагрузки с отклонением до 20% от номинальных нагрузок (действие сил тяжести, предварительной затяжки, давление газа или жидкости). Статическим считают также такое нагружение, при котором число циклов за весь период работы N <= 103. Для деталей из пластичных материалов при статическом нагружении концентрация напряжений не снижает несущей способности, так как местные пластические деформации способствуют перераспределению и выравниванию напряжений по сечению. В этом случае расчеты на прочность выполняют по номинальным напряжениям а или т.
Для малопластичных материалов (углеродистые и легированные стали) расчет ведут по наибольшим местным напряжениям, так как концентрация напряжений снижает прочность детали.
Так же рассчитывают детали из хрупких материалов (высокоуглеродистые стали) в связи с их повышенной чувствительностью к концентрации напряжений. Однако детали из чугуна рассчитывают по номинальным напряжениям.
На основании сказанного расчетные коэффициенты запаса прочности s, например, по нормальным напряжениям определяют по формулам:
для пластинных материалов
(2.6) для малопластичных материалов
(2.7) для хрупких материалов
(2.8) для чугуна
(2.9)
Выбор значения [s] является весьма ответственной задачей, поскольку необходимо обеспечить требуемую надежность без завышения массы и габаритов детали. Ориентировочно рекомендуют:
для углеродистой стали [s]T = l,3...2,0;
для серого чугуна [s]B= 2,1...2,4.
При переменных напряжениях. Для оценки сопротивления усталости деталей необходимо учитывать их конструктивную форму, размеры, состояние поверхности и другие факторы.
При действии переменных напряжений с амплитудой цикла τа σа расчетные коэффициенты запаса прочности по пределам выносливости определяют по формулам:
в случае нормальных напряжений (изгиб, растяжение-сжатие)
(2.10)
в случае касательных напряжений (кручение, срез)
(2.11)
При совместном действии переменных нормальных и касательных напряжений, например при изгибе с кручением, общий коэффициент запаса прочности
(2.12)
В случае переменных напряжений для стальных деталей рекомендуют принимать:
при высокой достоверности расчета [s] = 1,3... 1,5;
при менее точной расчетной схеме [s] = 1,6...2,5.
