Деформация тела под воздействием внешних сил
При работе отдельные детали машин, механизмов, приспособлений испытывают внешние нагрузки, с которыми одна деталь воздействует на другую.
Внешними нагрузками называются силы, приложенные к данному телу со стороны сопряженных с ними тел. Например, при фрезеровании под действием усилий резания происходит давление зуба фрезы на поверхность резания, прогибается оправка, зуб ведомого колеса испытывает давление со стороны ведущего. В зависимости от характера приложения сил внешние нагрузки могут быть сосредоточенные и распределенные. Сосредоточенная нагрузка приложена к одной точке или площади, имеющей незначительные размеры по сравнению с площадью всего тела. Распределенные объемные нагрузки действуют на весь объем тела (например, сила ее собственного веса).
Характер нагрузок может быть различным. Если они возрастают постепенно и затем остаются постоянными или изменяются незначительно, их называют статическими.
Непостоянные внешние нагрузки, которые быстро изменяются по величине и направлению, называются динамическими. Динамические нагрузки, действующие мгновенно, в течение короткого времени, являются ударными.
Изменение формы и размеров тела под действием приложенных сил или нагрузок носит название деформации. Деформации подвержены детали передач металлорежущих станков, оправки, крепящие режущие инструменты, зубья фрез, обрабатываемый материал, сходящая стружка.
Деформации, полностью исчезающие при удалении внешних сил, называются упругими, а сохраняемые телом после удаления нагрузки — остаточными или пластическими.
Как правило, всем материалам при определенной величине действующих сил присущи пластические деформации. Упругие деформации наблюдаются до тех пор, пока величина приложенных внешних сил не превысит определенного для каждого тела предела. В противном случае тело, наряду с упругой, всегда получает пластическую деформацию. Если нагрузку и дальше увеличивать, то она не может быть уравновешена внутренними силами, пластическая деформация возрастает, а это приводит к разрушению тела.
При проектировании деталей машин их размеры выбирают такими, чтобы при воздействии на детали внешних сил деформации не выходили за пределы упругих.
В процессе работы отдельные детали взаимодействуют друг с другом различным образом, соответственно этому и силы, действующие со стороны одной детали на другую, вызывают в них деформации различных видов, основными из которых являются: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб.
Деформацию растяжения (рис. 146, а) испытывает стержень шомпола, крепящего фрезу в отверстии шпинделя, элементы цепи подвесного конвейера, канат грузоподъемного механизма. Деформации сжатия (рис. 146, б) подвергаются стержень винта вертикальной подачи стола, фундамент станка.
Сдвиг или срез (рис. 146, в) испытывают заклепки под действием сил, направленных в противоположные стороны, элементы резьбы по внутреннему диаметру, боковые поверхности шпонок и шлицев, передающих крутящий момент.
Деформации кручения (рис. 146, г) подвергаются все валы, передающие крутящие моменты при вращении, цилиндрические и концевые оправки в процессе фрезерования.
Деформации изгиба (рис. 146. д) чаще всего испытывают балки конструкций, валы и оси под действием собственного веса и приложенных к ним усилий, концевые оправки в процессе фрезерования.