Hiện nay kết cấu kim loại cổng trục được tính theo hai phương pháp: theo ứng suất cho phép và theo trạng thái giới hạn. Khi tính kết cấu kim loại theo ứng suất cho phép ta đặt kết cấu vào trạng thái làm việc dưới tác dụng của tất cả các tải trọng. Điều kiện bền trong trường hợp này xác định theo công thức (5.4).[4]:
≤[ ] (2.82)
Trong đó: - ứng suất lớn nhất trong kết cấu kim loại; [ ] - ứng suất cho phép.
Đối với vật liệu dẻo (5.5).[4]: [ ] = (2.83) Trong đó: - hệ số an toàn, phụ thuộc vào các trường hợp phối hợp tải trọng và chế độ làm việc của kết cấu kim loại (bảng 5.1).[4]:
Chế độ làm việc
Hệ số an toàn dưới tác dụng của các trường hợp phối hợp tải trọng Trường hợp I Trường hợp II ) =2 =2 ) 1 2 1 2 1
Trang 32
Nhẹ, trung bình 1,50 1,33
Nặng, rất nặng 1,70 1,40
Bảng 2.2: Hệ số an toàn n.
Trị số của ứng suất cho phép chọn theo trường hợp phối hợp tải trọng và chế độ làm việc máy trục. Các trị số của ứng suất cho phép cho trong (bảng 5.2).[4].
Loại thép
Chế độ làm việc
Nhẹ, trung bình Nặng, rất nặng Trường hợp phối hợp tải trọng
I II I II
CT3, BCT3, BCT3Kn, M16C,
M18a... 160 180 140 170
10X ΓCHД, 10XCHД, 15XCHД,... 230 265 205 250
Bảng 2.3: Trị số của ứng suất cho phép [ ].
Ứng suất cắt cho phép (tr.98).[4]. [ ] = 0,6[ ] (2.106) Ưu điểm của tính toán kết cấu kim loại theo phương pháp ứng suất cho phép phát triển khá phong phú, hoàn chỉnh và đảm bảo tính an toàn cho kết cấu, nhưng nó có nhược điểm cơ bản là không xét đến biến dạng dẻo có ở kết cấu thép; đối với những kết cấu có công dụng và điều kiện làm việc giống nhau, tính chất chịu lực không giống nhau mà hệ số an toàn lại đều được chọn như nhau, nên thường dẫn đến tình trạng hệ số an toàn chọn quá lớn hoặc quá nhỏ, dẫn đến hậu quả là kết cấu quá thừa bền hoặc hư hỏng quá sớm; Mặt khác vì tính xét theo điểm nguy hiểm, cho nên xem kết cấu hoàn toàn mất khả năng chịu tải khi chỉ có một điểm của kết cấu ở trạng thái nguy hiểm nhất. Trong khi thực tế vật liệu dùng trong kết cấu kim loại máy trục đều là vật liệu có khả năng biến dạng dẻo, nên trong nhiều trường hợp tuy tất cả các điểm trên một hay nhiều mặt cắt đã đến giới hạn chảy nhưng kết cấu thép vẫn còn khả năng chịu tải. Do đó kết quả tính của phương pháp này thường không được tiết kiệm.
Vì những nhược điểm trên, hiện nay người ta đề ra phương pháp tính mới, cách đánh giá về độ bền của kết cấu kim loại của máy trục có xét đến sự làm việc chịu tải ở ngoài giới hạn đàn hồi, thường gọi phương pháp tính theo trạng thái giới hạn hay tải trọng phá hoại.
Trang 33 Theo phương pháp này kết cấu kim loại không đặt trong trạng thái làm việc, mà đặt trọng trạng thái giới hạn, tức là trong trạng thái kết cấu mất khả năng chịu tải, không thể làm việc bình thường được nữa, hoặc biến dạng quá mức, hoặc do phát sinh ra các vết nứt. Chính vì thế nên kết quả tính toán theo phương pháp này tiết kiệm hơn phương pháp ứng suất cho phép. Tuy vậy, đối với yêu cầu của một số kết cấu, tính theo trạng thái giới hạn đàn hồi đôi khi đưa đến những biến dạng tương đối lớn, vượt quá mức độ cho phép. Do đó trong phương pháp này người ta đặc biệt chú ý tới biến dạng. Hơn nữa phương pháp tính theo trạng thái giới hạn chưa được hoàn thiện để tính kết cấu kim loại của các loại máy trục. Vì vậy phương pháp tính truyền thống vẫn đang sử dụng theo phương pháp ứng suất cho phép.