Под действием внешних сил элементы конструкции и вся она целиком в большей или меньшей степени изменяют свою форму и размеры. Это изменение формы и размеров называется деформацией. Основные типы деформаций (рис. 15). 1. Растяжение (А) или сжатие (Б) — его испытывают цепи, канаты, тросы, колонны, элементы в фермах (мостов). 2. Перерезывание (В) — ему подвержены болты, винты, заклепки. 3. Кручение (Г) — возникает при работе валов. 4. Изгиб (Д) — ему подвергаются различные балки. Деформации разделяются на упругие и остаточные. Упругими деформациями называются такие, которые появляются под влиянием внешних сил и исчезают после того, как эти силы перестают действовать. После того как внешняя сила, вызвавшая упругую деформацию, прекращает свое действие, деформированный элемент восстанавливает свою первоначальную форму и размеры. Этот вид деформации всем хорошо знаком на примере дверной пружины. Чем шире открываешь дверь, тем сильнее растягивается пружина, а Рис. 15. Основные типы деформаций. 
как только дверь отпустишь, пружина сожмется до первоначальной длины: дверь закроется со стуком. Упругая деформация материала возможна только до определенного предела. Если величина нагрузки превысит этот предел, то после «разгрузки» элемент (изделие) своей первоначальной формы полностью не восстановит, а так и останется деформированным. Примером служит та же пружина: повесишь на нее груз потяжелее, она вытянется, но уже не сожмется после снятия груза. Эта деформация и называется остаточной. 
Максимальное напряжение, при котором начинается разрушение материала, называется пределом прочности, или временным сопротивлением материала. Предельное напряжение, при котором деформированный элемент после снятия деформирующего усилия восстанавливает свою первоначальную форму, называется пределом упругости. Превышение предела упругости вызывает остаточную деформацию. В тех случаях, когда конструкция должна сохранять свою форму неизменной, необходимо рассчитать размеры каждого элемента так, чтобы его деформация под действием нагрузки не превышала предела упругости. Выбирая материал и размеры того или иного элемента конструкции, необходимо учитывать, чтобы возникающие при работе напряжения были меньше тех, при которых материал разрушается или получает остаточные деформации. Иначе говоря, деформации всегда должны быть упругими а напряжение — меньше предела упругости материала, из которого элементы конструкции изготовлены.
В технике на кручение работают многие детали: шпиндели станков, различные валы, обыкновенный ключ дверного замка. Все эти детали передают крутящий момент от источника движения — двигателя или руки — к исполнительному механизму. Крутящий момент — это произведение силы, выраженной в килограммах, на расстояние (плечо) этой силы от оси Рис. 20. Замена сплошного вала полым. вращения, выраженное в метрах или в сантиметрах. Измеряется крутящий момент в кгм или кгсм (в системе Си— в Н-м). При передаче крутящего момента в сечении вала возникают внутренние напряжения, но есл;: при растяжении напряжения по своей величине одинаковы во всех точках сечения, то при кручении дело обстоит по-другому: на оси вала они равны нулю, в точках, близких к оси, весьма малы и возрастают по мере удаления от оси, достигая своего максимального значения у наружного диаметра. Таким образом, материал средней части вала при передаче крутящего момента почти не нагружен и практически не используется. Значит, валы и стержни можно изготавливать пустотелыми без ущерба для их прочности, но зато значительно меньшего веса. Например, у вала с наружным диаметром 48 мм с толщиной стенки 5 мм прочность такая же, как у сплошного вала диаметром 40 мм, но в два раза легче его (рис. 20). Расчеты показывают, что такая замена позволяет значительно снизить вес конструкций. Это особенно важно при изготовлении различных транспортных средств, где снижение веса конструкции позволяет экономить металл и использовать мощность двигателя для увеличения веса перевозимого груза. Поэтому-то рамы велосипедов, мотоциклов и многие другие конструкции изготавливают из труб. Пустотелые стержни вместо сплошных широко применяют и в станкостроении. Например, пустотелый шпиндель токарного и револьверного станков дает возможность изготавливать детали из прутка, а это значительно уменьшает количество отходов. Через пустотелые шпиндели фрезерных станков проходят стержни, с помощью которых достигается надежное крепление в шпинделе оправок для фрез. Конструкции из труб применяют и юные техники, например, при изготовлении картов (рис. 21). Использование труб вместо сплошного стержня должно, разумеется, производиться без малейшего ущерба для проч- Рис. 21. Карт. ности конструкции, поэтому такую замену можно производить лишь после предварительной тщательной проверки расчетом. Прочность любого вала будет в пределах нормы, если возникающие в нем при кручении внутренние напряжения не превысят допускаемых. При кручении величину допускаемого напряжения обычно принимают равной 0,5—0,6 допускаемого напряжения на растяжение. Для мягкой стали допускаемое напряжение при кручении Rs^200 кг/см2, а для твердой стали #,=300-г-1200 кг/см2, в зависимости от характера нагрузки и сечения вала 1. Зная величину крутящего момента и допускаемые напряжения, необходимый диаметр сплошного вала определяют по формуле: а наружный диаметр пустотелого вала по формуле: 1 Если на валу есть гнезда для шпонок, то возникает концентрация местных напряжений, снижающая прочность вала. 
где: а— в"утр; ; MKV— крутящий момент на валу. "наружи. Если вал передает вращение от двигателя мощностью N киловатт и делает при этом п оборотов в минуту, то крутящий момент на валу, выраженный в килограммо-сан-тиметрах, будет равен: MKD =97360 — кгсм. кр. п Пример. Определить диаметр стального вала, передающего вращение от электродвигателя мощностью 2 кет при «=1000 об/мин. Мкр. = 97 360 = 195 кгсм. Принимая допускаемое напряжение равным 200 кг/см’\ находим диаметр вала сплошного: d = 18 мм= 18-Ю-3 м. Приняв а = ^вЛП?_ = о18, "наружи. определим диаметры полого вала равной прочности: 195 (1—0 8)4 200 s*2′0 см==20 ** = 2-Ю-а м. dBHyxp .= 20-0,8 = 16 мм = 16- Ю-3 м. Иначе говоря, пустотелый вал диаметром 20 мм при толщине стенки 2 мм по прочности на скручивание равен сплошному валу диаметром 18 мм. Но он в 2,2 раза легче! Изгиб Если к стержню приложить силу, перпендикулярную его оси, то стержень изогнется. Так работают детали многих машин и сооружений: балки междуэтажного перекрытия здания; стойка плотины, на которую давит вода; главная балка моста, на которую передается давление колес поезда А 
Рис. 22. Схемы балок. или автомашины; вагонная ось, представляющая собой балку, опирающуюся на колеса и загруженную давлением букс; крыло самолета, изгибающееся под давлением воздуха; карандаш и ручка, которыми мы пишем. Балки прини
мают на себя нагрузку и передают ее элементам, на которые опираются — опорам (рис. 22). По количеству и расположению опор различают: а) балки на двух опорах — однопролетные (например: брус, перекинутый через канаву, обыкновенная садовая скамейка, вагонная ось с колесами и пр.); б) балка моста через широкую реку, у которого, кроме береговых, есть еще и промежуточные опоры; железнодорожный рельс; в) балки с одним заделанным концом — консольные (например: балки, поддерживающие балкон, спортивный бум, доска трамплина). Силы, действующие на балку, создают изгибающий момент, вызывающий деформацию —изгиб — балки. Величина изгибающего момента зависит от величины действующей силы, ее положения относительно опор и расстояния между ними. Внутренние напряжения, возникающие в балке при Таблица 2
