Равнопрочными являются детали которые имеют одинаковый запас прочности по отношению к действующим на них нагрузкам.
В случае кручения, изгиба и сложных состояний, когда равенство напряжений по сечению принципиально недостижимо, равнопрочными считают детали, у которых одинаковые максимальные напряжения в каждом сечении (с учетом концентрации напряжений).
Понятие равнопрочности применимо и к нескольким деталям и конструкции в целом. Равнопрочными являются конструкции, детали которых имеют одинаковый запас надежности по отношению к действующим на них нагрузкам. Это правило распространяется и на детали, выполненные из различных материалов. Так равнопрочными являются стальная деталь с напряжением 20 кгс/мм2 при приделе текучести = 60 кгс/мм2 и деталь из алюминиевого сплава с напряжением 10 кгс/мм2 при пределе текучести = 30 кгс/мм2. В обоих случаях коэффициент надежности равен 3. Это значит, что обе детали одновременно придут в состояние пластической деформации при повышении втрое действующих на них нагрузок. Независимо от этого каждая из сравниваемых деталей может еще обладать равнопрочностью в указанном выше смысле, т.е. иметь одинаковый уровень напряжения во всех сечениях.
Формы, требуемые условием равнопрочности, иногда трудно выполнить технологически и их приходиться упрощать. Неизбежные почти во всякой детали дополнительные элементы (цапфы, буртики, канавки, выточки, резьбы), вызывающие иногда местное усиление, а чаще концентрацию напряжений и местное ослабление детали, так же вносят поправки в истинное распределение напряжений в детали.
По всем этим причинам понятие равнопрочности деталей относительное. Конструирование равнопрочных деталей практически сводиться к приблизительному воспроизведению форм, диктуемых условием равнопрочности, при всемерном уменьшении влияния всех источников концентрации напряжений.
Примеры придания равнопрочности
Фланцевый вал I рисунок 1, нагруженный постоянным крутящим моментом, на участке между фланцем и шлицами неравнопрочен. Напряжения максимальны на шлицевом участке; между шлицами и фланцем, где наружный диаметр вала увеличен, напряжения значительно меньше. Расчет из условий постоянства момента сопротивления кручению по сечениям вала приводит к равнопрочной конструкции II.
Конструкция вала-шестерни I рисунок 2, со сквозным отверстием постоянного диаметра при всей простоте и технологичности является неравнопрочной. Вал II со ступенчатой расточкой приближенно равнопрочен. Вал III представляет собой тщательно отделанную конструкцию с плавными очертаниями внутренней расточки. Валы II и III значительно дороже в изготовлении. Однако необходимость облегчения и повышения усталостной прочности часто оправдывает усложнение и удорожание производства.
Особенно важно соблюдать условие равнопрочности для дисковых деталей, вращающихся с большой частотой. Центробежные силы, возникающие в таких деталях, вызывают напряжения, возрастающие по направлению к ступице в результате суммирования центробежных сил кольцевых слоев металла по направлению от периферии к центру. Условие равнопрочности в данном случае требует утончения диска к периферии. Эта мера уменьшает массу диска и способствует снижению максимальных напряжений в ступице.