Сварные соединения угловыми швами

Проектный расчет сварных угловых швов при заданных размерах детали и заданной нагрузке заключается в определении катета швов К.

В конструкциях винтовых механизмов, которые рассмотрены в данной работе, применяются два типа соединений угловыми швами.

Первый тип сварного соединения (задания четвертое и пятое) – кольцевой угловой шов, поставленный вместо бурта гайки силового винта (рис. 5). При расчете шва принимают (условно), что корпус и гайка стальные (Ст.3). Соединение нагружено силой Q и крутящим моментом Т_р. Сила Q является основной нагрузкой шва, момент Т_р – дополнительной (напряжение в шве от момента Т_р в 8-10 раз меньше, чем от силы Q).

Рис. 5. Кольцевой угловой шов.

Расчет такого соединения целесообразно проводить только по основной нагрузке, а дополнительную нагрузку учитывать путем понижения допускаемого напряжения. Тогда условие прочности кольцевого шва

Отсюда

(48)

Здесь А – расчетная площадь кольцевого шва;

[t]’_ср – допускаемое напряжение в сварном угловом шве.

Если сварка выполняется вручную электродами обычного качества (электродами Э42 и Э50), то

(49)

При автоматической сварке под флюсом и при ручной сварке электродами Э42А и Э50А

(50)

В формулах (49) и (50)

s_т – предел текучести основного металла (при расчете кольцевого шва основной металл – Ст.3);

n – коэффициент безопасности (при расчете только по основным нагрузкам для углеродистых сталей n = 1.45 ¸1.55);

g – коэффициент понижения допускаемых напряжений при переменных нагрузках, который для соединений, выполненных угловыми швами, вычисляется по формуле

(51)

где r – коэффициент асимметрии цикла напряжений (при пульсирующей нагрузке r = 0).

После того, как по формуле (49) или (50) определено допускаемое напряжение [t]’_ср, а затем по формуле (48) определена расчетная площадь шва А, вычисляется катет шва К

(52)

Размер К округляется по ГОСТ 6636-69.

Второй тип сварного соединения (задание первое, второе и седьмое) – соединение втавр (впритык) угловыми швами.

Втавр соединятся элементы, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 6).

Рис. 6. Схема к расчету сварного соединения детали прямоугольного сечения (h – высота детали; b – ширина детали; k – катет шва)

При нагрузке, показанной на рис. 6 считается, что прочность соединения обеспечена, если выполняется условие

где [t]’_ср – допускаемое напряжение в угловых швах;

t_с – условное суммарное напряжение.

Допускаемое напряжение [t]’_ср определяется по формуле (49) или (50) (в зависимости от вида технологического процесса сварки). Однако, поскольку в данном случае расчет выполняется по основным и дополнительным нагрузкам, коэффициент безопасности n=1.3¸1.4.

Условное суммарное напряжение определяется зависимостью

где t_M – максимальное напряжение в сварных швах от изгибающего момента М (при нагрузке, показанной на рис.6, М=Rl);

t_F – напряжение в швах от продольной силы F;

t_R – напряжение в швах от поперечной силы R.

В последних трех формулах

А = 1.4 К(h + b) – расчетная площадь сечения сварных швов;

А₁ = 1.4 K h – расчетная площадь сечения вертикальных швов;

W – расчетный момент сопротивления сечения швов при изгибе.

С некоторым приближением расчетный момент сопротивления сечения швов может быть определен по формуле

где h – высота детали (см. рис.6);

U – коэффициент, зависящий от отношения ширины детали b к ее высоте h; значения U приведены в таблице 6.

Значения коэффициента U.

Таблица 6.

С учетом изложенного выше, условие прочности сварного соединения втавр

Отсюда получаем формулу для определения расчетной площади вертикальных швов

(53)

Зная расчетную площадь вертикальных швов А, нетрудно определить катет швов К

(54)

Размер К округляется по ГОСТ 6636-69.

При выполнении проектного расчета сварного соединения втавр момент сопротивления при изгибе W был определен приближенно. Поэтому для страховки целесообразно сделать проверочный расчет соединения. Условие прочности

(55)

При выполнении проверочного расчета момент W следует определить точно

(56)

Если результат проверки отрицательный (случай весьма редкий), то нужно увеличить катет швов, приняв следующий большой размер К по ГОСТ 6636-69 и вновь выполнить проверочный расчет.

Примечание. Если при проверке соединения на прочность tс>[t]’_cp, но t_с отличается от [t]’_cp менее, чем на 5%, то катет швов увеличивать не следует, т.к. перегрузкой в 5% можно пренебречь.

Резьбовые соединения

Прочность болта или шпильки при постоянной рабочей нагрузке обеспечена, если выполняется условие

где s_пр – приведенное напряжение в болте (шпильке);

Q_p – расчетная нагрузка на болт (шпильку);

d₁ – внутренний диаметр резьбы;

[s]_p – допускаемое напряжение на растяжение.

Допускаемое напряжение на растяжение для резьбовых соединений назначается в зависимости от предела текучести материала болта или шпильки

где n – допускаемое значение коэффициента запаса прочности (допускаемый запас прочности) по пластическим деформациям.

Отсюда условие прочности болта (шпильки)

(57)

Для соединения с неконтролируемой затяжкой болтов (шпилек), выполненных из углеродистой стали (такие соединения рассматриваются в заданиях третьем и шестом), значения допускаемого запаса прочности n рекомендуется вычислять по следующим формулам:

при d = 6…16		(58)
при d = 16…30		(59)
при d = 30…60		(60)

Здесь d – наружный диаметр резьбы в мм.

Проектный расчет резьбового соединения заключается в определении внутреннего диаметра резьбы. Остальные параметры резьбы определяются по ГОСТу.

Согласно уравнению (57)

(61)

При проектном расчете соединения с неконтролируемой затяжкой болтов использовать формулу (61) нельзя, т.к. допускаемый запас прочности зависит от наружного диаметра резьбы d, который при проектном расчете неизвестен. Поэтому рекомендуемая последовательность расчета приведена ниже.

1. Внутренний диаметр резьбы d₁ определяется приближенно

(62)

Значения коэффициента К_т принимаются по данным таблицы 7.

Полученный расчетом диаметр d₁ округляется до большего стандартного значения по СТ СЭВ 182-75, по СТ СЭВ принимается соответствующий наружный диаметр резьбы d.

2. Выполняется проверочный расчет болта или шпильки, размеры которых уже определены.

Если s_пр £ s_т / n, то расчет окончен и первоначально принятые размеры резьбы остаются без изменений.

При отрицательном результате (s_пр > s_т / n) следует увеличить диаметр болта – принять болт (шпильку) со следующим большим стандартным диаметром (например, вместо болта М12 принять болт М14).

Значения коэффициента К_т для соединений, выполненных из углеродистых сталей

Таблица 7.

При переменной рабочей нагрузке осевое усилие, действующее на болт (шпильку), изменяется в пределах от Q_min до Q_max. Соответственно, приведенное напряжение изменяется в пределах от Q_min до Q_max. Статическая прочность соединения при переменной рабочей нагрузке обеспечена, если

(63)

Здесь Q_pmax – максимальная расчетная нагрузка на болт (шпильку).

Допускаемый запас прочности n назначается так же, как для соединений, работающих при постоянной нагрузке, т.е. вычисляется по формулам (58) – (60).

Полное приведенное напряжение в болте, работающем при переменно нагрузке, можно разделить на постоянное (среднее) напряжение s_m и переменное с амплитудой s_а.

Среднее напряжение

(64)

Амплитуда напряжений

(65)

Запас прочности резьбового соединения по переменным напряжениям (запас усталостной прочности) n_a определяется по формуле

(66)

где s_в – предел прочности материала болта;

s_-1р –предел усталости материала болта при растяжении;

K_s – эффективный коэффициент концентрации напряжений. Значения к_s для метрической резьбы даны в таблице 2;

e – масштабный коэффициент, значения которого даны в таблице 8.

Значения коэффициента e

Таблица 8.

Условие прочности болта и шпильки, работающих при переменной нагрузке,

n_a ³ 2,5

Итак, проверочный расчет болтов (шпилек), работающих при переменной нагрузке, состоит в определении приведенного напряжения s_max и запаса прочности n_a и сравнении этих величин с допускаемыми.

При проектном расчете резьбового соединения с переменной рабочей нагрузкой внутренний диаметр резьбы d₁ предварительно назначается на основании формулы

(67)

Значения коэффициента К_т для болтов с неконтролируемой затяжкой принимается по данным таблицы 7 в зависимости от отношения ..

После того, как диаметр d₁ определен и округлен по СТ СЭВ 182-75 до большего стандартного значения, выполняется проверочный расчет соединения по методике, изложенной выше.

При отрицательном результате проверки, то есть если s_max > s_т/n или n_а < 2,5, увеличивается диаметр резьбы (принимается болт или шпилька со следующим большим стандартным диаметром).

Литература

1. Ачеркян Н.С. (редактор) Детали машин, т.1.-М.; Машиностроение, 2008.
2. Биргер Н.А., Шорр Б.Ф., Шнейдерович Р.М. Расчет на прочность деталей машин,-М.; Машиностроение, 2006.
3. Бондаровский Ф.П., Корнеев Г.В., Детали машин и подъемно-транспортные машины,-М.; Машгиз, 2002.
4. Борисов В.В, Метелкин В.В. и др. Расчет силовых винтовых механизмов и соединений,-М.; МАТИ, 2005.
5. Дашкевич Б.П., Дьяченко С.К., Столбовой С.З. Детали машин, М., ГИТЛ УССР, 1959.
6. Добровольский В.А, Заблонский К.И. и др. Детали машин,-М.; Машгиз, 1957.
7. Иванов М.Н. Детали машин.,-М.; Высшая школа, 1976.
8. Одинг И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая прочность металлов.-М.; Машгиз, 2002.
9. Поляков В.С., Кудрявцев В.Н. и др. Детали машин,-М.; Машгиз, 2008.
10. Решетов Д.Н. Детали машин.-М.; Машиностроение, 2004.
11. Справочник металлиста.-М.; Машгиз, 1958
12. Чистяков А.А. Методика выполнения курсовых домашних работ по деталям машин.-М.; МАТИ, 2003.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: