 |
Расчет сварных стыковых соединений.
|
|
|
|
Швы этих соединений работают на растяжение или сжатие в зависимости от направления действующей нагрузки (рис. 15.11, а и б). Основным критерием работоспособности стыковых швов является их прочность. Соединение разрушается в зоне термического влияния и рассчитывается по размерам сечения детали по напряжениям, возникающим в материале детали.
Рис. 15.11. К расчету стыковых соединений
Проверочный расчет прочности шва на растяжение.
Условие прочности:
(15.1)
где σ'р, [σ ']р — расчетноеи допускаемое напряжения на растяжение для
шва (табл. 15.1); F — нагрузка, действующая на шов; δ — толщина детали (толщину шва принимают равной толщине детали); lш — длина шва.
Проектировочный расчет. Целью этого расчета является определение длины шва.
Исходя из основного условия прочности (15.1), длину стыкового шва при действии растягивающей силы определяют по формуле
(15.2)
Таблица 15.1. Допускаемые напряжения для сварных соединений деталей из низко- и среднеуглеродистых сталей при статической нагрузке
| Вид деформации, напряжение | Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом | Ручная дуговая электродами | |
| Э50А, Э42А | Э50, Э42 | ||
| Растяжение [σ ']р | [σ ]р | [σ ]p | 0,9[σ]р |
| Сжатие [ст']сж | [σ ]р | [σ]р | [σ ]р |
| Срез [т']ср | 0,65[σ]р9 | 0,65[σ]р | 0,6[σ]р |
На практике встречается случай, когда по расчету lш > b (b — ширина детали). Какое решение следует принять в этом случае?
15.12. Последовательность проектировочного расчета сварных соединений.
1. Выбирают конструкцию шва (стыковой, угловой), вид сварки и марку электродов.
2. Определяют допускаемые напряжения для сварного соединения (см. табл. 15.1).
3. По формулам (15.2), (15.5), (15.6) определяют длину шва.
|
|
|
4. Вычерчивают сварное соединение и уточняют размеры соединяемых
деталей. ' ',
Расчет стыковых швов
В стыковом шве распределение напряжений по длине шва принимается равномерным; рабочая толщина шва принимается равной толщине стыкуемых элементов (и меньшей, если толщины различны). Поэтому напряжение в шве, расположенном перпендикулярно оси элемента (рис. 77, а):
где N— расчетное усилие (с коэффициентом перегрузки);
dш —рабочая толщина шва;
lш — расчетная длина шва, равная фактической длине, если места зажигания и тушения дуги выведены за пределы сечения элемента (что обычно имеет место, рис. 69); в противном случае lш = l — 10 мм, где l — ширина элемента;
Rсв —соответствующие расчетные сопротивления стыкового шва сжатию или растяжению.
Если расчетное сопротивление сварки Rсв меньше расчетного сопротивления основного металла R и в стыкуемом элементе нет запасов в напряжениях, рабочее сечение шва может оказаться недостаточным; тогда для увеличения длины шва его приходится делать косым (рис. 77, б). Косые швы с наклоном реза 2:1, как правило, равнопрочные с основным металлом и потому не требуют проверки; однако в отдельных случаях, когда необходимо снижение напряжений, например при вибрационной нагрузке, приходится рассчитывать и косые швы. В этом случае, разложив действующие усилия на направления перпендикулярно оси шва и вдоль шва, находим напряжения:
перпендикулярно шву
вдоль шва, Здесь l ш — расчетная длина косого шва.
43 Расчет односрезного заклепочного шва
Рассмотрим простейший заклепочный шов - однородный односрезный внахлестку. При нагружении соединения силами F, листы стремятся сдвинуться относительно друг друга. Запишем условие прочности заклепки на срез (разрушение стержня заклепки нахлесточного соединения происходит по сечению, лежащему в плоскости стыка соединяемых деталей)
|
|
|
отсюда требуемый диаметр заклёпки:
В зонах контакта боковых поверхностей заклепки с листами происходит сжатие материалов. Давление в зоне контакта называют напряжением смятия. Считая, что эти напряжения равномерно распределены по площади смятия, запишем условие прочности
Здесь Асм - площадь смятия, условно равная площади проекции поверхности контакта на плоскость, перпендикулярную действующей силе;
[σ]`см -допускаемое напряжение на смятие для менее прочного из контактирующих материалов.
Рассмотрим многорядное двухсрезное заклепочное соединение с двумя накладками.
где i - число плоскостей среза одной заклепки;
z - число заклепок.
44 Болт нагружен осевой растягивающей силой; предварительная и последующая затяжки его отсутствуют (соединение ненапряженное, рис. 1).
Такой вид нагружения встречается сравнительно редко. Болты в этом случае обычно находятся под действием сил тяжести. Характерным примером данного нагружения может служить резьбовой конец грузового крюка грузоподъемной машины.
Условие прочности болта
где σр — расчетное напряжение растяжения в поперечном сечении нарезанной части болта;
F — сила, растягивающая болт;
d1 — внутренний диаметр резьбы болта;
[σр] — допускаемое напряжение на растяжение болта.
Формулой (1) пользуются при проверочном расчете болта. Из нее вытекает зависимость для проектного расчета болта
Болт испытывает растяжение и кручение, обусловленные затяжкой.
Крутящий момент, возникающий в опасном поперечном сечении болта, равен моменту Т в резьбе, определяемому по формуле
Лишь для установочных винтов при определении момента, скручивающего стержни, следует учитывать момент силы трения на торце.
Эквивалентное напряжение в болте, в опасном поперечном сечении которого возникают продольная сила, равная усилию F затяжки, и крутящий момент T, равный моменту в резьбе, определим по гипотезе энергии формоизменения:
где σekv - эквивалентное (приведенное) напряжение для опасной точки болта;
σp — напряжение растяжения в поперечном сечении болта;
τk — наибольшее напряжение кручения, возникающее в точках контура поперечного сечения болта.
Подставим в формулу значение крутящего момента из формулы
|
|
|
и вынесем множитель
из-под корня. Получим
Принимая для стандартных стальных болтов с метрической резьбой ψ=2°30', d2/d1=1,2 и f=0,15 чему соответствует ψ=8°40',окончательно получим σekv≈1,3σp
Следовательно, болт, работающий одновременно на растяжение и кручение, можно рассчитывать только на растяжение по допускаемому напряжению на растяжение, уменьшенному в 1,3 раза, или по расчетной силе, увеличенной по сравнению с силой, растягивающей болт, в 1,3 раза.
Таким образом, проектный расчет болта в этом случае рекомендуется производить по формуле
Аналогичное решение рекомендуется для болтов, нагруженных осевыми растягивающими силами и испытывающих кручение от подтягивания гаек под нагрузкой. Такое нагружение имеет место в винтовых стяжках (рис. 2).
|
|
|
