13.4.8. Расчёт групповых резьбовых соединений
Рассмотрим резьбовое соединение, нагруженное произвольно направленными усилиями и моментами. Задача состоит в определении усилия на максимально нагруженный болт и вычисление его размеров или проверке его прочности. При расчётах принимаются допущения:
стык жёсткий и плоский при всех видах нагружения;
все болты одинакового размера;
все болты одинаково затянуты.
Расчёт соединения производится на основе принципа суперпозиции, т.е. независимости действия сил, согласно которому нагрузка на максимально нагруженный болт определяется как суммарная нагрузка от действия всех сил.
В этом случае выбирается система координат с центром в центре тяжести группы болтов и все нагрузки раскладываются по осям координат. Рассмотрим случай нагружения, приведённый на рис. 13.22.
206
Рис. 13.22. Общий случай нагружения группы болтов
Вся система нагрузок распределяется на две группы:
нагрузки, вызывающие растягивающие усилия в болтах (на рис. 13.22 – Fz и My);
нагрузки, вызывающие сдвигающие усилия в стыках деталей (на рис. 13.22 – Fx и Mz).
По первой группе нагрузок, используя принцип независимости действия сил и моментов, определяем отрывающие усилия:
;
;
,
где z – число болтов в соединении, xmax – расстояние от оси поворота детали до максимально удалённого болта.
Назначается требуемое по условию нераскрытия стыка усилие затяжки:
.
207
По второй группе нагрузок определяем сдвигающие усилия:
;
.
П
олное
сдвигающее усилие в стыках Fsi
определим геометрическим суммированием,
как показано на рис. 13.23.
Рис. 13.23. Геометрическое суммирование сдвигающих усилий
Устанавливается максимальное сдвигающее усилие Fs max и выполняется проверка условия отсутствия сдвига соединяемых деталей по зависимости:
,
где kсц – коэффициент запаса по несдвигаемости деталей, f – коэффициент трения, i – число плоскостей сдвига (трения).
Если условие не выполняется, увеличиваем усилие затяжки.
Выполняется проверка прочности наиболее нагруженного болта по условиям:
;
.
208
В случае невыполнения условий прочности необходимо увеличить диаметр болта или количество болтов и их расположение.
209
ЛЕКЦИЯ 14
Тема 13
СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
13.5. Сварные соединения
13.5.1. Общие сведения, достоинства и недостатки,
классификация сварных соединений
Сварка это процесс соединения деталей за счет сил молекулярного сцепления при местном разогреве до расплавления или до пластического состояния с последующим сдавливанием. Дуговая сварка впервые была изобретена в России. Сначала в 1882г. Н.И. Бенардос предложил угольно-дуговую сварку, затем в 1888г. Н.Г. Славянов разработал сварку металлическим электродом.
Сварные соединения — наиболее распространенный вид неразъемных соединений, широко используемых во всех отраслях техники. Разнообразными видами сварки соединяют детали из конструкционных углеродистых и легированных сталей, цветных сплавов и неметаллов.
Достоинства сварных соединений:
возможность получения деталей сложной формы и практически любых размеров (корпуса судов и летательных аппаратов, кузова автомобилей и др.);
снижение массы по сравнению с заклепочными соединениями и литьем — экономия материала достигает до 30 % благодаря снижению толщин стенок и припусков на механическую обработку, а также отсутствию ослабляющих отверстий и накладок, как это имеет место при клепке;
технологичность и высокая производительность, особенно при автоматической сварке;
210
снижение стоимости изготовления сложных деталей в условиях единичного и мелкосерийного производства.
Основными недостатками сварных соединений являются:
несвариваемость ряда металлов и сплавов;
возникновение высоких остаточных термических напряжений в сварных швах и околошовной зоне, что вызывает необходимость проведения дополнительных термических и других обработок;
возможность получения скрытых дефектов сварных швов, что обусловливает необходимость контроля качества ответственных швов дорогостоящими рентгеноскопическими, ультразвуковыми и другими методами.
Сварные соединения классифицируют по виду сварки и по конструктивным признакам.
По виду сварки сварные соединения различают:
соединения электрической сваркой (электродуговой, электрошлаковой или контактной), осуществляемой за счет тепла электрической дуги или разогрева стыка теплом, выделяющимся при пропускании через него электрического тока и сдавливании деталей;
соединения газовой сваркой, использующей тепло, выделяемое при сжигании газа (ацетилена, водорода и др.) в струе кислорода;
соединения сваркой трением, реализуемой за счет тепла, выделяемого в процессе относительного движения (вращения) и сдавливания соединяемых деталей;
соединения плазменной сваркой, использующей тепло плазменного процесса для быстрого разогрева и расплавления кромок соединяемых деталей;
соединения диффузионной сваркой (диффузионно-вакуумной) сваркой, позволяющей соединять разнородные материалы за счет диффузии при нагреве и сдавливании деталей.
Применяются и другие сварные соединения с более редкими и специальными видами сварки. Выше приведены сварные
211
соединения по видам, применяемым достаточно широко в аэрокосмической, автомобильной, судовой и других отраслях промышленности.
По конструктивным признакам (по взаимному расположению соединяемых элементов) сварные соединения разделяют на:
стыковые — свариваемые элементы примыкают торцами между собой (рис. 13.24, а, б, в); в зависимости от толщины соединяемых деталей стыковой шов может выполняться при малой толщине без разделки кромок (а), с односторонней (б) или при большой толщине с двусторонней разделкой (в);
нахлесточные (с одной или двумя накладками) — боковые поверхности соединяемых деталей частично перекрывают друг друга (рис. 13.24, г, д);
тавровые — торец одного элемента примыкает под углом (обычно 90°) к боковой поверхности другого элемента (рис. 13.24, е);
угловые — соединяемые элементы приваривают по кромкам один к другому (рис. 13.24, ж), в силовых конструкциях не применяют;
прорезные и пробочные — иногда применят для усиления нахлесточных сварных соединений (рис. 13.24, и).
Рис. 13.24. Виды сварных соединений
Для образования сварных соединений применяют следующие типы сварных швов:
стыковые швы (в стыковых и тавровых соединениях – см. рис. 13.24, а, б, в, е);
угловые (валиковые) швы (в нахлесточных, тавровых и угловых соединениях – см. рис. 13.24, г, д, е, ж).
212