72. Прочность сварных соединений и допускаемые напряжения .

П рочность сварного соединения зависит от следующих основных факторов: качества основного материала, определяемого его способностью к свариванию, совершенства технологического процесса сварки; конструкции соединения; способа сварки; характера действующих нагрузок (постоянные или переменные).

Хорошо свариваются низко- и среднеуглеродистые стали. Высокоуглеродистые стали, чугуны и сплавы цветных металлов свариваются хуже. Значительно снижают прочность такие пороки сварки, как непровары и подрезы (см. рис. 20), шлаковые и газовые включения, скопление металла в месте пересечения швов и т. п. Эти дефекты являются основными причинами образования трещин как в процессе сварки, так и при эксплуатации изделий. Влияние технологических дефектов сварки значительно усиливается при действии переменных и ударных нагрузок

Эффективными мерами повышения прочности сварных соединений являются: автоматическая сварка под флюсом и сварка в защитном газе; термообработка сваренной конструкции (отжиг); наклеп дробью и чеканка швов. Эти меры позволяют повысить прочность составных сваренных деталей при переменных нагрузках в 1,5. ..2 раза и даже доводить ее до прочности цельных деталей. Многообразие факторов, влияющих на прочность сварных соединений, а также приближенность и условность расчетных формул вызывают необходимость экспериментального определения допускаемых напряжений. Приняты нормы допускаемых напряжений для сварных соединений деталей из низко- и среднеуглеродистых сталей, а также низколегированных сталей (типа 14ГС, 15ГС, 15ХСНД, 09Г2, 19Г и пр.) при статических нагрузках, см. в табл. 1 которые представлены в справочной литературе.

Для переменных нагрузок допускаемые напряжения, взятые из табл. 1, понижают умножением на коэффициент у< 1, а расчет выполняют по максимальному (абсолютному значению) напряжению цикла (_max, или _max так, как если бы это напряжение было статическим.

При переменных нагрузках рекомендуют рассчитывать прочность не только сварного шва, но и самих деталей в зоне этого шва. Допускаемое напряжение для деталей в зоне шва также умножают на коэффициент .

Для углеродистых сталей  вычисляют по формуле

(22) , где — коэффициент асимметрии цикла напряжений;

К_эф —эффективный коэффициент концентрации напряжений, который относится и к  _и к  (см. табл. 2 и 3); верхние знаки при растягивающем наибольшем по абсолютному значению напряжении и при касательных напряжениях, а нижние- при сжимающем. В переходной зоне (R= —1 или близко к этому) расчет ведут по более опасному напряжению.

Если при вычислении у по формуле (22) получают  > 1, то в расчет принимают  =1. Это обычно получается при большой асимметрии цикла R>0 и указывает на то, что для данного цикла решающее значение имеет не сопротивление усталости, а статическая прочность

73. Пружины. Назначение, виды, конструкции, материалы.

1. Общая характеристика пружин

П ружины широко применяются в конструкциях в качестве виброизолирующих, амортизирующих, возвратно-подающих, натяжных, динамометрических и других устройств.

Типы пружин. По виду воспринимаемой внешней нагрузки различают пружины растяжения, сжатия, кручения и изгиба.

витые пружины (цилиндрические — растяжения, рис. 1а, сжатия, рис. 1б; кручения, рис. 1в, фасонные—сжатия, рис. 1г-е), специальные пружины (тарельчатые и кольцевые, рис. 2 а и б,— сжатия; истовые и рессоры, рис. 2 в,— изгиба;

Рис.1. Витые пружины

с пиральные, рис. 2 г— кручения и др.) Наиболее распространены витые цилиндрические пружины из проволоки круглого сечения.

Пружины растяжения (см. рис. 1а) навивают, как правило, без просветов между витками, а в большинстве случаев — с начальным натяжением (давлением) между витками, компенсирующим частично внешнюю нагрузку. Натяжение обычно составляет (0,25—0,3) F_пр (F_np — предельная растягивающая сила, при которой полностью исчерпываются упругие свойства материала пружины).

Для передачи внешней нагрузки такие пружины снабжают зацепами. Например, для пружин малого диаметра (3—4 мм) зацепы выполняют в форме отогнутых последних витков (рис. 3а—в). Однако такие зацепы снижают сопротивление пружин усталости из-за высокой концентрации напряжений в местах отгиба.

Для ответственных пружин диаметром свыше 4 мм часто применяют закладные зацепы (рис. 3 г—е), хотя они менее технологичны.

Пружины сжатия (см. рис. 1 б) навивают с просветом между витками, который должен на 10—20% превышать осевые упругие перемещения каждого витка при наибольшей внешней нагрузке.

Опорные плоскости у пружин получают путем поджатия последних витков к соседним и сошлифовывания их перпендикулярно оси.

Длинные пружины под нагрузкой могут терять устойчивость (выпучиваться). Для исключения выпучивания такие пружины обычно ставят на специальные оправки или в стаканы.

Соосность пружин с сопрягаемыми деталями достигается установкой опорных витков в специальные тарелки, расточки в корпусе, канавки . Пружины кручения навивают обычно с малым углом подъема и небольшими зазорами между витками (0,5 мм). Внешнюю нагрузку они воспринимают с помощью зацепов, образуемых отгибом концевых витков. Основные параметры витых пружин. Пружины характеризуются следующими основными параметрами: диаметром d проволоки или размерами сечения; средним диаметром D_o, индексом c = D_o/d; числом n рабочих витков; длиной H_о рабочей части; шагом t = H_o/n витков, углом =arctg [t /( D_o)] подъема витков.

Последние три параметра рассматривают в ненагруженном и нагруженном состояниях.

Индекс пружины характеризует кривизну витка. Пружины с индексом с  3 применять не рекомендуется из-за высокой концентрации напряжений в витках.

Обычно индекс пружины выбирают в зависимости от диаметра проволоки следующим образом: для d  2,5 мм, d = 3—-5; 6—12 мм соответственно c = 5—12; 4—10; 4—9.

Материалы. Витые пружины изготовляют навивкой холодным или горячим способом с последующей отделкой торцов, термической обработкой и контролем.

Основными материалами для пружин являются — высокопрочная специальная пружинная проволока 1, II и III классов диаметром 0,2—5 мм, а также стали: высокоуглеродистые 65, 70; марганцовистая 65Г; кремнистая 60С2А, хромованадиевая 50ХФА и др.

Пружины, предназначенные для работы в химически активной среде, изготовляют из цветных сплавов.

Для защиты поверхностей витков от окисления пружины ответственного назначения покрывают лаком или промасливают, а пружины особо ответственного назначения оксидируют, а также наносят на них цинковое или кадмиевое покрытие