Вопрос 44. Расчет на прочность и проектирование сварных соединений при постоянных нагрузках

Расчет и проектирование сварных соединений (конструкций) сводится к выбору вида соединения, способа сварки, марки элект­рода, рациональному размещению сварных швов, определению сечения и длины швов из условия равнопрочности наплавленного металла и материала соединяемых деталей. Размеры соединяемых деталей обыч­но известны заранее из условий прочности, жесткости, устойчивос­ти или конструктивных соображений.

Сварные швы бывают: 1) стыковые; 2) лобовые; 3) фланговые (угловые); 4) комбинированные.

Стыковые швы рассчитывают на прочность по номинальному се­чению соединяемых деталей (без учета утолщения швов) как целые детали. От внешней растягивающей силы F в сечении шва возникают напряжения растяжения

(26.1)

где l и S – соответственно длина, шва и толщина соединяемых деталей.

Условие прочностной надежности:

(26.2)

В расчетах принимают = (0.9-1.0) , где – допус­каемое напряжение при растяжении основного материала.

Допустима растягивающая сила при обращении неравенства (26.2) в равенство

Нормальные напряжения в шве при совместном действии внешней силы F и изгибающего момента М (см. рис. 26.10)

(26.3)

где M – момент сопротивления сечения шва (детали) при изгибе.

Лобовые и фланговые (угловые) швы разрушаются по сечению, проходящему через биссектрису прямого угла.

Площадь расчетного сечения

(26.4)

где L – общая длина (периметр) сварного шва; К_p – расчетный катет шва.

Угловой шов при нагружении испытывает сложное напряженное состояние. Однако в упрощенном расчете такой шов условно рассчи­тывают на срез.

Условие прочности шва по допускаемым напряжениям:

(26.5)

где – номинальное напряжение среза; – допускаемое на­пряжение в сварном шве при срезе.

В расчетах принимают К_p = (0.9-1.2)·S_min, где S_min – наименьшая толщина свариваемого элемента K_pmin > 3 мм при S > 3 мм.

l ≥ 30 мм; l_a ≥ 30 мм; l_φ ≤ 50K.

Допустимая растягивающая нагрузка

(26.6)

Соединение комбинированным (лобовым и фланговым) швом при действии момента в плоскости стыка рассчитывают в упрощенном рас­чете, полагая, что швы работают независимо.

Тавровые соединения, выполненные угловыми швами, рассчиты­вают по формуле

(26.7)

с учетом числа швов.

Момент сопротивления продольного сечения шва

(26.8)

где h – высота листа( ).

Если такие соединения сварены, как и соединения встык, то расчет выполняют по формулам (26.1) и (26.3).

Угловые соединения не используются как силовые; их применя­ют, как правило, для образования профилей из отдельных элемен­тов.

Вопрос 45. Соединения типа "вал - ступица":шпоночные, шлицевые, штифтовые. Общая характеристика и особенности расчета

Для передачи вращения от вала к ступице зубчатого колеса, шкива, звездочки и других соосных деталей широко используют различные соединения зацеплением. В соединениях зацеплением (шпоночных, шлицевых и др.) передача нагрузки осуществляется за счет силового замыкания деталей через шпонки, зубья и дру­гие подобные детали. Благодаря этому соединения являются разъ­емными, осуществляют фиксацию деталей в окружном направлении и допускают осевое взаимное смещение деталей в процессе работы. Однако трудоемкость изготовления таких соединений сравнительно высокая.