4.2.2. Перебірковий розрахунок зварного з'єднання "внакладку".

Розрахункова схема вузла приведена на рис. 4.5. В даному вузлі до основної деталі (плити) приварена провушина.

Характер з'єднання та умови його навантаження показані на малюнку.

В даному випадку відстань між лініями дії сил, прикладених до провушини та плити, досить мала, тому моментом, який утворюють ці сили, можна знехтувати і вважати, що провушина та плита працюють тільки на розтяг.

Рис. 4.5. розрахункова схема зварного з'єднання "внакладку"

1 – провушина F – робоче навантаження

2 – зварний шов І-І – небезпечний переріз

3 – плита К – катет шва

δ – товщина провушини – довжина шва.

Розрахунок ведемо за умовою:

,

де і – відповідно розрахункове та допустиме напруження на зріз для шва

, (Додаток В табл. 1) (4.8)

де – допустиме напруження на розтяг для матеріалу зварної деталі

, (4.9)

де – межа текучості.

Для виготовлення деталей з’єднання приймаємо матеріал сталь 20, тоді

= 250 МПА (Додаток В табл. 6)

– допустимий коефіцієнт запасу міцності.

Приймаємо, виходячи з умов роботи з’єднання, = 2

Тоді ;

F – робоче навантаження.

Приймаємо F=19764 Н

К – катет шва

– сумарна довжина зварних швів

Приймаємо

Тоді

Тоді

Отже, умова міцності виконується і дане з’єднування експлуатувати можна.

4.2.3. Перебіркові розрахунки на зріз та зминання

Рис. 4.6. Схема до розрахунків на зріз та зминання

1 – головка штока гідроциліндра

2 – палець

3 – провушина

4 – плита

Вихідні дані: матеріал пальця – сталь 45,

Матеріал провушини та плити – сталь 20.

F = 40 кН; d = 26 мм; ;

Перевірочний розрахунок

Перевірочний розрахунок пальця на зріз (див. Рис. 4.6.) виконуємо за умовою:

, (4.10)

де і – відповідно розрахункове та допустиме напруження зрізу.

,

Де – межа текучості матеріалу пальця

= 360 МПА

Приймаємо

Q – поперечна сила

І – кількість площин зрізу;

– площина зрізу

Тоді

Отже, умова міцності виконується.

Перевірочний розрахунок

З аналізу конструкції вузла (див. рис. 4.6.) видно, що різниця розмірів m і l незначна, тому можна прийняти, що m ≈ l

Тоді з міркувань симетрії очевидно, що

Рис 4.7. Схема до розрахунку провушини на зминання

1 – палець

2 – провушина

Перевірочний розрахунок провушини на зминання ведемо за умовою:

, (4.11)

де і – відповідно розрахункове та допустиме напруження зминання.

Приймаємо (Додаток В табл. 2)

Q – поперечна сила

(див.рис.4.7).

і – число елементів, що працюють на зминання

– розрахункова площа зминання (площа проекції поверхні зминання на площину, перпендикулярну зминаючій силі)

(4.12)

Тоді

Отже умова міцності виконується і провушину в даному режимі експлуатувати можна.

4.2.4. Розрахунки різьбових з’єднань

В сучасних машинах і механізмах різьбові з'єднання досить поширені. Вони є основним видом рознімних з'єднань. В багатьох конструкціях питома вага різьбових з'єднань досягає 60% від кількості з'єднань всіх видів.

При проектуванні різьбових з'єднань слід звернути увагу на обґрунтованість вибору профілю різьби та виду різьбових деталей.

В изначення максимального осьового зусилля та максимального моменту

Рис. 4.8. Розрахункова схема до визначення осьового зусилля та максимального моменту з умови міцності гвинта

1 – випресовувана деталь

F – осьова сила

2 – гвинт

Т – момент на гвинтові

3 – гайка

У всіх випадках в першу чергу слід розглядати можливість застосування стандартних найбільш поширених різьб (наприклад для кріпильних різьб) – це метрична різьба з великим кроком). Застосування менш поширених чи нестандартних різьб можливе при достатньому обґрунтуванні.

При можливості застосування болтового, гвинтового чи шпилькового з'єднання перевагу слід віддавати болтовому, бо його легко замінити при руйнуванні різьби.

Вихідні дані (див. рис. 4.8):

матеріал гвинта сталь 35;

матеріал гайки сталь 10;

різьба М28х1,5.

Розрахунок.

Прийнятим матеріалам гвинта та гайки відповідає клас міцності гвинта 5,6., для якого межа текучості

(Додаток В табл. 5)

Розрахунок ведемо з умови міцності:

(4.13)

Де та – відповідно еквівалентне та допустиме напруження в

різьбовій частині гвинта.

^{Приймаємо та враховуємо, що}

де – необхідний (допустимий) коефіцієнт запасу міцності.

Приймаємо =4 (Додаток В табл. 4)

Тоді умова міцності набуде вигляду:

,

де – розрахунковий діаметр різьби

, (4.14)

де р - крок різьби

Для різьби М 28X1,5

d=28MM; Р= 1,5мм

Тоді d_p = 28 - 0,94 · 1,5 = 26,59 мм

– розрахункова сила, що враховує одночасну дію стиску та кручення

в навантаженому різьбовому з'єднанні.

, (4.15)

де F – осьова сила.

Тепер умова міцності набуде вигляду: (4.16)

Звідки:

Колова сила ( ) на середньому діаметрі (d₂) різьби:

, (4.17)

де і – відповідно кут підйому різьби та приведений кут тертя

;

Момент на гвинтові , (4.18)

де d₂ - середній діаметр різьби.

Для різьби М 28x1,5 d₂=27,026 мм

Тоді

Підбір різьби для гвинтової стяжки

Рис. 4.9. Схема для розрахунку гвинтової стяжки.

1- гвинт лівий 2- корпус стяжки 3- гвинт правий

Вихідні дані: Р=20кН. Матеріал гвинтів класу міцності 4.6. Навантаження стале. Затяжка неконтрольована.

Розрахунок

Для різьбового з'єднання з неконтрольованою затяжкою приймаємо необхідний коефіцієнт запасу міцності (прийнявши, що зовнішній діаметр різьби буде знаходитись в межах 16...30 мм).

(Додаток В табл. 4)

Для матеріалу гвинтів класу міцності 4.6. межа текучості

(Додаток В табл. 6)

Допустиме напруження

Розрахункове навантаження

Розрахунковий діаметр різьби гвинтів

(4.19)

Приймаємо різьбу М 24 з кроком р=3мм (Додаток В табл. 3)

для якої

Отже, різьба М 24 придатна.

Розрахунок болтів, навантажених поперечними силами

Рис.4.10. Схема до розрахунку болтів, навантажених поперечними силами

Вихідні дані (див.рис.4.10): F=2,8кН. Кількість болтів - 2.

Клас міцності болтів 4,6. Навантаження стале. Затяжка неконтрольована.

Розрахунок

Для болтового з'єднання з неконтрольованою затяжкою приймаємо необхідний коефіцієнт запасу міцності вважаючи, що зовнішній діаметр різьби буде знаходитись в межах 16...30 мм (Додаток В табл. 4) Для болтів класу міцності 4,6. межа текучості (Додаток В табл. 5)

Допустиме напруження розтягу

Приймаємо коефіцієнт запасу по зсуву з'єднуваних деталей К=1,6 та коефіцієнт тертя

(4.20)

Тоді необхідна сила затяжки болта

де і = 2 - кількість стиків;

= 2- кількість болтів.

Розрахункова сила затяжки болта (4.21) Розрахунковий діаметр різьби

(4.22)

По (Додаток В табл. 4) приймаємо різьбу М16 з кроком Р=2 мм, для якої

Отже, болт МІ6 придатний.

Розрахунок болтів навантажених поздовжніми силами

Рис. 4.11 Схема до розрахунку болтів, навантажених поздовжніми силами

1- кришка резервуара 2- прокладка азбестова 3- резервуар газовий

Вихідні дані (див. рис. 4.11): максимальна сила тиску газу на кришку , кількість болтів = 12; матеріал болтів класу міцності 5.6.,

матеріал прокладки - азбест.

Затяжка болтів неконтрольована.

Розрахунок

Для різьбового з'єднання з неконтрольованою затяжкою при сталому навантаженні (вважаючи, що зовнішній діаметр болтів буде в межах 6... 16 мм) приймаємо необхідний коефіцієнт запасу міцності

= 4,5 (Додаток В табл. 4)

Для болтів класу міцності 5.6. межа текучості

(Додаток В табл. 5)

Допустиме напруження розтягу:

Навантаження на один болт: (4.23)

Для забезпечення герметичності резервуара в даному з'єднанні болти встановлюються з попередньою затяжкою при складанні. Враховуючи наявність пружної азбестової прокладки, приймаємо коефіцієнт зовнішнього навантаження.

Приймаємо коефіцієнт запасу попередньої затяжки при сталому навантаженні

Тоді сила попередньої затяжки

Розрахункова сила

(4.24)

Розрахунковий діаметр різьби болта:

По (Додаток В табл. 3) приймаємо різьбу М12 з кроком р=1,75 мм, для якої:

Отже, болти М12 придатні.