27 Неразъёмные соединения. Общие сведения. Расчет сварного шва. Расчет заклепок.
К неразъемным относятся соединения, которые нельзя разобрать без разрушения соединительных элементов или повреждения соединенных деталей. Это соединения с гарантированным натягом заклепочные, сварные, соединения пайкой, клеевые.
В заклепочных соединениях соединительным элементом является заклепка. Она представляет собой круглый стержень с головкой. В зависимости от формы головок различают заклепки с полукруглой, потайной и полупотайной головками. В зависимости от материала склепываемых деталей и требований к прочности соединения применяют заклепки из мягкой стали, меди или алюминия.
Заклепки стандартизированы, и при проектировании заклепочного соединения следует подбирать стандартные заклепки.
Ряд заклепок, соединяющих детали, называется заклепочным швом. В зависимости от числа рядов заклепок и их расположения различают однорядные, двухрядные и многорядные швы. По расположению скрепляемых деталей швы подразделяются на швы внахлестку и встык с одной или двумя накладками.
По назначению заклепочные швы подразделяются на следующие виды: прочные, выдерживающие высокие механические нагрузки; плотные, обеспечивающие главным образом плотность соединения; прочноплотные.
Сварка — это технологический процесс образования неразъемного соединения деталей машин, конструкций и сооружений путем их местного с плавления или совместного деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами (молекулами) соединяемых тел.
Существует много различных методов сварки, которые подразделяются на две основные группы: сварка плавлением и сварка пластическим деформированием. Остальные методы являются их разновидностями или комбинациями.
При сварке плавлением производится местный нагрев соединяемых деталей до температуры плавления и сварной шов образуется путем смешения жидких фаз металлов. При сварке пластическим деформированием шов образуется посредством сдавливания деталей. Она может производиться с предварительным местным нагревом деталей или без него (холодная сварка).
По способу местного нагрева деталей сварку подразделяют на электрическую (нагрев в результате действия электрического тока), газовую (нагрев пламенем горящего газа) и другие виды.
Пайкой называется способ соединения деталей с помощью специальных металлов или сплавов — припоев.
Процесс пайки заключается во введении расплавленного припоя в поверхностный слой соединяемых частей в месте их соприкосновения. Соединение частей основного металла происходит вследствие диффузии между расплавленным припоем и предварительно нагретым основным металлом. Место спая называют швом.
Клеевое соединение. Клей представляет собой вязкое вещество, обладающее склеивающей способностью. Клеевые соединения обеспечивают высокую прочность, позволяют соединять тонкие детали. Склеивать можно как металлы, так и неметаллы.
Клеи подразделяются на белковые, или растительные (крахмал, декстрин, резиновый), и животные (костяной, казеиновый, мездровый, или столярный).
Расчет заклепок
Соедининие разруш в рез-те перерезывания заклепок по линии соприкосновения листов. Если разрушение происходит по одной плоскости, то односрезное. Ели по двум – двусрездным.
Условие прочности на срез:
где F
– площадь попер сечения закл;
- доп. касательное напряжение; Р –
нагрузка n
– кол-во заклепок
На смятие
Площадь смятия
одной заклепки принимают равной
,
где t
– толщина соед листов.
Условие прочности
на смятие:
,
где
- доп напр на смятие
Условие прочности листа на разрыв:
,
где F1
– площаль сечения листа оп ряду заклепок
в паравлении, перпенд, линии действия
силы Р; n1
– число закл в этом сечении; b
– ширина листа
Расчет на прочность соединения со стыковыми швами
Стыковые швы разрушаются в около шовной зоне, где проявляется термическое влияние сварки, понижающее прочностные свойства материала деталей. Поэтому соединения со стыковыми швами рассчитывают на прочность также и по тем же формулам (на растяжение, изгиб, кручение и т.д.), что и соединяемые детали, но допускаемые напряжения определяют с учетом снижения прочности материала деталей (табл. 1.1).
Расчет на растяжение (сжатие)
,
где F
– сила растяжения, s
– толщина более тонкой из свариваемых
деталей, b
– длина шва,
- допускаемое напряжение на растяжение
для сварного соединения, Мпа
Расчет при одновременном воздействии растягивающей нагрузки F и изгибающего момента Ми
- где бмах
– наиб норм напряжение,
- осевой мом сопротивл
Расчет на кручение
,
где Т – крутящий мом,
- полярный мом сопротивления кручения
сварного шва.
Расчет на прочность соединений с угловыми швами.
Как показывает
опыт эксплуатации соединений с угловыми
швами, их разрушение при любом виде
нагружения происходит, как правило, по
наименьшему сечению, расположенному
в биссекторной плоскости прямого угла
поперечного сечения шва. Таким образом,
условие прочности углового шва
записывается в виде:
- расч напряжение среза в биссекртисной
плоскости шва: площать бис плоскости
шва
,
где k
– катет шва, l
– длина шва.
Расчет на растяжение (сжатие)
Рассмотрим вначале соединения с комбинированными швами. Комбинированные швы (лобовой и фланговые) рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несущей способности отдельных швов. При этом
где lл,
lф
– соответственно длины лобового и
флангового швов.
В частных случаях, когда соединение содержит только лобовой или фланговые швы, расчетные зависимости получают из формулы, принимая lф= 0 или lл = 0
Расчет на кручение
Обычно катет шва k мал по сравнению с диаметром трубы (вала). При этом можно считать, что касательные напряжения распределены равномерно по кольцевой площадке разрушения шва, площадь которой равна 0,7⋅ k ⋅π ⋅ d . Таким образом, расчет на прочность проводят по формуле
,
где
- окружная сила срезающая шов
Расчет на изгиб
При расчете на изгиб комбинированного сварного шва можно ипользовать один из следующих двух вариантов расчета. Приближенный расчет. Он справедлив только для коротких фланговых швов, когда l <b(рис. 1.4,в). Этот расчет основан на принципе распределения нагрузки пропорционально несущей способности отдельных швов (лобового и фланговых). При этом полагают, что касательные напряжения равномерно распределены по длине фланговых швов, а по длине лобового шва касательные напряжения распределены подобно тому, как распределяются нормальные напряжения в поперечном сечении балки при изгибе. Расчет проводят по формуле
В частных случаях, когда расчет на изгиб проводят для соединения, содержащего только лобовой шов, формула (1.13) принимает вид
или фланговый
