Расчет швов:
Опасными принято считать касательные напряжения в сечении под углом 45° к основанию шва (рис.3.2.4), там, где они достигают максимального значения.
Касательное напряжение (рис.4):
Рис. 3.2.3
Рис.3.2.4 4
где [] - допускаемое касательное напряжение для металла шва; К - катет шва.
Как это видно ив рис.5 , эпюра распределения нагрузок по длине флангового шва неравномерна, поэтому фланговые швы не рекомендуется делать длинными. При большой длине их делают прерывистыми.
Рис.3.2.5. Эпюра распределения нагрузки во фланговом шве.
3. Угловые и тавровые швы
Рис. 3.2.6 Угловые и тавровые швы
Тема 3.3 Соединения с натягом
Цилиндрические соединения с натягом; достоинства и недостатки; расчет на прочность соединений с натягом; конструирование соединений с натягом.
Соединение двух деталей по круговой цилиндрической поверхности можно осуществить непосредственно без применения болтов, шпонок и т. д. Для этого достаточно при изготовлении деталей обеспечить натяг посадки, а при сборке запрессовать одну деталь в другую (рис.3.3.1)
Натягом N называют положительную разность диаметров вала и отверстия, N=B—А.
Перед запрессовкой После запрессовки
Рис. 3.3.1
После сборки вследствие упругих и пластических деформаций диаметр d посадочных поверхностей становится общим. При этом на поверхности посадки возникают удельное давление р и соответствующие ему силы трения. Силы трения обеспечивают неподвижность соединения и позволяют воспринимать как крутящие, так и осевые нагрузки. Защемление вала во втулке позволяет, кроме того, нагружать соединение изгибающим моментом. В инженерной практике такое соединение называют прессовым.
Нагрузочная способность прессового соединения прежде всего зависит от натяга, значение которого устанавливают в соответствии с нагрузкой. Практически расчетный натяг очень невелик, он измеряется микрометрами и не может быть выполнен точно. Неизбежные погрешности производства приводят к рассеиванию натяга и следовательно к рассеиванию нагрузочной способности соединения. Рассеивание натяга регламентируется стандартом допусков и посадок.
Сборку любого прессового соединения выполняют одним из трех способов: прессованием, нагревом втулки, охлаждением вала.
Прессование — распространенный и несложный способ сборки.
Однако этому способу свойственны недостатки; смятие и частичное срезание (шабровка) шероховатостей посадочных
поверхностей, возможность неравномерных деформаций деталей и повреждения их торцов.
Шабровка и смятие шероховатостей приводят к ослаблению прочности соединения до полутора раз по сравнению со сборкой нагревом или охлаждением. Для облегчения сборки и уменьшения шабровки концу вала и краю отверстия рекомендуют придавать коническую форму.
Расчет прочности соединения
Рис3.3.2 Расчетная схема прессового соединения
На рис.2.3 приведена расчетная схема прессового соединения.
Условие прочности соединения при нагружении осевой силой
KFa<,fpndl, (3.3.1),
где
р— давление на поверхность контакта;
К — коэффициент запаса = 1,5...2 .
Условие прочности соединения при погружении крутящим моментом
.
(3,3.2)
При совместном действии Т и Fa
,
(3.3.3)
где Ft=2T/d — окружная сила.
По теории расчета толстостенных цилиндров, изучаемой в курсе сопротивления материалов, удельное давление на поверхности контакта связано с натягом зависимостью
p
=
,
(3.3.4)
где N — расчетный натяг; С1 и С2 — коэффициенты:
;
,
Ei и Е2, μ1 и μ2 — модули упругости и коэффициенты Пуассона материалов вала и втулки:
для стали Е = (21...22)*104 МПа и μ = 0,3,
для чугуна Е =(12...14)*104 МПа и μ = О,25,
для бронзы Е = (10...11)*104 МПа и μ = 0,33.
При расчете прочности соединения расчетный натяг N определяют по минимальному табличному или вероятностному натягу с поправкой и на срезание и сглаживание шероховатости поверхности при запрессовке (если сборку выполняют нагреванием или охлаждением, и =0):
N = Nmin –u , u = 1.2(Rz1 + Rz2 ),
Где Rz1 и Rz2 — высоты шероховатостей посадочных поверхностей.
Наиболее распространенные значения Rz для поверхностей прессовых соединений: 10...6,3; 3,2...1,6 мкм, что соответствует 6...8-му классам шероховатости.
В
приближенных расчетах
прочности соединения
стальных и чугунных
деталей принимают:
0,08...0,1
— сборка прессованием;
О,12.
..0,14 — сборка
с нагревом или охлаждением.
Изгибающий момент, которым может быть нагружено соединение, определяют: M = FL = Rx,
где R — равнодействующая давлений на поверхностях верхнего и нижнего полуцилиндров. Значение этой равнодействующей определяется давлением р прессовой посадки и не изменяется от действия изгибающего момента
R = pld.
Для обеспечения необходимого запаса прочности соединения на практике принимают
M<0,2pdl2. (3.3.5)
При этом давление в наиболее нагруженных точках соединения не должно вызывать пластических деформаций.
Изменение давлений, вызванное действием изгибающего момента, не отражается на способности соединения воспринимать осевую силу и крутящий момент, так как суммарное значение сил трения остается постоянным.
Оценка и область применения
Прессовое соединение относится к группе неразъемных и предварительно напряженных. Разборка соединения затруднена, связана с применением специальных приспособлений и сопровождается повреждением посадочных поверхностей. Однако в зависимости от натяга и технологии сборки могут быть получены соединения, сохраняющие свою работоспособность при повторных сборках.
Основное положительное свойство прессового соединения — его простота и технологичность. Это обеспечивает сравнительно низкую стоимость соединения и возможность его применения в массовом производстве. Хорошая центровка деталей и распределение нагрузки по всей посадочной поверхности позволяют использовать прессовое соединение для скрепления деталей современных высокоскоростных машин.
Существенный недостаток прессового соединения — зависимость его нагрузочной способности от ряда факторов, трудно поддающихся учету: широкого рассеивания значений коэффициента трения и натяга, влияния рабочих температур на прочность соединения и т. д. К недостаткам соединения относится также наличие высоких сборочных напряжений в деталях и уменьшение их сопротивления усталости вследствие концентрации давлений у краев отверстия.