Глава XVII

СВАРНЫЕ РАМЫ

Рамы входят в состав различных машин и конструкций: стан­ков, вагонов, крановых тележек, фундаментов, кузнечно-нрессо-вых и прокатных машин, автомобилей, тракторов и др., в метал­лические конструкции здании.

Рамы и станины служат для связи в одно целое отдельных частей механизма или станка. Они должны обеспечивать необ­ходимую жесткость и прочность конструкции и удовлетворять требованию рациональной компоновки изделия. При расчетах на прочность рамы и станины представляют собой системы соеди­ненных балок.

§ 1. Типы соединений элементов рамы

Соединения элементов, составляющих рамы, выполняются жесткими, частично жесткими, а в отдельных случаях нежест­кими (шарнирными), Абсолютно жестких и идеально нежестких соединений не существует. Каждое соединение является частич­но жестким. Однако и зависимости от степени приближения соединения к абсолютно жесткому или нежесткому их условно рассматривают как жесткие и шарнирные.

Отнесение к категории жесткого, частично жесткого или шар­нирного соединения зависит от способа конструктивного оформ­ления и от общей расчетной схемы конструкции. Поясним ска­занное следующими примерами.

1. Балка большого пролета с малым моментом инерции попе­речного сечения относительно горизонтальной оси крепится к двум коротким стойкам, обладающим большой жесткостью в плоскости изгиба (рис. 17-1, а).

Элемент работает под нагрузкой, как брус с защемленными концами; защемление рассматривается как жесткое соединение.

2. Короткая и жесткая балка прикреплена к длинным стоп­кам, имеющим .малые моменты инерции поперечных сечений

-114

в плоскости изгиба. При любой конструкции соединения брус работает, как свободно опертый по концам, так как шарнир-ность создается гибкостью стоек (рис. 17-1,6). В этом случае соединение балки со стойками является шарнирным.

61 | р г)

Рис. 17-1. Схема сопряжении балок в раме:

Д) балка, защемленная па opiopas; 0} балка с шаршфш.шп опорами; в) jk ест копь определяется статическим (.>агчето»! рамы; г, д) соеди­нения приближаются к шарнирном; е) с-эе,ише!Шя на крайних опо­рах приближаются к тиарннрпым. соединения im средних опорах при­ближаются 1,- жестким

3. При различных соотношемшях между жесткосгями соеди­няемых элементов конструкции, изображенная на рис. 17-1, в, работает под нагрузкой, как рама. Необходимо произвести ее статический расчет прочности. Изгибающие моменты и попереч­ные силы являются расчетными усилиями при проверке проч­ности соединения.

415

4. Балка (рис. 17-1,г), соединенная с двумя другими, имеет частично шарнирные соединения. Величины изгибающего мо­мента соединения зависят от соотношения между жесткостью при изгибе средней балки и жесткостью при кручении крайней (рис. 17-1,(3). При жесткой средней балке и маложестких край­них изгибающий момент в соединении мал; напротив, он приоб­ретает заметную величину при жестких крайних балках и гиб­кой средней.

5. Конструкция, изображенная на рис. 17-1,е, представляет собой нераэрезную мпогоопорную балку. На средних опорах образуются изгибающие моменты; соединения работают, как жесткие. В крайних опорах изгибающие моменты отсутствуют, сопряжения работают, как шарнирные.

Раньше, чем приступить к проектированию соединения эле­ментов, необходимо произвести его статический расчет. В тех случаях, когда нужно сделать выбор между жесткими и шарнир­ными соединениями, следует иметь в виду следующие обстоя­тельства:

а) жесткие соединения требуют наложения большего количе­ства швов;

б) жесткие соединения повышают жесткость всей конструк­ции, а также ее устойчивость; например, прогиб балки, свобод­но опертой па опоры, значительно больше, чем той же балки, у которой концы защемлены;

в) жесткие соединения повышают степень статической неоп­ределимости системы, что в ряде случаев оказывается целесооб­разным; например, в балке при шарнирных опорах и равномер­ной нагрузке расчетный изгибающий момент ./И =-^-, а в балке

с защемленными концами при том же иагружепии .'Л — ~у>-

В сварных конструкциях наиболее часто применяют соедине­ния жесткого типа. Расчетным усилием для них, как правило, является изгибающий момент. Если момент не может быть опре­делен на основе статического расчета, то соединение целесооб­разно конструировать равнопрочным основным сечениям изги­баемых элементов. При этом расчетный момент равен

М = Ш¥, (17.1)

где W—момент сопротивления поперечного сечения прикреп­ляемого элемента; [а]_р — допускаемое напряжение. Условие прочности сопряжений можно записать различными способами, необходимо только выразить условие, что сумма мо­ментов внутренних сил, допускаемых при расчете прочности соединения, равна или больше расчетного момента М.

4!6