4. Консольное соединение

Проверить прочность сварных швов соединения. Допускаемое напряжение на срез сварных швов []_CP = 96 Н/мм².

Решение.

Определяем расчетный момент инерции сварных швов (с учетом опас­ности их разрушения по биссекторным плоскостям):

Максимальные напряжения в шве от изгиба

Напряжения в швах от растяжения

Расчетная площадь сварных швов

Подстановка числовых значений усилия и расчетной площади дает

Напряжения в швах от сдвига (в предположении, что сдвигающая сила воспринимается только вертикальными швами)

Расчетная площадь вертикальных швов

Подставив числовые значения Q и F_В, получим

Результирующее расчетное (условное) напряжение в опасной точке вертикального шва

4. Крепление уголка

О пределить длину швов, крепящих уголок 100х100х10 мм к по­лосе (Рис. 3.2.6.). Соединение должно быть равнопрочным основному элементу. Полоса и уголок из стали Ст3. Сварка — ручная. Нагрузка — статическая.

Решение.

Определяем допускаемое напряжение растяжения уголка (при _Т = 240 Н/мм² и [s]=1,35),

Определяем допускаемое напряжение среза в шве по табл. 4 приложения, приняв электроды марки Э42:

Находим усилие, которое может передать уголок, имеющий сечение А=1920 мм² (ГОСТ 3509—57):

Определяем потребную суммарную длину лобового и флангового швов, приняв катет шва k =  = 10 мм;

Длина фланговых швов

Определяем нагрузку, приходящуюся на фланговые швы.

Фланговые швы расположены несимметрично относительно центра тяжести сечения уголка. Эти расстояния принимаем по ГОСТ 8509—77:

a = 28,3, b = 100 - 28,3 = 71,7 мм. Исходя из того, что нагрузка на фланговые швы распределяется по закону рычага, находим:

Находим длину каждого флангового шва:

Учитывая дефекты шва (непровар в начале и кратер в конце), увеличиваем длину фланговых швов и принимаем l₁ = 270 мм, l₂ = 117 мм.

3.2.7. Крепление кронштейна корпуса подшипника

Кронштейн корпуса подшипника сечением l * b = 60х40 мм приварен к основа­нию угловыми швами по периметру (Рис. 3.2.7). Катет шва k=10 мм. Кронштейн воспринима­ет переменную нагрузку f_max= 6,5 кН; L=160 мм. Коэффициент асимметрии цикла напряжений r = 0. Материал кронштейна — сталь Ст3. Суммарное число циклов нагружения за срок службы N_ = 10⁷. Проверить прочность свар­ных швов.

Решение.

Определяем напряжение в швах от момента M = F * L:

где W_шв — момент сопротивления швов:

I_шв — момент инерции периметров швов:

I’_шв — расчетный момент инерции швов:

Определяем напряжение в швах от силы F (без учета поперечных швов):

Результирующее напряжение от действия момента и силы определяется геометрическим сложением:

Определяем допускаемое напряжение среза:

Предел выносливости свариваемого материала:

где _-1 = 110 Н/мм² и _b = 400 Н/мм²; _ = 0 — коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла. Принимаем:  = 0,9 —масштабный фактор; [s] = 1,3 — коэффи­циент безопасности; K = 2 — эффективный коэффициент концентра­ции напряжений шва;  = 1—коэффициент влияния качества обработки поверхности (учитывается в K).

Определяем коэффициент долговечности

г де N₀ = 3,410⁶—базовое число циклов перемены напряжений; N_LE - эквивалентное число циклов перемены напряжений:

При показателе степени кривой выносливости m:

,

Подставляя значения, получим

Условие прочности соблюдается:

3.2.8. Крепление кронштейна

Рассчитать кронштейн и сварное соединение (Рис. 3.2.8) при F =10⁴ H, T=810³ Нм, нагрузка статическая, толщина листа  = 12 мм, материал листа СтЗ (_Т =220 МПа), сварка ручная электродом Э42.

Решение.

Определяем ширину b листа по условию его прочности.

Принимая запас прочности s = 1,4, находим

[]_р = _T / s = 220/1,4 =157 МПа.

Учитывая только основную нагрузку Т, получаем

С учетом нагрузки F принимаем b =165 мм. Проверяем прочность при суммарной нагрузке

Определяем размеры швов. Принимаем l_л = b = 165 мм, k = =12 мм. Предва­рительно оцениваем l_ф только по основной нагрузке Т.

Примем

из этого равенства найдем l_ф = 35 мм. Пусть l_ф = 40 мм (исполнительный размер с учетом неполноценности шва на концах l_ф = 50...60 мм).

Проверяем прочность швов по суммарной нагрузке:

Отмечаем, что по условию равнопрочности детали и соединения, при действии изгибающей нагрузки как основной, требуемая длина фланговых швов l_ф невелика и составляет около 0,25 l_л.

3.2.9. Консольное крепление трубы

Р ассчитать сварной шов консольно приваренной трубы (Рис. 3.2.9); d =140 мм, толщина стенки трубы  = 5 мм, T = 10⁴ Нм, M = 710³ Нм, нагрузка статическая. Материал трубы — СтЗ, сварка ручная электродом Э42. Сама труба рассчитана по []_р =157 МПа.

Решение.

Напряжение от момента Т:

Напряжения от момента М:

Суммарное напряжение

Отсюда находим k = 8,5 мм. Отметим, что для принятой конструкции шва при ус­ловии равнопрочности шва и трубы требуется k > . Более совершенно соединение стыковым швом с разделкой кромок.

Приложения

Таблица 1 Резьба метрическая

(ГОСТ 9150—59)

Размеры в мм

Номи­нальный диаметр резьбы d	Pезьбы с крупным шагом				Резьбы с мелким шагом
	Шаг резьбы S	Внутрен­ний диаметр d1	Средний диаметр d2	Расчет­ная пло­щадь се­чения винта F, см2	Шаг резьбы S	Внутрен­ний диаметр d1	Средний диаметр d2
6	1	4,918	5,350	0,178	0,75	5,188	5,513
8	1,25	6,647	7,188	0,329	1	6,918	7,350
10	1,5	8,376	9,026	0,523	1,25	8,647	9,188
12	1,75	10,106	10,863	0,763	1,25	10,647	11,188
(14)	2	11,835	12,701	1,045	1,5	12,376	13,026
16	2	13,835	14,701	1,440	1,5	14,376	15,026
(18)	2,5	15,294	16,376	1,750	1,5	16,376	17,026
20	2,5	17,294	18,376	2,260	1,5	18,376	19,026
(22)	2,5	19,294	20,376	2,820	1,5	20,376	21,026
24	3	20,752	22,051	3,240	2	21,835	22,701
(27)	3	23,752	25,051	4,270	2	24,835	25,701
30	3,5	26,211	27,727	5,180	2	27,835	28,701
(33)	3,5	29,211	30,727	6,470	2	30,835	31,701
36	4	31,670	33,402	7,600	3	32,752	34,051
(39)	4	34,670	36,402	8.610	3	35,752	37,051
42	4,5	37,129	39,077	10,450	3	38,752	40,051
(45)	4,5	40,129	42,077	12,260	3	41,752	43,051
48	5	42,752	44,752	13,750	3	44,752	46,051

Таблица 2. Допускаемые осевые нагрузки в кН для затянутых болтов с метрической резьбой при, неконтролируемой затяжке
Тип резьбы	Марка стали					Тип резьбы	Марка стали
	СтЗ	А12	45	40Х	ЗОХНЗ		СтЗ	А12	45	40Х	ЗОХНЗ
Мб	0,75	0,80	1,20	1,75	2,00	М24	23,0	25,0	40,0	56,0	64,0
М8	1,40	1,50	2,20	3,40	3,90	М27	33,0	36,0	53,0	74,0	84,0
М10	2,40	2,60	3,80	5,60	6,40	МЗО	45,0	49,0	74,0	100	114
М12	3,60	3,90	5,80	8,50	9,70	МЗЗ	56,0	61,0	92,0	124	141
М14	5,00	5,40	8,50	13,0	15,00	М36	70,0	76,0	110	150	170
М16	7,50	8,0	12,0	19,0	21,0	М39	90,0	97,0	140	192	217
М18	10,0	10,9	16,0	25,0	28,5	М42	100	109	159	210	240
М20	14,0	15,0	24,0	35,0	40,0	М45	117	127	189	245	280
М22	19,0	20,5	32,0	46,0	52,0	М48	132	143	210	276	316

Таблица 3. Классы прочности и механические характеристики болтов, винтов и шпилек (выборка)
Класс прочности	Временное сопротивление В, Н/мм2	Предел текучести Т, Н/мм2	Марка стали
			болта	гайки
4.6	400	240	20	20, СтЗкпЗ
5.6	500	300	30,35	10, 10кп
6.8	600	360	20, 20кп	15, 15кп

Таблица 4. Допускаемые напряжения в сварных швах при статической нагрузке
Вид сварки	Допускаемые напряжения
	Растяжения [σ'p]	Сжатия [σ'сж]	Среза [τ'сp]
Автоматическая под флюсом: ручная электродами Э42А и Э50А; в среде защитного газа; контактная стыковая	[σp]	[σp]	0,65[σp]
Ручная дуговая электродами Э42 и Э50. Газовая сварка	0,9[σp]	[σp]	0,6[σp]
Ручная сварка электродами Э34; контактная точечная и роликовая	0,6[σp]	0,75[σp]	0,5[σp] 0,6[σp]
[σp] – допускаемое напряжение свариваемого металла на растяжение.

Литература

1. Детали машин в примерах и задачах/ С.Н.Ничипорчик, М.И.Корженцевский, В.Ф.Калачёв и др.- 2-е изд.- Мн.: Выш. школа, 1981-432 с., ил.

2. Ицкович Г.М. Чернавский С.А. и др. Сборник задач и примеров расчёта по курсу деталей машин.- М. "Машиностроение", 1975.- 286 с.

3. Иванов М.Н. Детали машин.- М.: Высш. Шк., 1991.-383 с.: ил.

4. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчёты деталей машин на прочность

5. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б., Резьбовые соединения.- М.: Машиностроение,1973.-256 с.

6. Клячкин Н.Л. Расчёт групповых резьбовых соединений.- М.: Машиностроение, 1972.-386 с.

7. Николаев Г.А. и др. Проектирование сварных конструкций в машиностроении.- М.: Машиностроение, 1975.