Виды расчетов на прочность

1.Проверочный расчет

Цель: проверить зад дет на проч-сть

Исход данные: размеры, мат-л детали, термообработка, нагрузка.

1.1Проверочнй расчет по напряженим

(τ,σ)=(F,M)/(W,A)≤[τ,σ]

σ_p= F/A≤[σ]_p; σ_n= M_n/W_см≤[σ]_см; τ _сp= F/A≤[τ]_сp; τ _кp= M_кр/W_р ≤[τ]_кp

1.2 Проверочный расчет по коэф-ту запаса прочности.

σ : S_σ=σ_пред/σ≥[S]; τ : S_τ = τ _пред/τ ≥[S]; τ,σ: (S_σ*S_τ)/ (S²_σ+S²_τ)^1/2

τ,σ =const пласт: (σ_пред,τ _пред)= (σ_т,τ_т), хруп: (σ_пред,τ _пред)= (σ_в,τ_в);

τ,σ =Var , (σ_пред,τ _пред)= (σ_R,τ_R) – предел выносливости

2.Проектировочный (проектный) расчет на прочность

Цель: определение безоп размеров детали, если известен ее мат-л и действующая на нее нагрузка.

(W,A) ≥ (F,M)/ [τ,σ]

τ _кp= M_кр/W_р ≤[τ]_кp -> W_р= M_кр/[τ]_кp; d`_в= (16M_кр/π[τ]_кp)^1/3

3. Расчет на несущую способность

Цель: определение предел нагрузки действующей на деталь

(F,M)≤ (W,A)/[τ,σ]

Расчет дм при нестационарном нагружении.

1.Стационарное нагружение – пост по величине нагрузка, втечении всего срока службы.

Q=(F,M); L_h=365*K_r*K_c*h*r

K_r – годовой, K_c – суточный; h – срок службы в годах

K_r=число раб дней в году/365; K_c= число раб дней в сутках/24

N=60* L_h*n*c; n – число оборотов в минуту, с – число циклов за один оборот

2. Нестационарное нагружение – нагрузка меняется во времени, как по величине, так и по частоте ее приложения. В этом случае деталь подвергается воздействию блоков нагрузки разной величины и разной частоты.

L_h=Σ L_i; Q₁->N₁=60* L₁*n₁*c; Q₂=>N₂=60* L₂*n₂*c; Q₃=>N₃=60* L₃*n₃*c

N_Σ= Σ N_i - суммарное число циклов напряжений за весь срок службы детали.

Для того чтобы произвести расчет детали при нестационарном нагружении необходимо переменную нагрузку привести к постоянной. В основе приведения лежит Гипотеза линейного суммирования усталостных повреждений.

Существуют 2 способа приведения:

1) Задаются произвольной, постоянной нагрузкой обычно равной макс из длительно действующих Q_п. И находят эквивалентное число циклов напряжений N_Е при котором нагрузка Q₁ оказывается равноценной по влиянию на усталостную прочность заданной переменной нагрузки.

N_Е = Σ N_i(Q_i/Q_α)^q ; N_p= N_o

2) Задаются числом циклов переменных напряжений N_p (обычно равных базовому числу циклов N_o) и находят эквивалентную нагрузку, которая оказывается равноценной по влиянию на усталостную прочность заданной переменной нагрузки.

Q_Е= (Σ Q^q_i(N_i/ N_p))^1/q

Соединения

В машинах взаимодействующие детали могут быть как подвижны так и неподвижны относит друг друга. Подвижность детали обеспечивается подшипниками. Неподвижность детали с помощью соединения. Соединение – это конструктивно-технологиские методы с помощью которых обеспечивается взаимное соединение детали. Они бывают: разъемные, неразъемные, комбинированные. Разъемные – допускают разборку без нагружения целостности детали.

Неразъемные – такой разборки не допускают.

Классификация соединений:

Разъемные

-резьбовые соединения; -шпоночные соединения; -шлицевые(зубчатые); -штифтовые; конусные; -профильные; -клеммовые; -соед-я с помощью пружинных стопорных колец

Неразъемные

-сварные; -заклепочные; -пасные; -клеевые; -соед-ия с гарантированным натягом

Комбинированные

-клеесварные; -клеерезьбовые; -клеезаклепочные

Критерием работоспособности соед-й явл стат и цикл-ая прочность. При проектировании соед-ий используется принцип равнопрочности.

Сварные соединения

Они используют силы межмолекулярного сцепления, возникающие при местном нагреве деталей до расплавленного состояния.

Достоинства: высокая экономичность: малая трудоёмкость; сравнительная дешевизна оборудования; возможность автоматизации; отсутствие больших сил, как, например, в кузнечно-прессовом производстве; отсутствие больших объёмов нагретого металла, как, например, в литейном производстве.

Недостатки сварки состоят в том, что при низком качестве шва возникают температурные повреждения материала, кроме того, из-за неравномерности нагрева возникает коробление деталей.

Классификация.

1. По способу сварки

1.1 Сварка плавлением без применения силы (электродуговая, газовая, под флюсом, лазерная)

1.2 Без расплавления металла с применением усилий (контактная, индукционная, газопрессовая).

2 . По взаимному расположению деталей

2.1 Стыковые соединения

2.2 Нахлесточные

2.3 Тавровые

2.4 Угловые

2.5 Пробочные

2.6 Проплавные

2.7 Выполненные контактной сваркой

3.В зависимости от расположения шва относительно нагрузки

3.1 Лобовой шов

3.2 Косой шов

3.3 Фланговый

3.4 Комбинированный

3.5 кольцевой

4. По форме поперечного сечения углового шва

4.1 Нормальный шов

4.2 Выпуклый шов

4.3 Вогнутый

4.4 С соотношением катетов 1:2 и 1:3

5. По восприятию внешней нагрузки

5.1 Рабочие швы – воспринимают внешнюю нагрузку

5.2 Связующие швы –необходимы для соединения деталей конструкций между собой; внешнюю нагрузку не воспринимают.

6. По участию человека в сварочном процессе

6.1 Ручная сварка

6.2 Полуавтоматическая сварка

6.3 Автомат сварка

Расчет сварных соединений

Критерием работоспособности соед-й явл стат и цикл-ая прочность.

Допущения:

1.Напряжения в сварном шве разделены равномерно

2.Усилие сварного шва не учитывается

3.В сварном шве возникают нормальные напряжения.

F => _р = F/ b₂₁≤ [_p]^`

[_p]^`-допускаемое напряжение от растяжения материала сварного шва

[_p]^`= (0,6÷1,0)[_p]

_p - допускаемое напряжение основного металла конструкции

M => _n = GM/ b₂₁²≤ [_p]^`

(F,M) => _z=_n±_p≤ [_p]^`

Нахлесточные соединения

1.Соединения выполненные фланговым швом

А – площадь боковой грани углового шва

А=kl

I=kl³/12, (k³l/12); W= kl²/6,(k²l/6);

Допущения

1)Свариваемые детали явл абсолютно жесткими

2)Напряжения равномерно распределены по сварному шву

3)Разрушение происходит под действием касат-х напряжений по бессекторному сечению швов

А^{`</sup>=hl=k*cos45<sup>0</sup> * l; I<sup>`}=hl³/12=0,7I

А^{`</sup>=0,7kl=0,7A; W<sup>`}= hl²/6=0,7W

τ =F/(2*0,7kl_ср)≤ [τ]^` (*)

[τ]^` - допускаемое кас-ое напряжение сварного шва

Коэф-т 0,7 в ф-ле (*) берется для ручной сварки. При автомат сваерке за счет более глубокого провара h=k вместо 0,7 надо ставить 1. Длину фланговых швов ограничивают 50-60к.

2.Соединения, выполненные лобовым швом.

лобовой шов рассчитывают по безсекторному сечению на действия касательных напряжений при этом полагают, что эти направления также равномерно распределены по сварному шву.

P => τ =E/2А^{`</sup>= F/(2*0,7kl<sub>л</sub>)≤ [τ]<sup>`} ; A => τ = F/(2*kl_л)≤ [τ]^`

3.Соединения, выполненные комбинированным швом под действием сдвигающего момента.

Допущения:

1) Свариваемые детали явл абсолютно жесткими

2) Взаимный поворот деталей возможен лишь за счет деформации сварного шва и происходит относительно его центра масс точки О.

помещаем (.) О в начало декартовой системы координат (x,y,z). Разрушение сварного шва проходит по бессекторному сечению под действием касс напряжений, величина которых прямопропорциональна расстоянию (.) сварного шва до его центра масс.

τ_max/τ =ρ_max/ρ В бессекторном сечении сварного шва рассмотрим нек элементарную площадку dA` на расст-ии ρ от центра масс шва.

τdA` - элементарная сила; ρdA` - элементарный момент

∫τρdA`=M; M=∫(τ<sub>max</sub>/ρ<sub>max</sub>)ρ<sup>2</sup>dA`= τ_max/ρ_max∫ ρ²dA`= (τ<sub>max</sub>/<sub>ρmax</sub>)I<sup>`</sup>_p – полярный момент инерции бессекторного сечения шва.

τ_max =(Mρ_max)/I^{`</sup><sub>p</sub>≤ [τ]<sup>`}; I^`_p=0,7 I_p=0,7(I_x +I_y)

Тавровое соединение

Порядок расчета

1.Определяем центр масс сварного шва

2.Помещаем центр масс в начало декартовой системы координат

3.Раскладываем нагрузку по координатным осям

4.Приводим составляющие нагрузки F к центру масс в т О.

5.Оперделяем составляющие кас-ые напряжения.

τ_Fz=F_z/A`, A`- площадь бессекторного сечения сварного шва

τ_Fy=F_y/A`; τ<sub>Mx</sub>=(M<sub>x</sub>/ I<sup>`</sup>_x)y_max; F_y=F*cosα; F_z=F*sinα; F_x=0; M_x= F_yl

6.Определяем суммарное напряжение, наиболее нагруженной точки сварного шва

τ_∑max= τ_∑A= √(τ_Mx+τ_Fz)²+ τ²_Fy

7.Проверка прочности

τ_∑max)≤ [τ]^`