6.2. Расчет шпонок

Условие прочности шпоночного соединения имеет вид:

,

где F_Т - окружная сила, передаваемая шпонкой;

S_см = ( h – t) l - площадь смятия (l – рабочая длина шпонки, т.е. без учета закругленных концов; ( h – t)- высота площадки смятия, т.е. высота шпонки за вычетом зазора).

[ϭ_см] – допускаемое напряжение смятия. Для стали принимается в пределах 90…150 МПа.

Размеры стандартных шпонок подобраны по критерию среза, но при необходимости можно проверить на срез следующим образом:

,

где b – ширина шпонки,

[τ_ср] – допустимое напряжение на срез; для стали принимается 70…80 МПа.

6.3. Неразъемные соединения

К этой группе соединений относятся заклепочные, сварные и клеевые. Применяются они главным образом для соединения элементов металлоконструкций ( листового, полосового материала, фасонных прокатных профилей). Широко используются в самолетостроении, кораблестроении, строительстве мостов и т.д.)

6.3.1. Заклепочные соединения образуются расклепыванием стержня заклепки длиной L и диаметром d, вставленной в отверстие d_o , в соединяемых деталях. При этом d_o = d + (0,2 …2) м, в зависимости от диаметра и точности сборки. Замыкающая головка заклепки образуется вследствие пластической деформации выступающей из отверстия части стержня заклепки. Клепка может производиться вручную, либо механизированным способом. Заклепки общего назначения нормальной точности стандартизованы. Существуют заклепки с полукруглой, полупотайной, потайной, плоской головкой.

По расположению заклепок бывают швы однорядные и многорядные. В многорядных швах заклепки могут располагаться рядами или в шахматном порядке. Шаг t между рядами, расстояние е₁ между рядами и расстояние е до края листа выбирают в зависимости от типа шва и толщины соединяемых листов.

Расчет заклепочных швов

Под воздействием внешней нагрузки может произойти срез заклепок или смятие листов и заклепок.

Прочность заклепок на срез

,

где z – число заклепок; k – число плоскостей среза.

Прочность стенок отверстий и заклепок на смятие:

ϭ_см = F / (s_min d₀ ∙z ) ≤ [ϭ_см],

[ϭ_см] принимают для стали 280…320 МПа.

6.3.2. Сварные соединения по сравнению с заклепочными имеют ряд преимуществ: экономия металла, меньшая трудоемкость и возможность механизации и автоматизации технологического процесса, плотность соединений, бесшумность технологического процесса.

Сварные соединения бывают стыковыми, нахлесточными, угловыми, тавровыми. Сам шов стыкового соединения называют стыковым; остальные швы называют угловыми. Швы нахлесточного соединения называют фланговыми, если они расположены параллельно линии действия приложенной силы, лобовыми – если они расположены перпендикулярно линии действия силы; косыми – если они расположены под углом к направлению приложенной силы. Стыковые швы рассчитывают на растяжение или сжатие.

Основной расчетной характеристикой угловых швов является расчетный катет. [1, 294-296].

Напряжение в шве прямого стыка проверяется по формулам:

- при сжатии

где R _с^св и _с^св - расчетное сопротивление и допускаемое напряжение при сжатии.

- при растяжении

где R _р^св и _р^св - расчетное сопротивление и допускаемое напряжение при растяжении.

Рис.6. Сварные соединения встык, выполненные швами:

а) – прямым; б) - косым

Прочность швов косых стыков может быть проверена расчетом на действие нормальных и касательных напряжений по формулам:

- на растяжение

- на срез

где N - расчетная осевая продольная сила;

• - наименьшая толщина соединяемых элементов;

l _ш - расчетная длина стыкового шва;

α - угол между направлением продольной силы и швом.

Соединения внахлестку осуществляются при помощи угловых швов – фланговых или лобовых

Рис.7. Сварные соединения внахлестку.

Наибольшая расчетная длина фланговых швов ограничивается величиной, равной 60 h_ш , наименьшая – 4 h_{ш, ,} но не менее 40 мм

(h_ш – катет углового шва). Исключение составляют сопряжения, в которых усилие воспринимается фланговым швом на всем его протяжении (например, поясные швы балок), при этом длина шва не ограничивается.

Сварные угловые швы, воспринимающие продольную силу, рассчитываются по формуле

где h_у - катет шва;  - коэффициент, зависящий от вида сварки:

 = 1 для автоматической сварки, однопроходной;

 = 0,8 – для полуавтоматической, однопроходной;

 = 0,7 – для ручной и многопроходной автоматической и

полуавтоматической сварки.

R_у^св = 0,7 R – расчетное сопротивление углового шва срезу;

 _у^св = 0,7  - допускаемое напряжение углового шва при срезе.

ПРАКТИКА (ЗАДАЧИ НА СОЕДИНЕНИЯ _ В БЛОКНОТЕ). ОНИ ЖЕ МОГУТ БЫТЬ НА ЭКЗАМЕНЕ

Литература

1. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов /С.А. Чернавский и др.

2. Машнев М.М., Красковский Е.Я., Лебедев П.А. Теория механизмов и машин и детали машин: Учеб. пособие для студентов немашиностроительных специальностей вузов.- 2-е изд., перераб. и доп.- Л.; Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980.- 512 с., ил.

3. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для машиностроит. спец. учреждений среднего профессионального образования. – 5-е издание, дополн.- М.: Машиностроение, 2004, - 560 с., ил.

4. Аркуша А.И. Техническая механика. Теоретическая механика и сопротивление материалов: Учеб.для средних спец. Учеб.заведений/ - 4-е изд., испр.- М.: Высш.шк., 2002.- 352 с., ил.

53