Детали машин и основы конструирования

Напряжения в шве от изгибающего момента определяются по формуле

Суммарное напряжение в сварном шве находим по вы-

3.3.ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

ВСВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Точность и прочность сварных соединений зависят от качества металла соединяемых деталей и качества электродов, от качества технологических процессов, от характера нагружения.

Надрывы, непровары, надрезы, шлаковые и газовые включения снижают прочность сварного соединения при действии переменных нагрузок. Применение автоматической сварки под слоем флюса или сварки в среде защитного газа позволяет увеличить выносливость соединений в 1,5–2 раза.

Допускаемые напряжения для сварных соединений выбираются в долях от допускаемого напряжения на растяжение для материала соединяемых деталей:

(3.31)

51

elib.pstu.ru

Величина φ зависит от вида сварки, от типа электрода, от вида деформации:

ϕ σ = 0,9… 1, 0, ϕ τ = 0,5… 0, 65.

Сварные соединения, нагруженные переменными нагрузками, рассчитываются по максимальным напряжениям цикла, как при статической нагрузке. При этом допускаемое напряжение понижается с помощью коэффициента γ:

(3.32)

где γ зависит от коэффициента асимметрии цикла и от эффективного коэффициента концентрации напряжений:

В выражении (3.33) Kσ – эффективный коэффициент

концентрации напряжений, учитывающий дефекты сварных швов (табл. 3.1),

а, b – коэффициенты:

–для углеродистых сталей a = 0,58; b = 0,26;

–для низколегированных сталей a = 0,65; b = 0,3, R – коэффициент асимметрии цикла,

52

elib.pstu.ru

где напряжения и силы берутся со своими знаками. Верхние знаки в знаменателе формулы принимают, ко-

гда среднее напряжение цикла σ m< 0.

Контрольные вопросы

1.На какие типы разделяют сварные соединения в зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов?

2.В чем заключаются достоинства и недостатки сварных соединений?

3.Какие виды угловых швов применяют в сварных соединениях?

4.Какие размеры катета сварного шва являются оптимальными?

5.Какие швы применяют в силовых конструкциях, а какие – нет?

6.Какой вид сварки обеспечивает наиболее высокое качество сварного шва?

7.Что означают буквы и цифры в марках электродов?

8.Где происходит разрушение стыкового и нахлесточного соединения?

9.Каким образом в общем виде может быть представлено условие прочности стыковых и угловых сварных швов?

10.Каким образом выбираются допускаемые напряжения для сварных швов при статической и переменной нагрузке?

11.Как рассчитывают стыковые и угловые лобовые сварные швы, нагруженные осевой силой и изгибающим моментом?

12.Как рассчитывают тавровый угловой шов при одновременном действии осевой и поперечной силы?

13.Как определяется осевая нагрузка в асимметрично нагруженных фланговых угловых швах?

53

elib.pstu.ru

ТЕМА 4. РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Резьбовыми называют разъемные соединения с помощью резьбовых крепежных деталей – винтов, болтов, шпилек, гаек.

Достоинства: простота сборки и разборки; возможность создания больших осевых усилий; возможность фиксирования в любом положении благодаря самоторможению; сравнительно низкая стоимость, обусловленная стандартизацией и применением для изготовления резьбовых изделий высокоразвитых технологических процессов; широкая номенклатура резьбовых изделий, приспособленных для применения в различных условиях эксплуатации; стандартизация и унификация.

Недостаток: наличие большого количества концентраторов напряжений, что снижает усталостную прочность.

4.1. ТИПЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗЬБ

Резьба является основным элементом резьбового соединения. Винтовую поверхность, называемую резьбой, можно получить, если плоскую фигуру (треугольник, трапецию, прямоугольник) перемещать по винтовой линии так, чтобы ее плоскость всегда проходила через ось цилиндра. Основой резьбы является винтовая линия, которую можно получить при навивании на цилиндр прямоугольного треугольника (рис. 4.1).

H – высота теоретического профиля, h – рабочая высота профиля, α – угол профиля, ψ – угол подъема резьбы.

54

elib.pstu.ru

Взависимости от формы поверхности, на которую наносится резьба, различают цилиндрические и конические резьбы. Конические резьбы используют в качестве уплотнительных для создания герметичных соединений.

Взависимости от формы профиля резьбы делятся на пять основных типов (рис. 4.3): треугольные (а), упорные (б),

трапецеидальные (в), прямоугольные (г), круглые (д).

Рис. 4.3

Взависимости от направления винтовой линии резьбы бывают правые и левые. У правой резьбы винтовая линия поднимается слева вверх направо, а у левой – наоборот.

Взависимости от числа заходов резьбы делятся на

однозаходные и многозаходные.

По назначению резьбы делятся на крепежные, крепеж- но-уплотняющие и ходовые.

К крепежным резьбам относятся метрическая и дюймовая резьбы с треугольным профилем и α = 60° и 55° соответственно. Крепежные резьбы служат для скрепления деталей.

К крепежно-уплотняющим относятся трубная и круглые резьбы, которые служат для предохранения вытекания жидкости. Трубная резьба – это мелкая дюймовая резьба, но со скругленными выступами и впадинами. Круглая резьба имеет профиль, состоящий из дуг окружностей.

Ходовые резьбы служат для передачи движения. К ним относятся упорная, трапецеидальная и прямоугольная. Упор-

56

elib.pstu.ru

ная резьба предназначена для одностороннего нагружения и применяется в высоконагруженных соединениях.

Самыми распространенными являются метрические резьбы, которые разделяются на основные 1 и мелкие 2

(рис. 4.4).

Рис. 4.4

Мелкие резьбы вызывают меньшую концентрацию напряжений, меньшее ослабление сечения (d1 увеличивается).

Примеры обозначения метрической резьбы:

–М20 – наружный диаметр 20 мм, с крупным шагом;

–М20х3 – наружный диаметр 20 мм, с мелким шагом. Для болтов, винтов, шпилек предусмотрено 11 клас-

сов прочности 3.6–12.9. В обозначении класса прочности первое число, умноженное на 100, означает σ B в МПа, а второе число, умноженное на 10 – отношение σ Т /σ B в %. Произведение первого числа на второе, умноженное на 10, означает σ Т в МПа.

Например, болт класса прочности 4.8 имеет следующие прочностные характеристики:

σB = 4 100 = 400 МПа,

σТ 100 = 80 % ,

σB

σТ= 4 8 10= 320 МПа.

57

elib.pstu.ru

4.2. СООТНОШЕНИЕ СИЛ И МОМЕНТОВ В РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЯХ ПРИ ЗАТЯЖКЕ

При завинчивании гайки или винта (рис. 4.5) к ключу прикладывают момент завинчивания, который определяется по формуле

где f – коэффициент трения на торце гайки.

Момент сил трения в резьбе определяем, рассматривая гайку как ползун, поднимающийся по виткам резьбы (рис. 4.6).

58

elib.pstu.ru

быть отрицательными. Таким образом, чтобы отвинчивания не происходило, должны выполняться условия:

Рассмотренные уравнения составлены для прямоугольной резьбы. При треугольной резьбе коэффициент трения изменится.

Связь между коэффициентом трения в прямоугольной и треугольной резьбе легко получить, если предположить, что витки резьбы перпендикулярны оси винта (рис. 4.8).

Рис. 4.8

60

elib.pstu.ru