3433

Соединение деталей с помощью контактной электросварки происходит за счет разогрева стыка теплом, выделяющимся при прохождении тока через место контакта соединяемых деталей при одновременном действии силы, сжимающей их. Чаще всего применяется точечная, стыковая, роликовая и коротко импульсная сварка.

При газовой сварке оплавление элементов деталей и прутка присадочного материала происходит в струе газового пламени. Такая сварка применяется при соединении деталей из металлов или сплавов с различными температурами плавления, а также пластмассовых деталей.

Достоинства газовой сварки являются возможность сваривать неметаллические материалы и независимость от источников электроэнергии.

Недостатки: возможность значительного коробления деталей, ограничение толщины свариваемых деталей (не более 30-40 мм), более низкая прочность швов чем при дуговой сварке.

При электродуговой сварке, в зависимости от расположения свариваемых деталей (рис.4.1), различают соединения стыковое, нахлесточное, впритык или тавровое, угловое.

При стыковых соединениях (рис.4.2.) используют стыковые швы с отбортовкой кромок, односторонние и двусторонние, без скоса и со скосом кромок.

а

б

Рис. 4.2. Типы соединений встык:

а) с отбортовкой кромок; б) без скоса односторонний; в) без скоса двусторонний; г) со скосом двусторонний

Востальных упомянутых видах соединений швы имеют форму валиков

иназываются валиковыми или чаще угловыми швами, которые также применяются без скоса (рис.4.1,б,г) и со скосом кромок (рис.4.1,в) и бывают односторонними (рис.4.1,г) и двусторонними (рис.4.1,в). Условное изображение и обозначение швов сварочных соединений стандартизировано

(ГОСТ 2.312-72).

Вшвах с отбортовкой и без разделки кромок при больших толщинах соединяемых деталей, расплавлением (провар) металла по всему соединению, особенно при ручной сварке, не обеспечивается. Поэтому в

31

стыковых соединениях, выполняемых ручной сваркой, швы без разделки кромок применяют при сваривании углеродистой стали толщиной 1…6 мм при одностороннем шве и 3…8 мм – при двустороннем, а при автоматической или полуавтоматической сварке под слоем флюса - соответственно толщиной 2…5 мм и 2…20 мм. Выполнение скосов кромок позволяет увеличить толщину свариваемого металла. Конструктивные элементы подготовки кромок и размеры швов при сваривании листов из углеродистых и низколегированных сталей приведены в ГОСТ 5264-80 (для ручной сварки) и ГОСТ 8713-79 (для автоматической и полуавтоматической сварки под слоем флюса).

В зависимости от расположения шва относительно линии действия силы соединения встык, различают прямые и косые швы (рис.4.3,а,б); при соединениях внахлестку – лобовые, фланговые, комбинированные и косые швы (рис.4.3,в,г,д,е).

Для предупреждения возникновения повышенных изгибных напряжений лобовые швы рекомендуется располагать с двух сторон. При этом длина перекрытия соединяемых элементов не должна быть меньше 4S. Длина лобовых и косых швов не ограничивается; длина фланговых швов не должна превышать 50…60 К (К – длина катета углового шва).

Рис. 4.3. Виды швов по их ориентации относительно линии действия силы

32

Разделка кромок в соединениях с большими толщинами (до 16 мм), выполненных газовой сваркой, примерно такая же, как при ручной электродуговой сварке. В качестве присадочного материала применяется проволока Св-08 и Св-08А по ГОСТ 2246-70.

Для стыковых соединений контактной сваркой необходимо, чтобы сечения свариваемых деталей в листе соединения совпадали по форме. При точечной сварке внахлестку качество соединения зависит от количества свариваемых деталей, которое не должно превышать четырех (при сварке двух деталей качество наилучшее), и от взаимного расположения сварочных точек в шве. Не рекомендуется соединение деталей точечной сваркой с разницей толщины их в три раза и более. Диаметр d точки назначается в зависимости от наименьшей толщины свариваемой детали; для стальных деталей при S 1,5…3 мм, d=1,2S+4 мм, при S 3 мм, d=1,55+5 мм. Обычно расстояние (шаг) между центрами точек при соединении двух или трех деталей e=3d и e=4d соответственно. Расстояние от оси точки до кромки в направлении действия нагрузки e1=2d при соединении двух и e1=3d при соединении трех деталей.

4.2. Расчеты на прочность сварных швов при постоянных нагрузках

Сварное соединение должно быть по возможности равнопрочные с основным металлом конструкций.

Влисте шва сварных конструкций могут возникать напряжения двух родов – рабочие и связывающие.

К первым относятся напряжения в соединениях, разрушение которых приводит к выходу конструкции из строя; ко вторым – напряжения, возникающие в наплавках при их совместной работе с основным металлом, в большинстве случаев они не опасны для прочности конструкции и в расчетах не учитываются.

Всоединениях в стык (рис.4.1, а), условие прочности шва длинной l (рис.4.3,а), при работе на растяжение:

P

S [ p '] (4.1)

при работе на сжатие:

33

Если шов расположен под углом (обычно 450) к направлению усилия (рис.4.3,б), то его прочность условно определяется по формуле:

Вприведенных зависимостях:

,- нормальное и касательное напряжения в материале шва;

P – действующее усилие;

S – толщина соединяемых элементов; l – длина шва;

Для соединений внахлестку в лобовых (рис.4.3,в) и фланговых швах

(рис.4.3,г):

P

В комбинированных швах на основании принципа независимости действия сил:

В тавровых соединениях при угловых швах (рис.4.1,в) прочность определяется по формуле(4.4). Угловые соединения чаще всего применяются в связывающих элементах и на прочность не рассчитываются.

В соединениях в нахлестку с точечной сваркой напряжение в точке:

4P /

Допускаемые напряжения в сварных швах конструкций в зависимости от качества выполнения шва и способа сварки выбирают как часть допускаемого напряжения [ р] для основного металла.

Так, в швах соединений из малоуглеродистой и среднеуглеродистых конструкционных сталей, выполненных полуавтоматической и автоматической сваркой под слоем флюса, в среде защитного газа, а также вручную электродами типа Э42А и Э50А (ГОСТ 9467-75) при растяжении и сжатии:

34

Для соединений, сваренных электродами обычного качества, например Э42 и Э50:

[ p '] 0,9 p , [ сж '] p , [ '] 0,6 p .

Для соединений с контактной точечной сваркой: [ '] 0,5 p .

35

ТЕМА 5. СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ, КЛЕММОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

5.1. Расчет соединений с гарантированным натягом

Назначение. Соединения этого типа обеспечивают неподвижное скрепление деталей за счет сил трения, возникающих между охватываемой и охватывающей поверхностями при сборке деталей по посадке с натягом

(рис.5.1,а)

Рис. 5.1. Соединения с натягом

Рис. 5.2. Соединения запрессовкой

36

Такой способ соединения применяют для сборки деталей, нагруженных значительными усилиями или подверженных вибраций и ударов: при соединении зубчатых колес с валами (рис.5.2,а) или бандажей червячных колес со ступицей (рис.5.2,б). Кроме гладких, в соединениях с натягом применяют накатанные детали. Надежность соединения при этом обеспечивается за счет вдавливания зубцов накатки в цилиндрическую поверхность сопряженной детали (рис.5.2,в).

Расчет. При сборке деталей с натягом сопрягающиеся поверхности оказываются нагруженными давлением Р (рис.5.1,б), величина которого в МПа может быть подсчитана по формуле (применима только при упругих деформациях):

Р 10 3

d- номинальный посадочный диаметр сопрягающихся поверхностей, мм;

d1 – диаметр отверстия охватываемой детали (для сплошного вала d1 =0), мм; d2 – наружный диаметр охватывающей детали, мм;

б – расчетный натяг, в мкм;

1, 2 , E1, E2 - модули упругости, МПа, и коэффициенты Пуассона материалов охватывающей и охватываемой деталей.

При проектировании соединения деталей расчетный натяг т с поправками, учитывающими уменьшение его вследствие обмятии микронеровностей поверхностей RZ1 и RZ2 в месте сопряжения, различия рабочих температур t1, t2 деталей и коэффициентов линейного расширения d1, d2 материалов сопрягаемых деталей:

где t – температура в сборочном помещении;

RZ2, RZ1 – высота неровностей профиля шероховатости (ГОСТ 2789-73) сопрягаемых поверхностей.

Наибольший крутящий момент, которым может быть нагружено соединение:

37

наибольшая осевая сдвигающая сила:

P dlpf (5.4)

где - коэффициент трения.

5.2. Клеммовые соединения

Назначение. Клеммовое соединения предназначено для закрепления деталей на валах, круглых стержнях, колоннах; оно может передавать крутящий момент и осевую силу. Охватывающая деталь удерживается на охватываемой за счет сил трения, возникающих на сопрягающихся поверхностях.

Применяются два основных типа клеммовых соединений (рис.5.3): со ступицей, имеющей прорезь (а), и с разъемной ступицей (б). Преимущество клеммового соединения заключается в возможности регулировки взаимного расположения деталей, простоте сборки и разборки, недостаток – относительно большие габариты.

Рис. 5.3. Клеммовые соединения.

38

Расчет. Если с каждой стороны клеммы с разъемной ступицей установлено Z болтов (рис.5.3,б) и сила затяжки каждого из них Рзат, то сила давления со стороны клеммы на вал равна 2РзатZ. Считая, что давления по окружности распределяются по косинусоидальному закону р=р0cos , из условия равновесия клеммы длинною l и равномерном распределении р; 2 равнодействующая давления со стороны каждой полуступицы:

А суммарная, нормальная к поверхности вала сила N от каждой полуступицы, способная передавать сдвигающую силу N ( - коэффициент трения):

oткуда:

Условие передачи соединением момента Т с коэффициентом запаса n имеет вид:

39

ТЕМА 6. ШПОНОЧНЫЕ, ШТИФТОВЫЕ

ИШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

6.1.Типы шпонок. Расчетные зависимости

Назначение. Шпоночные соединения осуществляются с помощью специальной детали – шпонки, закладываемой в пазы соединяемых деталей. Оно обеспечивает неподвижное скрепление соединяемых деталей и служит для передачи крутящего момента. В том случае, когда необходимо обеспечить возможность относительного смещения деталей в осевом направлении, применяют соединения со скользящей шпонкой.

Достоинства и недостатки. Достоинствами шпоночных соединений являются простота и надежность конструкции, удобство сборки и разборки, невысокая стоимость. К недостаткам следует отнести ослабление сопрягаемых деталей из-за уменьшения их сечения пазами и концентрации напряжений, а также сложность обеспечения концентричной посадки сопрягаемых деталей.

Типы шпонок. Различают следующие типы шпонок, наиболее часто употребляемых в машиностроении и приборостроении (рис.6.1): а – клиновая врезная (ГОСТ 24068-80) создает напряженное состояние по широким граням шпонки и передает крутящий момент за счет сил трения на них; б – призматическая обыкновенная со скругленными торцами (ГОСТ 23360-78), воспринимает давление боковыми узкими гранями; в – призматическая направляющая врезная с креплением на валу (ГОСТ 8790-79), допускает перемещение сопряженной детали вдоль оси вала; г – сегментная (ГОСТ 24071-80) работает подобно призматической обыкновенной; д – круглая цилиндрическая и коническая (не стандартизированы).

40