648

ния и допускаемые напряжения для сварного шва [ ] и [ ]. Вид сварки и марку электрода принять самостоятельно.

5.Рассчитать напряжения, возникающие в опасных сечениях швов от каждой из заданных нагрузок, и результирующее или приведенное напряжение. Сделать вывод о прочности соединения (достаточна или недостаточна).

6.Рассчитать нагрузку F или М, допускаемую для сварного соединения.

7.Рассчитать нагрузку F, М или Т, допускаемую основным материалом. Записать величину нагрузки, допускаемой сварным соединением и основным материалом.

Вопросы к защите работы

1.Что собой представляет тавровое соединение?

2.Как обозначаются на чертежах сварные соединения?

3.Чем отличаются допускаемые напряжения в сварных швах и в основном материале?

4.Как учитывается в расчёте переменная нагрузка?

5.Какие сечения принимают расчётными в стыковых швах?

6.По каким напряжениям рассчитывают стыковые швы?

7.Как определяется результирующее напряжение в стыковых швах при комбинированной нагрузке?

51

Приведенное напряжение в опасной точке А определяется по энергетической теории прочности – формула (4.2):

пр ( F M )2 3( Q )2 [ ] .

Решение выполнять аналогично примеру 4.2.

Лабораторная работа № 5

КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЁТ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Цель работы: изучение конструкций болтовых соединений и методики их расчёта.

Оборудование и инструмент: модели болтовых соединений, штангенциркуль, линейка.

Основные теоретические сведения

Болтовое соединение – одно из наиболее распространённых видов разъёмного соединения. Простота изготовления и удобство сборки и разборки позволили использовать резьбу в большинстве деталей. Локомотивы, вагоны, подъёмно-транспортные, строительные и путевые машины, стрелочные переводы, металлические конструкции содержат большое количество таких крепёжных деталей, как болты, винты, шпильки, гайки, шайбы и другие.

Примером незатянутого соединения одиночным болтом является нарезанный участок рым-болта, хвостовика крюка и других деталей.

Расчёт резьбы рым-болта

52

комендуется принимать рым-болты М8 и выше. Выбор оформляют по типу: «Принят рым-болт М8 ГОСТ 4751–73».

Пример 5.1. Рассчитать резьбу рым-болта и привести её обозначение на чертеже.

Исходные данные: масса редуктора m = 300 кг, материал болта – сталь 35. Нагрузка статическая.

Решение. Растягивающая сила F = mg = 300·9,81 ≈ 3000 Н = = 3 кН. Предел текучести для стали 35 т = 300 МПа (прил. Ж). Допускаемое напряжение растяжения для незатянутого соединения [ ] = 0,6 т = 0,6·300 = 180 МПа. Расчётный диаметр

d1 4 3000/ ( 180) 4,6 мм.

Вывод. Принят рым-болт М8 с d1 = 6,647 мм (прил. Е).

Примечание. В общем машиностроении болты менее М8 не применяют.

54

где 1,3 – коэффициент, учитывающий касательные напряжения, возникающие от момента трения в резьбе; – коэффициент внешней нагрузки; = 0,2…0,3; F – внешняя нагрузка (от момента).

Для определения внешней нагрузки внешний момент М приравнивают к реактивному моменту пары с реакциями FM. Для упрощения расчётов рассмотрено широко распространённое четырёхболтовое соединение с реакциями в болтах, действующими на плече l:

где l – расстояние между осями болтов, мм.

Опрокидывающий момент М определяется в зависимости от схемы редуктора и заданных параметров. В двухступенчатом цилиндрическом редукторе, выполненном по развёрнутой схеме

(рис. 5.2):

где Т3.реакт – реактивный вращающий момент со стороны исполнительного механизма на редуктор, Н·м (направлен противоположно вращающему моменту Т3 и угловой скорости ω3), Т1 – заданный вращающий момент на быстроходном валу, Н·м.

Момент на промежуточном валу Т2 является внутренним и на корпус не передаётся. Вращающий момент на тихоходном валу

где u1 и u2 – передаточные числа ступеней редуктора; 1 и 2 – КПД ступеней редуктора; КПД одной ступени зубчатой передачи

1 = 0,95...0,97; КПД червячной передачи = 0,75...0,9.

С учётом формул (5.9) и (5.10) опрокидывающий момент

При соосной схеме М определяют также по формуле (5.11). В коническо-цилиндрическом (рис. 5.3) и шестерённо-червячном (рис. 5.4) редукторах моменты на быстроходном и тихоходном валах действуют в разных плоскостях. Вследствие малой величи-

56

ны момента Т1 им можно пренебречь. Расчётным моментом для данных схем является момент Т3 – формула (5.10).

Допускаемое напряжение для материала болтов затянутых болтовых соединений определяют по стандартной формуле:

[ ] = т/s,

где т – предел текучести, МПа; т принимать по прил. Ж для материалов болтовых соединений; s – коэффициент запаса прочности; принимать в зависимости от предполагаемого диаметра и материала при неконтролируемой затяжке по табл. 5.2.

57

Примечания: 1. Предполагаемый диаметр болта определять по табл.5.3. 2. Для промежуточных значений диаметров применять линейную ин-

терполяцию.

Более высокие значения s для болтов малых диаметров обосновываются опасностью их разрушения при неквалифицированной затяжке. По той же причине не рекомендуется принимать болты меньше М8. Коэффициент запаса s может быть определён по ориентировочно назначенному размеру болта из стали 20, для которой в табл. 5.3 приведены допускаемые нагрузки при неконтролируемой затяжке.

Таблица 5.3

Допускаемые нагрузки для болтов из стали 20

При несовпадении предварительно принятого размера и рассчитанного по формуле (5.12) коэффициент запаса корректируют и расчёт повторяют.

Пример 5.2. Рассчитать групповое болтовое соединение ре-

дуктора, нагруженного опрокидывающим моментом, с рамой из условия нераскрытия стыка (рис. 5.2). Определить диаметр резьбы и привести её обозначение на эскизе соединения.

Исходные данные: момент М = 3 200 Н·м, размеры основания: А = 230 мм, В = 350 мм, расстояниемежду осями болтов l = 300 мм. Материал болтов – сталь 25, число болтов z = 4. Нагрузка статическая.

58

Определение допускаемого момента

Диаметр фундаментных болтов, рассчитанный по заданному моменту T1, может отличаться от диаметров, измеренных на редукторе, поэтому он передает другой момент [T1].

Определение момента следует выполнять в порядке, обратном расчёту болтов:

–по заданному диаметру болтов и материалу определяют расчётное усилие болта Fр;

–с учётом формул (5.3)…(5.8) определяют опрокидывающий момент:

– определяют допускаемый вращающий момент [T1] по формулам (5.10)или(5.11). Расчётную нагрузкуFропределяют по условию прочностифундаментногоболта редуктораиз уравнения(5.12):

Fр [ ] d12 . 4

Пример 5.3. Рассчитать допускаемый вращающий момент

[Т1] на быстроходном валу двухступенчатого цилиндрического редуктора из условия прочности болтов соединения по исходным данным примера 5.2.

Исходные данные: размеры основания: А = 230 мм, В = 350 мм, болты М16, материал болтов – сталь 25, число болтов z = 4, расстояние между осями болтов l = 300 мм. Нагрузка статическая. Передаточные числа u1 = 3,55; u2 = 3,15, КПД каждой ступени

η = 0,96.

Решение. Резьба М16 имеет внутренний диаметр d1 = 13,835 мм (прил. Е). Предел текучести для стали 20 σт = 240 МПа (прил. Ж). Коэффициент запаса s = 4 (табл. 5.2). Допускаемое напряжение растяжения [σ] = 240/4 = 60 МПа. Максимальное расчётное усилие исходя из прочности материала

Fр 60 13,8352 9020 Н. 4

60