в)
д)
|
|
|
Рис. 2.11 |
|
|
|
|
|||||
Для стыкового шва (рис. 2.11, а, в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
/ |
|
F |
|
6M |
|
/ |
|
. |
|||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
l |
|
l |
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для угловых швов (рис. 2.11, б, в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
/ |
|
F |
|
|
|
6M |
|
|||||
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||
2l0,7k |
|
2l |
0,7k |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
г)
/ |
|
. |
|
|
|
|
|
Тавровое соединение, нагруженное изгибающим и крутящим моментами (рис.
2.11, д)
|
|
|
T |
|
2T |
|
и |
|
|
M |
|
4M |
. |
||
T |
|
|
0,7k d |
2 |
M |
|
|
||||||||
|
W |
|
|
|
|
W |
0,7k d |
||||||||
|
|
p |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суммарное напряжение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ . |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
M |
|
|
|
|
|
|
Допускаемые напряжения сварных швов при расчете машиностроительных конструкций из низкоуглеродистых,
среднеуглеродистых и низколегированных сталей при статических нагрузках принимают в зависимости от допускаемых напряжений на растяжении основного металла [ р], табл. П2.1. Механические характеристики некоторых сталей табл. П2.2.
При действии на шов переменных нагрузок допускаемые напряжения сжимают на коэффициент :
|
|
|
1 |
|
(2.15) |
aK |
|
b aK |
|
||
|
|
|
b R |
||
|
|
|
|
где K – эффективный коэффициент концентрации напряжений; R –
коэффициент асимметрии цикла; а и b – числовые коэффициенты. Верхние знаки в формуле (2.15) принимают, если растягивающее напряжение больше сжимающего, а нижние – сжимающее.
Для углеродистых сталей принимают а = 0,58 и b = 0,26, а для низколегированных а = 0,65 и b = 0,3.
Значения эффективных коэффициентов концентрации принимают в зависимости от типа шва табл. П2.3:
2.5. Условное изображение и обозначение швов сварных соединений
Условные изображения и обозначения на чертежах швов сварных соединений устанавливает ГОСТ 2.312-72.
Сварной шов независимо от способа сварки изображают на чертеже соединения видимый – сплошной линией (рис. 2.12, а), невидимый – штриховой линией (рис. 2.12, б).
Рис. 2.12
От изображения шва проводят линию-выноску, заканчивающуюся односторонней стрелкой.
На чертежах сварного соединения каждый шов имеет определенное условное обозначение, которое наносят над или под полкой линии-выноски,
проводимой от изображения шва. Условное обозначение лицевого шва наносят над полкой линии-выноски. Условное обозначение оборотного шва наносят под полкой линии-выноски.
За лицевую сторону одностороннего шва принимают ту сторону, с
которой производится сварка.
Структура (рис. 2.13, а) и пример условного обозначения (рис. 2.13, б)
сварного шва:
а)
б)
Рис. 2.13
1.Обозначение стандарта на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений.
2.Буквенно-цифровое обозначение шва по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений.
3.Условное обозначение способа сварки по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (допускается не указывать).
4.Знак 
и размер катета по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений.
5.Для прерывистого шва (длина провариваемого участка), для цепного шва или для шахматного шва (шаг).
6.Обозначение вспомогательных знаков.
7.Обозначение вспомогательных знаков.
На рис. 2.16:
Знак 
– шов по замкнутой линии, диаметр знака 3-5 мм.
Знак 
– шов выполнить при монтаже изделия.
ГОСТ 14776-80 – Дуговая сварка. Соединения сварные.
2.6.Алгоритм расчета сварного соединения
1)Выбирать способ сварки (ручная электродуговая, автоматическая и т.д.), если он не назначен заданием.
2)Принять (если не дано в задании) тип электрода и материал,
свариваемых деталей. Для дуговой сварки применяют электроды с различной обмазкой, или покрытием, обеспечивающим устойчивое горение дуги и защиту материала шва от вредного воздействия окружающей среды. Для сварки конструкционных сталей применяют электроды: Э34, Э42, Э42А, Э50,
Э50А и др., табл. П2.1. Число после буквы Э умноженное на 10, обозначает минимальное значение временного сопротивления металла шва, измеряемого в МПа. Буква А обозначает повышенное качество электрода, обеспечивающее получение более высоких пластических свойств металла шва.
3) Определить допускаемые напряжения для основного материала и материала сварного шва.
Допускаемые напряжения растяжения основного металла:
|
р |
|
|
|
|
T |
n |
|
,
(2.16)
где σТ – предел текучести основного металла; [n] – допускаемый коэффициент запаса прочности, табл. П2.1.
Допускаемые напряжения для сварных швов [σ] при статической нагрузке задают в долях от допускаемого напряжения [σр] на растяжение основного металла, табл. П2.1.
В случае если сваривают детали с различными механическими свойствами, расчет допускаемых напряжений ведется для материала,
обладающего наименьшим значением предела текучести σТ. 4) Составить расчетную схему соединения.
Внешние силы, действующие на соединение, следует перенести в центр тяжести сварного шва в соответствии с правилами теоретической механики,
при этом силы, действующие под углом к плоскости сварных швов,
необходимо разложить на их составляющие относительно осей х и у.
5) Назначить катет шва. В большинстве случаев k = δmin ,
где δmin – толщина меньшей из свариваемых деталей. По условиям технологии k ≥ 3 мм, если δmin ≥ 3 мм. Максимальная величина катета не ограничивается,
однако швы с k > 20 мм используются редко.
6)Определить действующие напряжения отдельно для каждого силового фактора (силы, момента). Складывая напряжения, учитывают их направление (если направление векторов совпадает, то их складывают алгебраически, если векторы перпендикулярны, то их складывают геометрически).
7)При проектировании сварных швов обычно из условия прочности определяют их длину. Принимая при этом, что длина фланговых швов не
больше 50k, лобовые швы могут иметь любую длину. Минимальная длина
углового шва lmin составляет 30 мм, что перекрывает дефекты сварных швов – непровар в начале и кратер в конце.
2.7.Примеры решения
Пример 1. Определить ширину пластины b толщиной δ = 15 мм и надежность ее сварки с листом (рис. 2.14). К пластине приложены статические растягивающая сила и F = 20 кН и изгибающий момент М = 15 кН·м. Материал свариаваемых элементов Ст5. Сварка ручная, электродом Э42.
Рис. 2.14
Решение.
1. Вычисляем допускаем напряжение при растяжении [σр] основного материала (формула (2.16)), для стали Ст5 по табл. П2.2 принимаем предел текучести σТ = 265 МПа и запас прочности n = 1,5:
|
|
265 |
|
р |
|
2. Из условия прочности при определяем ширину полосы, выражение
1,5 177 |
МПа. |
изгибе (как основной нагрузки), (2.3), откуда:
|
6M |
|
6 15 10 |
3 |
10 |
3 |
||
b |
|
|
|
|||||
|
|
15 |
177 |
|
||||
|
|
|
||||||
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
184,1
мм.
Принимаем b = 190 мм.
3. Проверяем прочность пластины по суммарной нагрузке выражение
(2.4):
|
20 103 |
|
6 15 103 |
103 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
173,2 МПа |
|
р |
177 |
МПа. |
|
|
|
2 |
|||||||
|
15 190 |
|
15 190 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4. По табл. П2.1 допускаемое напряжение шва при срезе:
с |
|
|
|
р |
|
|
177 106, 2 МПа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
0,6 |
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
5. |
Принимаем |
|
k δ 15 |
|
|
мм, длину |
лобового |
|
шва |
lл |
b 190 |
мм. |
||||||||||||||||||
Предварительно определяем длину флангового шва |
|
lф l |
|
по основной |
||||||||||||||||||||||||||||
нагрузке М, используя формулу (2.7): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
2 |
|
|
|
15 10 |
10 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7kl |
|
|
|
|
|
|
0,7 |
15 190 |
с , |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
0,7kl l |
|
|
л |
0,7 |
15 |
l |
190 |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ф л |
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
ф |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
откуда lф 40 |
мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
С учетом непровара на концах швов принимаем lф 50 мм, тогда |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 10 |
10 |
|
|
|
92 |
МПа. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
15 190 |
2 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 15 |
50 190 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. |
Определим напряжения от растягивающей силы F: |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 10 |
|
|
|
|
6,6 |
МПа. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
0,7k 2l |
l |
|
|
|
15 |
2 50 190 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
0,7 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
7. Проверим прочность швов по суммарной нагрузке, выражение (2.8):
|
M |
|
F |
92 6,6 98,6 |
|
|
|
МПа 106,2 МПа.
с
Условие прочности выполняется.
Пример 2. Определить длину фланговых швов, обеспечивающих прочность соединения равнополочного (равнобокого) уголка и косынки (рис.
2.15), если даны размеры поперечного сечения уголка: 100×100×10 мм,
материал – Сталь Ст3. Сварка ручная электродом Э34.
Рис. 2.15
Решение.
1. Согласно ГОСТ 8509-93 для равнополочного уголка профиля
ширина полки b = 100 мм, толщина полки t = 10 мм, площадь поперечного сечения А = 1924 мм2, расстояние от центра тяжести до наружной грани полки
Cx = 28,2 мм.
2. Вычисляем допускаем напряжение при [σр] основного материала
(формула (2.16)), для стали Ст3 по табл. П2.2 принимаем σТ = 225 МПа и n = 1,45.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
225 1, 45 155МПа. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Из |
условия |
прочности |
|
уголка |
на растяжение |
р |
F A |
|
|
, |
||||
|
|
|
р |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
определяем допускаемое значение растягивающей силы [F]: |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
A 155 |
1924 298, 2 кН. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По этой же силе ведем расчет шва на растяжение и шва на срез. |
|
|
|
||||||||||||
|
|
4. |
По |
табл. |
П2.1 допускаемое |
|
напряжение |
шва |
при |
срезе: |
|||||||
|
|
0,5 |
|
р |
0,5 155 77,5 |
МПа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
5. Из условия прочности швов на срез выражение (2.5), определяем их |
|||||||||||||||
суммарную длину L выражение (2.6), принимая k t 10 мм: |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
298, 2 103 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
549,7 мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 10 77,5 |
|
|
|
|
|
||||
6. Определяем длины фланговых швов принимаем равными произведению суммарной длины шва L на размер, обратно пропорциональный расстояниям от фланговых швов до линии центров тяжести несимметричного профиля сечения детали. Получаем из выражения (2.13):
l1 L b Cx b 549,7 100 28, 2 100 394,7 мм,
l |
2 |
LC |
x |
b 549,7 28, 2 |
|
|
|
Учитывая возможность швов l1 = 410 мм, l2 = 165 мм.
100 155 |
мм. |
|
дефектов сварки, принимаем длины сварных
Пример 3. Сжимающая сила F передается косынке фермы двумя неравнополочными уголками, как показано на рис. 2.16 определить профиль неравнополочного уголка и размеры комбинированного шва B, l1, l2, если
F = 400 кН. Материал уголка – Сталь Ст2. Сварка ручная электродом Э50.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.16 |
|
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
1. Вычисляем допускаемое напряжение сжатия основного материала, |
||||||||
принимаем |
|
y |
|
c |
|
c (для уголков небольшой длины), по табл. П2.1 |
||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Т |
200 |
МПа и n 1,5 . |
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c 200 1,5 133 МПа. |
|
|
2. Из |
условия |
прочности (2.2) определяем требуемую площадь |
||||||
поперечного сечения уголка: |
|
|||||||||
A
|
|
|
|
|
|
F |
|
2 |
c |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
2 133 |
400 10 |
1503,8
мм2 = 15,04 см2.
7. Из ГОСТ 8510-93 выбираем неравнополочный уголок с площадью поперечного сечения А = 15,47 см2, 100×63×10 мм, ширина большей полки B =
100 мм, ширина меньшей полки b = 63 мм, толщина полки t = 10 мм,
расстояние от центра тяжести до наружной грани полки y0 = 34,0 мм.
3. Вычислим допускаемое напряжение шва при срезе, табл. П2.1:
0,6 0,6 133 80 МПа. с c
4.Из условия прочности швов на срез выражение (2.5), определяем
их суммарную длину L′ выражение (2.6), принимая k t 10 |
мм: |
|
|
400 10 |
3 |
|
|
|
|
|
|
714, 2 |
мм. |
|
|
||
|
|
|
|
||||
L |
0,7 10 80 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
Принимаем общую длину шва (с двух сторон косынки) L= 740 мм. |
|||||||
Общая длина шва с одной стороны косынки |
L L |
2 740 |
2 370 |
мм. |
|||
1 |
|
|
|||||
5. Определяем размеры комбинированного шва B, l1, l2. Длину лобового шва принимаем равной ширине большей полки B = 100 мм.тогда суммарная
длина фланговых швов l1 и l2:
L |
L |
B 370 100 270 |
мм. |
|
1 |
|
Длины фланговых швов принимаем равными произведению суммарной
длины шва LΣ на размер, обратно пропорциональный расстояниям от фланговых швов до линии центров тяжести несимметричного профиля сечения детали. Получаем из выражения (2.13):
l1 L B y0 |
B 270 100 34,0 100 178, 2 |
мм, |
|||
l |
L |
y |
B 270 34 100 91,8 |
мм. |
|
2 |
|
0 |
|
|
|
Учитывая возможность дефектов сварки, принимаем длины сварных швов l1 = 190 мм, l2 = 100 мм.
Пример 4. Проверить прочность таврового сварного соединения полосы к стенке угловыми швами (рис. 2.17) по следующим исходным данным:
продольная сила F = 20 кН, изгибающий момент M = 60 Н м; размеры сечения: