2 Сварное соединение

2.1 Конструкция соединения

Детали подшипника свариваются ручной электродуговой сваркой по ГОСТ 5264-80 электродами Э42А ГОСТ 9467-75.

Все детали соединены [2, c. 34] двусторонними тавровыми швами без подготовки кромок (соединение Т3).

Принимаем катет шва k = 0,8s = 8 мм. Обозначение швов на чертежах по ГОСТ 2.312-72 (ЕСКД) согласно их нумерации на рисунке 1 [2, c. 21]:

ш вы №1 и №3 ГОСТ 5264-80 Т3 – 8 – ;

ш ов №2 ГОСТ 5264-80 Т3 – ∟8

Сварные швы угловые, рассчитываются на срез по биссекторной плоскости прямого угла. Шов №3 (хомут 2 – ребро 3) связующий, не рассчитывается.

2.2 Расчет соединения

2.2.1 Допускаемое напряжение на срез ручной сваркой электродами Э42А [2, c. 12] при статической нагрузке

[τ′] = 0,65[σ_P] = 0,65∙160 = 104 МПа.

2.2.2 Расчет швов №1

Ф игура швов и их размеры представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. Фигура и напряжения шва №1

Координаты центра масс С₀ фигуры шва (рисунок 3, а): y₀ = 0 (х – ось симметрии); х₀ по формуле (1), где i = 1, 2, 3: x₀ = (– 4∙8∙120 + 2∙14∙8∙47 +2∙50∙8 х

х 80) / (8∙120 + 2∙8∙47 + 2∙8∙80) = 23,63 мм. Принимаем x₀ = 24 мм.

Нагрузка на сварные швы: силы F_r = 21,65 кН, F_a = 12,5 кН; изгибающий момент M = F_ah – F_r(x₀ – l_P) = 12,5∙130 – 21,65(24 – 15) = 1450 Н∙м.

Параметры (рисунок 3), входящие в формулу (2) осевого момента инерции I_y0, где i = 1, 2, 3, представлены в таблице 1.

Таблица 1.

i	bi, мм	hi, мм	Iyi, мм4	ai, мм	ai2, мм2	Ai, мм2	ai2Ai, мм4	Iy0i, мм4
1	120	8	5120	– 28	784	960	75,26∙104	75,8∙104
2	47	8	2005	– 10	100	376	3,76∙104	4∙104
3	8	80	64000	26	676	640	43,26∙104	49,7∙104

По формуле (2): I_y0 = (75,8 + 2∙4 + 2∙49,7)10⁴ = 183∙10⁴ мм⁴.

Площадь фигуры шва А = 960 + 2∙376 + 2∙640 = 2992 мм².

Момент сопротивления изгибу фигуры шва без подготовки кромок в биссекторной плоскости W_y′ = 0,7I_y0 / x_max = 0,7∙183∙10⁴ / 66 = 1,94∙10⁴ мм³, где x_max = (b + + s – x₀) = 80 + 10 – 24) = 66 мм; площадь А′ = 0,7∙2992 = 2094 мм².

Напряжение в наиболее опасной точке А (рисунок 3, б) сварного шва:

τ_М = 10³М / W_y′ = 10³∙1450 / (1,94∙10⁴) = 74,7 МПа; τ_Fr = 10³.21,65 / 2094 = 10,3 МПа; τ_Fa = 10³∙12,5 / 2094 = 6 МПа.

Суммарное напряжение в точке А τ_ = [(τ_М + τ_Fr)² + τ_Fa²]^1/2 = [(74,7 + 10,3)² +

+ 6²]^1/2 = 85,2 < [τ′] = 104 МПа.

Условие прочности шва №1 при k = 8 мм выполняется.

2.2.3 Расчет шва №2

Шов №2 (рисунок 1) втулки 1 и хомута 2 кольцевой, тавровый, двусторонний с катетом k = 8 мм. Расчетная схема шва представлена на рисунке 4

Нагрузка на шов №2 в точке В: отрывающая сила Fa = 12,5 МПа; поперечная сила Fr = 21,65 МПа; изгибающий момент относительно центра масс С двух швов М = Fr(lP – 0,5s) = 21,65(15 – 5) = = 216,5 Н∙м. При отношении (d + 2k)/10 = 7,6 < k = = 8 мм [1, c. 63] шов считают толстостенным кольцом. Площадь кольца А = π[(d + + 2k)2 – d2] / 4 = πk(k + d) = π∙8(8 + 60) = = 1709 мм2. Площади двух колец в биссекторных плоскостях шва А′ = 0,7∙2∙1709 =

= 2393 мм². Момент сопротивления толстого кольца изгибу [1, c. 35] W_y = π(d +

+ 2k)³(1 – c⁴) / 32, где d + 2k = 60 + 2∙8 = 76 мм, с = d / (d + 2k) = 60 / 76 = 0,79; W_y = π∙76³(1 – 0,79⁴) / 32 = 2,63∙10⁴ мм³. Момент сопротивления двух колец в биссекторной плоскости шва W_y ′ = 0,7∙2∙2,63∙10⁴ = 3,7∙10⁴ мм³.

Наибольшие напряжения в точке В шва №2:

τ_М = 10³М / W_y′ = 10³∙216,5 / (3,7∙10⁴) = 5,9 МПа; τ_Fr = 10³.21,65 / 2393 = 9,05 МПа; τ_Fa = 10³∙12,5 / 2393 = 5,2 МПа. τ_ = [(τ_М + τ_Fa)² + τ_Fr²]^1/2 = [(5,9 + 5,2)² + 9,05²]^1/2 =

= 14,3 < [τ′] = 104 МПа.

Условие прочности шва №2 при k = 8 мм выполняется.

Так как шов №2 с большим запасом воспринимает приложенную нагрузку, то дополнительные швы №3 (рисунок 1) соединения втулка 1 – ребро 3 не рассчитываем.