книги из ГПНТБ / Баренбойм, А. Б. Малорасходные фреоновые турбокомпрессоры

При необходимости перемещать деталь вдоль вала применяются направляющие шпонки (рис. 83). Эти шпонки призматические и за­ крепляются в шпоночном пазу винтами.

Р а с ч е т шп о н к и .

Под действием внешней силы N3 (рис. 84) шпонка стремится переместиться и повернуться. Вследствие поворота (или перекоса) шпонки, напряжение по высоте ее будет распределяться неравно­ мерно. Задача нахождения распределения напряжения смятия по

грани шпонки является весьма сложной и при точном решении вопроса должна решаться с учетом совместной деформации шпонки, вала и втулки. Обычно в практике расчет ведется по среднему напряжению смятия, с учетом коэффициента неравномерности рас­ пределения напряжений, а именно

99

избавиться от нее Привело к созданию бесшпоночных соединений, одно из которых заключается в том, что в месте посадки детали вал имеет некруглое сечение. Контур вала в месте посадки детали представляет собой циклоидальную кривую и обрабатывается на токарных станках с копировальным приспособлением, зубофрезер­ ных, работающих по методу обкатки, а также на станках для бескопирного точения некруглого сечения и специальных шлифо­ вальных.

Кбесшпоночным соединениям можно отнести также соединение

сгарантированным натягом. В этом соединении деталь, передаю­ щая вращающий момент, сажается на вал с натягом (прессовая посадка),-величина которого зависит в основном от величины пере­ даваемого крутящего момента и диаметра вала.

§30. ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Вряде отраслей машиностроения применяются шлицевые соеди­ нения (рис. 85), называемые иногда многошпоночными. В этом соединении шпонка составляет одно целое с валом. Шлицевые сое­ динения по сравнению со шпоночными

обладают следующими преимуществами:

а) детали на шлицевых валах лучше цен­ труются и имеют лучшее направление при передвижении вдоль вала;

б) напряжение смятия па гранях шлицев меньше;

в) концентрация напряжений вследствие плавных переходов в шлицах валов значи­ тельно меньше.

Шлицевые соединения стандартизованы, причем форма профиля применяется прямобочная и эвольвентная. ГОСТ преду­

сматривает гри серии соединений: легкую, среднюю и тяжелую. Легкая серия, имеющая наименьшее число и высоту зубцов, применяется для неподвижных или слабо нагруженных соединений. Средняя серия имеет большее по сравнению с легкой серией число и высоту зубцов и рекомендуется для средне нагруженных соеди­ нений. Тяжелая серия, предназначенная для наиболее тяжелых

условий работы, имеет наибольшее число и высоту зубцов.

101

k„ — коэффициент, учитывающий неравномерность распреде­ ления напряжений по высоте зубца;

/г„ — коэффициент, учитывающий неравномерность распреде­ лений, нагрузки между зубцами;

гср — средний радиус.

где kn = 1,25—1,5 .

Главное преимущество шлицевых соединений заключается в от­ сутствии паза, что значительно уменьшает концентрацию напряже­ ний и тем самым увеличивает прочность вала. Вследствие этого они применяются как для передвижных направляющих соединений, так и вместо шпоночных. Применение шлицевых соединений может позволить уменьшить вес вала особенно при применении полых валов. Некоторым недостатком шлицевых соединений является большая сложность изготовления (протяжка или фрезеровка), требующая применения специальных станков.

§ 31. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Допускаемые напряжения определяются по общим формулам, в зависимости от характера нагрузки (спокойная ударная), от цикличности, характеризующейся коэффициентом несимметрии на­ пряжений, и от механических характеристик материала.

Обычно для шпонок применяется углеродистая сталь с пределом прочности не ниже 50—60 кг/мм2.

При внешней переменной нагрузке и при посадке шпонки с на­ тягом напряжения смятия будут меняться по асимметричному циклу с коэффициентом несимметрии больше нуля. Поэтому для опреде­ ления допускаемого напряжения смятия можно пользоваться зави­ симостью, исходя из постоянной нагрузки, но приняв несколько повышенный коэффициент запаса,

где ^ — коэффициент запаса и kA— коэффициент динамичности.

102

Значения этих коэффициентов можно принимать по данным табл. 20.

Т а б л и ца 20

Напряжение на срез будет меняться по такому же режиму, как и внешняя нагрузка. Обычно принимается, что, вследствие наличия в валах крутильных колебаний, крутящий момент, передаваемый от вала к детали, изменяется по пульсирующему циклу.

Следовательно, для расчета шпонок на срез следует прини­ мать коэффициент несимметрии г, = 0. Для этого случая по фор­

муле (106) получим

и IXjcp можно принимать по данным табл. 21, где приведены ориентировочные значения допускаемых напряжений для шпонок

из некоторых марок сталей.

Таблица 21

Для шлицевых подвижных соединений (когда втулка переме­ щается по валу), если передвижение осуществляется не под нагруз­ кой, следует приведенные в табл. 21 допускаемые напряжения смятия уменьшить в 2—2,5 раза.

103

Если же передвижение производится под нагрузкой, то Значение средних допускаемых напряжений смятия (удельное давление) не должно превосходить

при спокойной нагрузке . . . . 200 кг\см-, при реверсивной нагрузке . . . ]00 к?)см-.

Следует помнить, что данные, приведенные в табл. 21, относятся не к среднему напряжению смятия, а к максимальному, найденному с учетом неравномерности распределения напряжений.

ГЛАВА VIII

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

§32. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Вобщем случае сварка двух элементов может быть произведена:

электросварка. В настоящее время сварка получила столь широкое распространение, что является отдельной областью техники и имеет самостоятельную и обширную литературу по вопросам техно­ логии, расчета и конструирования.

В данном курсе приведены основные положения и методы рас­ чета электросварных соединений, знание которых необходимо инженеру-конструктору и эксплуатационнику.

Заслуга изобретения электрической сварки металлов принад­

скую дугу для электросварки угольным электродом.

Н. Г. Славянов в 1888 году применил электросварку металлов с заменой угольного электрода металлическим. Способ Славянова получил широкое распространение и в настоящее время применяет­ ся как основной метод сварки.

По типу швы разделяются на стыковые, угловые и швы впритык. Стыковые швы применяются для сварки частей толщиной от 1,5 до 80 мм и выше. Эти швы бывают с разделкой и без разделки. На рис. 86 показаны основные формы разделки кромок при ручной сварке, а также рекомендуемые размеры соединяемых листов: а) стык бесскосный; б) Е-образный; в) А-образный; г) {/-образный

односторонний; д) //-образный двусторонний; е) А-образный. Формирование сварных швов при ручной дуговой сварке проис­

ходит, главным образом, за счет наплавленного металла. Поэтому имеет большое значение способ разделки кромки. Стык листов не­ большой толщины может быть бесскосным, но во избежание не­ провара по высоте рекомендуется производить подварку с противо­ положной стороны. Скос кромок дается дл.я облегчения провара по

104

высоте шва. При возможности провара с двух сторон следует применять двустороннюю разделку кромок.

При автоматической сварке над слоем флюса формирование шва происходит, главным образом, за счет расплавленного основ­

По форме угловые швы разделяются на швы нормальные, когда шов имеет форму равнобедренного прямоугольного треугольника (см. рис. 88а), и шов улучшенный, когда поверхность шва криво­ линейная с основанием k' большим, чем высота k (см. рис. 886). Такая форма достигается механической обработкой шва после сварки и обеспечивает плавное сопряжение наплавленного металла с основным, что уменьшает концентрацию напряжения.

По расположению углового шва по отношению к внешней на­ грузке различают швы лобовые (рис. 90а, позиция 1), швы флан­ говые (позиция 2), косые (рис. 906) и комбинированные, где при­ меняются лобовой и фланговый шов вместе.

105

Максимальная длина лобового и косого швов не ограничивает­

шва 40 мм. При меньшей длине дефекты в начале и в конце шва значительно снижают его проч-

ность. Минимальная длина катета углового шва принимается равной 4 мм, если толщина металла б>3 мм.

(тпіснщпМпі!

Рис. 90. Лобовой прямой и косой швы

Швы впритык показаны на рис. 98 и 99. На рис. 98 показано соединение втавр. При сварке впритык катет шва k не должен пре­ вышать 1,26, где б — наименьшая толщина свариваемых элементов.

§ 33. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Допускаемое напряжение при осевой деформации может опре­ деляться по формуле

»— технологический коэффициент, учитывающий умень­ шение прочности электрошва по отношению к проч­ ности основного металла (то есть соединяемой детали).

106

На величину коэффициента ф влияет ряд факторов: качество электрода, способ сварки — ручной или автоматический, располо­ жение шва по отношению к электроду и др.

По расположению швы различают: швы палубные (рис. 91), когда электрод расположен над швом; швы вертикальные, когда электрод расположен горизонтально или наклонно, и швы потолоч­ ные, когда электрод расположен под швом. Если прочность палуб­

42 кг/мм2, приведены в табл. 22. При применении электродов с дру­ гим пределом прочности допускаемые напряжения следует соответ­ ственно изменить.

107

напряжений для электрошва в зависимости от допускаемого на­ пряжения Цр| для основного металла.

Как видно из формулы 215 и табл. 22, 23 величины допускаемых напряжений зависят от характеристики электрода.

Для получения металла сварного шва с более высокими механи­ ческими свойствами были разработаны электроды с толстыми (защитными) обмазками, обеспечивающими защиту расплавлен­ ного металла от воздействия кислорода и азота воздуха и сохране­

ние устойчивости дуги.

Сварные швы, выполненные голыми или тонко обмазанными электродами, обладают, как известно, низкими механическими свой­ ствами.

Электроды, выпускаемые советскими за­ водами, позволяют получить высококаче­ ственные швы, обладающие высокими значениями предела теку­

чести и предела прочности.

В случае переменной нагрузки величина допускаемого напря­ жения, полученная в зависимости от допускаемого напряжения для основного металла, должна быть снижена введением коэффи­

В сварных швах имеют место так называемые усадочные напря­ жения, возникающие вследствие усадки наплавленного материала

108