книги из ГПНТБ / Зиновьев, Владимир Андреевич. Детали машин учебник для немеханических специальностей высших технических учебных заведений

ронние U-образные швы применяются лишь при сварке листов тол­ щиной свыше 30 мм.

Расчет стыковых швов всех видов производится по следующей формуле:

(о]р (СЖ) — допускаемое напряжение сварного шва при растяжении или сжатии;

I — длина шва;

s — толщина свариваемых листов.

При расчете швов, выполняемых ручной электродуговой сваркой,

для постоянной и переменной знакопостоянной нагрузки рекомен­ дуется принимать (при сварке электродом Э-42)

[а]р = 0,8 [о]р и [о]сж = 0,9 [о]Р,

где [сг]р — допускаемое напряжение на растяжение основного металла.

При знакопеременной нагрузке получаемые таким образом до­

пускаемые напряжения надлежит умножать на коэффициент уст, определяемый по формуле

где jPmin и Ртж — наименьшее и наибольшее по абсолютной вели­ чине усилия, взятые каждое с своим знаком.

Сварные соединения внахлестку выполняются валиковыми (угло­ выми) швами, имеющими в поперечном сечении нормальное очерта­ ние (фиг. 11, а) в виде равнобедренного прямоугольного треуголь­ ника, или вогнутое, называемое также улучшенным (фиг. 11, б). При вогнутом сечении, получаемом механической обработкой шва после сварки, достигается более плавное сопряжение приварного металла с основным. Валиковые швы называются лобовыми, если направление шва перпендикулярно направлению действующей на шов силы, и фланговыми, если направление шва параллельно напра-

30 Соединения

влению силы. В некоторых случаях применяются и косые швыг направленные к линии действия силы под углом, отличным от пря­ мого. Сварное соединение называется комбинированным, если осу­ ществляется лобовыми и фланговыми швами.

Фиг. 11.

Расчет валиковых швов (лобовых и фланговых) производится

условно на срез по сечению, совпадающему с биссектрисой прямого

I — длина шва.

Допускаемое напряжение для постоянной нагрузки рекомен­ дуется принимать равным

При переменной знакопостоянной и знакопеременной нагрузках допускаемое напряжение, определенное по приведенной выше фор­

где Pmin и Ртах — наименьшее и наибольшее по абсолютной вели­ чине усилия, взятые каждое с своим знаком.

§ 2. ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Общие сведения. Заклепочные соединения осуществляются сле­ дующим образом. В соосные отверстия деталей (фиг. 12) вставляется заклепка 1, представляющая собой цилиндрический стержень с го­ ловкой. Прижимая головку к одной из деталей и удерживая ее

в этом положении при помощи поддержки 2, выступающему из дру­ гой детали цилиндрическому концу заклепки придают форму го-

ловки при помощи инструмента 3, называемого оправкой. Давление на оправку, необходимое для образования второй головки, назы­ ваемой замыкающей (первоначальная головка называется заклад­ ной), производится при ручной клепке ударами по оправке тяжелыми

молотами. При машинной клепке образование замыкающей головки производится пневматическим или гидравлическим инструментом.

В отверстия деталей заклепка вставляется нагретой до светло-

красного каления и после образования замыкающей головки имеет

еще высокую температуру. При остывании диаметр стержня за­ клепки незначительно уменьшается, вследствие чего между стержнем заклепки и стенкой отверстия получает­ ся незначительный (0,05—0,1 мм) зазор,,

но сокращению стержня заклепки в осевом направлении при ее остывании препят­ ствуют детали, в которые заклепка упи­

рается головками. Вследствие этого за­

клепка после остывания остается растяну­ той, а детали сжатыми между ее головками

Нагревание заклепки является необходимым, так как в холод­ ном виде образование замыкающей головки было бы весьма затрудни­

тельным, особенно при заклепках большого диаметра. Нагрева­ ние является и весьма полезным, так как сжатие деталей остывшими заклепками увеличивает прочность соединения. Поэтому постановка заклепок в холодном виде производится редко и лишь при заклеп­ ках диаметрами пе больше 10 мм в соединениях неответственного назначения.

В строительных конструкциях и общем машиностроении приме­

няются заклепки, изображенные на фиг. 13 и отличающиеся только по форме головки. Головка в форме шарового сегмента (фиг. 13, а)

называется полукруглой; на фиг. 13, б изображена потайная го­ ловка, на фиг. 13, в — полупотайная. Преимущественно приме­ няются заклепки с полукруглыми головками. Заклепки с потайными головками применяются только в таких случаях, когда выступаю­ щие из деталей головки являются неприемлемыми по конструктив­ ным соображениям, с полупотайными — когда небольшие выступа-

тощие части головок допустимы. Головки заклепок на разных сторо­

нах соединяемых деталей могут быть различными. В специальных областях машиностроения применяются заклепки с головками и других форм.

В сосудах заклепочные соединения должны быть непроницаемы для жидкостей и газов. Герметичность заклепочных соединений достигается особой операцией, осуществляемой после постановки заклепок и называемой подчеканкой. Для этой операции кромки листов, образующих стенку сосуда, скашиваются, как показано на фиг. 14. При помощи инструмента, называемого чеканом, и мо­ лотка, которым наносятся удары по чекану, материал у кромки листа вминается и вытесняется в мелкие неплотности между листами. -Скашивание кромок листов для подчеканки является необходимым для избежания скольжения чекана, который при нескошенной

1)прочные — сопротивляющиеся действующим на соединение

•силам (в мостовых, стропильных фермах, клепаных балках);

2)плотные — герметичные, подвергающиеся действию незначи­

тельных усилий, не принимаемых во внимание при расчете (напри­

мер, в открытых резервуарах для жидкостей незначительной ем­ кости);

3) прочно-плотные — герметичные и подвергающиеся действию

■специальных областях машиностроения за исключением самолето­ строения, где заклепочные соединения являются до сего времени ■основным видом неразъемных соединений, заклепочные соединения в значительной степени вытеснены и продолжают вытесняться свар­ ными, являющимися менее трудоемкими и позволяющими экономить

материал и облегчать конструкцию.

Конструкции заклепочных швов. Место соединения концов листов заклепками называется заклепочным швом. Заклепочные швы можно классифицировать по следующим признакам: по взаим-

клепки и др.), а также величину коэффициента трения, известную лишь приблизительно, то от мысли получить точную теоретическую

дующим образом: в основу практической расчетной формулы поло­ жить величину наиболее важного фактора, а совместное влияние на интересующую нас искомую величину остальных факторов выявить

[ту] — допускаемая величина условного напряжения, определен­ ная из опытов.

Величина [ту] приводится в справочниках в зависимости от типа шва: чем шов сложнее и чем, следовательно, больше неучтен­ ных точно факторов, влияющих на прочность шва, тем эта величина меньше. Так, например, для однорядных швов внахлестку [ту] =

=600 4- 700 кГ/см?, для трехрядных швов в стык 500 кГ!смг. Допустив возможность сдвига листов, мы переходим к методике

расчета прочных швов. На этой второй стадии сдвиг по мере уве­ личения силы Р продолжается за счет упругих деформаций закле­ пок и обмятия стенок отверстий (заклепки работают на срез и смя­ тие стержней, листы — на смятие стенок отверстий). Характер

возможного разрушения заклепок (срез или смятие) находится в зависимости от отношения толщины листов к диаметру заклепок. При расчете прочных швов необходимо еще учитывать возможность разрыва листов по слабому сечению, проходящему через оси отвер­ стий, а также возможность вырыва концов листов из заклепок

(среза концов листов заклепками по двум плоскостям).

Рассчитать заклепочный шов значит определить все размеры, необходимые для составления рабочего чертежа и выполнения по нему конструкции. Для изображенного на фиг. 16 наиболее про­ стого шва (однорядного внахлестку) такими размерами являются d, ■ t xi е. При расчете шва толщина 6 листов, определяемая до расчета шва методами, не имеющими отношения к расчету шва, является известной.

Исходя из данной величины 6 и приняв во внимание, что шов должен быть равнопрочным по всем возможным видам разрушения,

указанные выше размеры можно определить следующим образом.

36 Соединения

силе Q оказывается не только телом заклепки, но и силой трения, которая продолжает действовать и после сдвига листов и выше не

учитывалась. Допускаемое напряжение [о]СЛ4 при смятии заклепки или листа также имеет условный характер, так как вместо подвер­

гающейся смятию цилиндрической поверхности, па которой напря­ жения распределяются неравномерно, площадь смятия принимается условно равной d6, а распределение напряжений предполагается

равномерным.

Отверстия для заклепок получаются пробиванием или сверле­ нием. Первый способ дешевле, по сопровождается порчей мате­

риала, примыкающего к стенке отверстия, второй не имеет этого

недостатка, но является более дорогим. Для сверленых отверстий допускаемые напряжения принимаются большими, чем для получен­ ных пробиванием.

Подставляя эти величины в приведенные выше формулы, полу­ чаем:

е = 1,5с? (по нормам принимают е — 2d, что вызывается техноло­ гическими соображениями — возможностью размещения клепаль­

ных приспособлений).

При расчете многорядных швов учитывается неравномерное

распределение усилий по отдельным рядам заклепок. В остальном

методика расчета более сложных швов не отличается принципиально от изложенной выше.

Применяемые при расчетах разных швов формулы приводятся в справочниках.

§ 3. РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Основные виды деталей, применяемых для резьбовых соединений

Болт с гайкой и шайбой. На фиг. 17, а показано соединение двух деталей при помощи нормального болта, вставленного в отвер­ стия деталей с зазором.

Нормальный болт представляет собой цилиндрический стержень с винтовой резьбой на одном конце и головкой на другом. Конец болта оформляется чаще всего в виде усеченного конуса небольшой высоты (от 1 до 6 мм в зависимости от диаметра болта). Переход от стержня к головке оформляется с небольшим (1 мм и менее) радиусом

закругления. Головка имеет форму шестигранной призмы со сре­

занными вершинами трехграппых углов. Такую же форму имеет и

гайка. Шайба представляет собой кольцевую пластину небольшой толщины, внутренний диаметр которой немного больше наружного диаметра болта, а внешний — немного больше диаметра окруж­ ности, описанной вокруг поперечного сечения гайки.

Фаска (срез под углом 45°) на конце стержня предохраняет его от повреждения и облегчает навинчивание гайки. Небольшое за­ кругление в месте перехода от стержня к головке немного снижает

концентрацию напряжений в месте резкого изменения формы.

Монтаж болта производится при помощи двух ключей: одним

из них вращается гайка, а другим болт удерживается от вращения.

В некоторых случаях приходится, наоборот, вращать болт за го­ ловку, удерживая другим ключом гайку от вращения. Для возмож­ ности монтажа болтового соединения на гайке и головке должны быть параллельные грани для ключа, число которых должно быть четным. При малом числе граней монтаж был бы неудобным из-за невозможности перекладывать ключ после поворота гайки на неболь­ шой угол. Это имеет особенно большое значение при монтаже группы

болтов, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

С другой стороны, при большом числе граней ширина грани получа­ лась бы незначительной и у ключа не было бы достаточной опоры.

Практикой для нормальных болтов число граней издавна уста­ новлено и удерживается до настоящего времени равным шести. Фаски на гайке и головке необходимы не только для устранения воз­ можности повреждения вершин трехгранных углов, но и по сообра­

жениям техники безопасности: вершины углов при неосторожном соприкосновении с ними могли бы причинять ранения. По таким же

соображениям всякие острые выступы и переходы от одних поверх­ ностей к другим под углом 90° и меньше принято в машиностроении притуплять, закруглять или оформлять в виде небольших фасок.

Многочисленными стандартами предусмотрены разные типы болтов, которые можно классифицировать по следующим признакам:

тщательности изготовления и форме головки.

38 Соединения

По первому признаку болты подразделяются на чистые, получистые и черные. Вследствие большой стоимости чистые болты при­

меняются сравнительно редко.

Для чистых болтов стандартами предусмотрены шестигранные и

квадратные головки, для получистых и черных, кроме шестигран­

ных и квадратных, также головки и других форм.

Стандартные типы гаек можно классифицировать также по тщательности изготовления и форме. Для чистых и получистых гаек стандартами предусмотрена только шестигранная форма, для черных, кроме шестигранной, квадратная. Кроме этого, стандартами преду­ смотрены гайки особой формы для завинчивания без помощи ключа

(так называемые гайки-барашки), круглые установочные гайки, не применяемые в болтовых соединениях, а также шестигранные гайки особой формы, более подробные сведения о которых приводятся

ниже.

Назначение шайбы состоит в том, чтобы предохранять от повре­ ждения поверхность детали, по которой гайка вращается при мон­ таже, и распределять давление гайки на большую поверхность де­ тали. Стандартами предусмотрены шайбы чистые (точеные, а потому дорогие и редко применяемые) и черные (штампованные).

Шпилька. На фиг. 17, б показано соединение двух деталей при помощи шпильки. Шпилька представляет собой цилиндрический стержень с резьбой на одном конце под гайку, а на другом для ввин­ чивания в одну из соединяемых деталей. Обе резьбы разделяются пояском без резьбы. В деталь шпилька ввинчивается до отказа со значительным усилием и той ее частью, где расположен так называе­ мый сбег резьбы — место, на котором резьба становится постепенно

более мелкой из-за выхода режущего инструмента на цилиндриче­ скую поверхность. Это делается для того, чтобы при отвинчивании гайки шпилька не вывинчивалась.

На чертежах шпильки всегда показываются ввинченными на всю длину резьбы, т. е. до пояска. При таком завинчивании резьбы

шпильки и детали повреждаются, и соединение шпильки с деталью получается неразъемным. Соединение при помощи шпилек приме­ няется в тех случаях, когда в одной из соединяемых деталей нельзя получить сквозного отверстия для болта. Для завинчивания шпильки гаечным ключом на пояске спиливаются иногда параллельные грани. Шпильку можно завинтить также, вращая ее за гайку, на­ винченную поверх другой гайки.

На шпильки имеется только один стандарт, предусматривающий

шпильки чистые.

Винт. На фиг. 17, в показано соединение двух деталей при по­ мощи винта. В качестве винта может быть применен обыкновенный болт с шестигранной головкой, но в отличие от болта винт резьбовой частью входит в одну из соединяемых деталей. Для крепежных винтов (имеются еще многие виды установочных винтов, не приме­ няемых для скрепления деталей) диаметром до 20 мм стандартами