Механика

талей обычно известны заранее из условий прочности, жесткости, устойчивости или конструктивных соображений.

Сварные швы бывают:

1)стыковые;

2)лобовые;

3)фланговые (угловые);

4)комбинированные.

Стыковые швы рассчитывают на прочность по номинальному сечению соединяемых деталей (без учета утолщения швов) как целые детали. От внешней растягивающей силы F в сечении шва возникают напряжения растяжения

где l и S – соответственно длина шва и толщина соединяемых деталей. Условие прочностной надежности

каемое напряжение при растяжении основного материала. Допустима растягивающая сила при обращении неравенства

(26.2) в равенство F

Нормальные напряжения в шве при совместном действии внешней силы F и изгибающего момента М (рис. 26.9)

где M – момент сопротивления сечения шва (детали) при изгибе. Лобовые и фланговые (угловые) швы разрушаются по сечению,

проходящему через биссектрису прямого угла (рис. 26.10).

251

Kp – расчетный катет шва.

Угловой шов при нагружении испытывает сложное напряженное состояние. Однако в упрощенном расчете такой шов условно рассчитывают на срез.

Условие прочности шва по допускаемым напряжениям:

где τ – номинальное напряжение среза; τш – допускаемое напряжение в сварном шве при срезе.

В расчетах принимают

Kp = (0,9–1,2) · Smin,

где Smin – наименьшая толщина свариваемого элемента Kpmin > 3 мм при S > 3 мм.

l ≥ 30 мм; la ≥ 30 мм; lφ ≤ 50K.

Допустимая растягивающая нагрузка

F

Соединение комбинированным (лобовым и фланговым) швом

при действии момента в плоскости стыка при упрощенном расчете рассчитывают, полагая, что швы работают независимо.

Тавровые соединения, выполненные угловыми швами, рассчитывают по формуле

M

τmax Wш

с учетом числа швов.

Момент сопротивления продольного сечения шва

Если такие соединения сварены, как и соединения встык, то расчет выполняют по формулам (26.1) и (26.3).

253

Угловые соединения не используются как силовые; их применяют, как правило, для образования профилей из отдельных элементов.

26.3. Соединения пайкой и склеиванием

При соединении пайкой в отличие от сварки место спайки нагревается лишь до температуры плавления припоя, которая намного ниже температуры плавления материала соединяемых деталей. Соединение деталей получается благодаря заполнению зазора между ними расплавленным припоем.

Швы неразъемных соединений, получаемые пайкой и склеиванием, условно изображают по СТ СЭВ 138–76.

Припой или клей в разрезах (рис. 26.11, а, б, г, д, е) и на видах (рис. 26.11, в) изображают линией, которая в два раза толще основной сплошной. Для обозначения пайки (рис. 26.11, а, б, в) или склеивания (рис. 26.11, г, д, е) применяют условные знаки, которые наносят на линии-выноске от сплошной основной линии. Швы, выполненные пайкой или склеиванием по периметру, обозначаются линией-выноской, заканчивающейся окружностью диаметром 3–

4 мм (рис. 26.11, б, д).

На изображении паяного соединения при необходимости указывают размеры шва и обозначения шероховатости поверхности.

В соединениях пайкой и склеиванием место соединения элементов в разрезах и на видах показывают утолщенной (в два раза) контурной линией.

Если же соединяемые элементы показаны в сечении зачерненными, то место соединения изображается просветом.

Обозначение соединений пайкой и склеиванием производится с помощью символов и знаков, проставляемых на линии-выноске, которая заканчивается стрелкой, указывающей непосредственно шов, или точкой при указании невидимых частей соединения.

Для пайки применяется символ ; для склеивания – .

На полке линии-выноски ставится номер пункта технических требований, где указана марка припоя или клея.

254

Рис. 26.11. Паяные и клеевые соединения

26.4. Соединения типа «вал–ступица». Общая характеристика и особенности расчета

Для передачи вращения от вала к ступице зубчатого колеса, шкива, звездочки и других соосных деталей широко используют различные соединения зацеплением. В соединениях зацеплением (шпоночных, шлицевых и др.) передача нагрузки осуществляется за счет силового замыкания деталей через шпонки, зубья и другие подобные детали. Благодаря этому соединения являются разъемными, осуществляют фиксацию деталей в окружном направлении и допускают осевое взаимное смещение деталей в процессе работы. Однако трудоемкость изготовления таких соединений довольно высокая.

255

26.4.1. Шпоночные соединения

Соединение двух соосных цилиндрических деталей (вала и ступицы) для передачи вращения между ними осуществляется с помощью шпонки 1 – специальной детали, закладываемой в пазы соединяемых вала 2 и ступицы 3 (рис. 26.12).

Рис. 26.12. Соединение призматической шпонкой

В машиностроении применяют ненапряженные (без нагрузки) соединения (с помощью призматических и сегментных шпонок) и напряженные (с помощью клиновых шпонок). Шпонки этих типов стандартизованы, их размеры выбирают по ГОСТ 23360–78,

ГОСТ 24071–80 и ГОСТ 24068–80.

Основные достоинства соединений: простота конструкции и воз– можность жесткой фиксации насаживаемой детали в окружном направлении.

Однако соединения трудоемки в изготовлении, требуют ручной пригонки или подбора. Это ограничивает использование соединений в машинах крупносерийного и массового производства. Не рекомендуется применение соединений для быстро вращающихся валов ответственного назначения из-за сложности обеспечения концентричной посадки сопрягаемых деталей.

Основным для соединений призматическими шпонками является условный расчет на смятие (упругопластическое сжатие в зоне контакта).

256

Если принять для упрощения, что напряжения в зоне контакта распределены равномерно и плечо равнодействующей этих напряжений равно 0,5d (где d – диаметр вала), то средние контактные напряжения (напряжения смятия, вызывающие смятие рабочих граней)

где T – вращающий момент;

lp – рабочая длина шпонки (см. рис. 26.12);

t2 = 0,4h – глубина врезания шпонки в ступицу; σсм – допускаемое напряжение на смятие.

На практике сечение шпонки подбирают по ГОСТ 23360–78 в зависимости от диаметра вала, а длину l шпонки назначают на 5– 10 мм меньше длины ступицы. Затем по формуле (26.4) оценивают прочность соединения на смятие или вычисляют предельный мо-

мент, соответствующий напряжению σсм .

26.4.2. Шлицевые соединения

Общие сведения. Шлицевое соединение условно можно рассматривать как многошпоночное, у которого шпонки выполнены как одно целое с валом. По сравнению со шпоночными соединениями они имеют меньшие радиальные габариты, высокую несущую способность, взаимозаменяемы и обеспечивают хорошее центрирование деталей. Эти преимущества позволяют использовать соединения в условиях массового производства конструкций и при большей частоте вращения валов (рис. 26.14).

По форме поперечного сечения различают три типа соединений: прямобочные ГОСТ 1139–80; эвольвентные ГОСТ 6033–80; треугольные (изготовляются по отраслевым стандартам).

Проектирование и расчет соединений. Основные размеры (на-

ружный диаметр D и длину l) шлицевого соединения задают при конструировании вала. Длину соединения принимают не более 1,5D; при большей длине существенно возрастают неравномерность распределения нагрузки вдоль зубьев и трудоемкость изготовления.

257

а условие прочности на смятие

F

σсм Aсм

где Ft – срезающая сила (осевая или окружная); i – число поверхностей среза;

σсм = 200–300 МПа – допускаемое напряжение при смятии.

Рис. 26.15. Схемы к расчету соединений радиальным (а) и осевым (б) штифтами: d – диаметр штифта; d1 – диаметр вала

t d1

Осевые штифты (круглые шпонки) применяют в машинострое-

нии для передачи вращающего момента в неразъемных соединениях. Штифты диаметром d = (0,1–0,15)dв и длиной l = (3–4)dв (dв – диаметр вала) устанавливают по посадке с натягом Н7/r6 в отверстия, совместно просверленные и развернутые при сборке в валу и ступице по

260