Методички / Курс деталей машин

Аналогично определяют момент инерции:

где hmax – расстояние от нейтральной оси до наиболее удаленного волокна опасного сечения;

Результирующее напряжение определяют по формуле (4.8).

Пример 4.2. Проверить прочность таврового сварного соединения (см. рис. 4.15) по замкнутому контуру швеллера №10 к стене угловыми швами при действии комбинированной нагрузки. Исходные данные: продольная сила F = 18

кН, поперечная сила Q = 6 кН, изгибающий момент M = 240 Н м. Материал соединяемых деталей сталь Ст4. Коэффициент асимметрии цикла R = -1.

Решение.

Допускаемое напряжение для стали Ст4 [ ] = 140 МПа (прил. 4). Геометрические параметры швеллера №10: высота стенки h = 100 мм; ширина полки b = 45 мм; толщина стенки s = 4,5 мм; толщина полки t = 7,6 мм; площадь сечения А = 10,9 см 2 ; момент инерции относительно центра тяжести сечения I =

175 см 4 (прил. 7). При Кэф = 3,5 (прил. 3) понижающий коэффициент;

1 0,24. 0,6 3,5 0,2 (0,6 3,5 0,2)

Допускаемое касательное напряжение сварного шва по формуле (4.7) при ручной дуговой сварке электродами Э42А (прил. 2):

0,65 140 0,24 21,8 МПа.

Опасное сечение – составное из ленточек шириной 0,7k . Принимаем k = 4

мм < s. Площадь опасного сечения шва:

Аш = ((b + 0,7·k)·(h + 2·0,7·k) – A- (b – s - 0,7·k)·(h – 2·t – 2·0,7·k) =

=((45 + 0,7·4)·(100 + 2·0,7·4) – 10,9 ·10 2 - (45 – 4,5 - 0,7·4) ×

×(100 – 2·7,6 – 2·0,7·4) = 972 мм 2 .

Момент инерции опасного сечения шва:

Iш ((b + 0,7·k)·(h + 2·0,7·k) 3 )/12 – 175 ·10 4 - ((b – s - 0,7·k) ×

× (h – 2·t – 2·0,7·k) 3 )/12 = ((45 + 0,7·4)·(100 + 2·0,7·4) 3 )/12 – 175 ·10 4 -

(18,52 9,18)2 6,172 28,38 МПа > [21,8].

Вывод: Прочность недостаточна.

Угловое соединение рассчитывают по методике расчёта таврового

соединения, так как является его частным случаем.

4.6. Соединения контактной сваркой

Контактная сварка основана на использовании повышенного омического сопротивления и осуществляется несколькими способами. При стыковой сварке через детали пропускают ток в несколько тысяч ампер. Основное количество теплоты выделяется в месте стыка, где наибольшее сопротивление. Металл в этой зоне разогревается до пластического состояния или даже до поверхностного

оплавления. Затем энергию выключают, а разогретые детали с силой сдавливают.

Стыковая контактная сварка при соблюдении установленных правил технологии обеспечивает равнопрочность соединения и деталей, поэтому можно не выполнять специальных расчётов при статических нагрузках. При переменных

нагрузках допускаемые напряжения понижают аналогично дуговой сварке.

Точечная сварка (рис. 4.16, а) применяется преимущественно для соединения деталей из тонкого листового металла. Диаметр сварной точки

выбирают в зависимости от толщины меньшей из свариваемых деталей:

3.2.7. Оценка и применение

Сварные соединения почти полностью вытеснили заклёпочные из многих областей машиностроения, в том числе судо- и котлостроения, кроме следующих случаев:

а) вибрационная нагрузка (авиастроение и мостостроение);

б) опасность коробления деталей при сваривании;

в) соединение деталей из не свариваемых друг с другом материалов.

В сравнении с заклёпочными соединениями сварные соединения имеют следующие достоинства:

1)высокая технологичность;

2)высокая производительность;

3)экономия металла за счет отсутствия накладок;

4)возможность образования равнопрочного соединения.

Замена сваркой других технологий, в частности литья, позволяет:

а) упростить производство (отсутствие моделей, форм);

б) снизить массу до 40% за счет уменьшения толщины стенок.

Вусловиях индивидуального и мелкосерийного производства сварка экономически выгоднее, чем литьё.

Недостатки сварных соединений:

1) термические деформации и наличие остаточных напряжений;

2) высокая чувствительность к переменным нагрузкам;

3) высокая концентрация напряжений при сварке угловыми швами;

4) сложность и трудоёмкость контроля качества.

Вмашиностроении почти исключительно в сварном исполнении

изготовляются следующие изделия:

а) резервуары, котлы и сосуды высокого давления;

б) металлоконструкции подъёмно-транспортных машин (фермы, балки,

колонны);

в) рамы, тележки, части кузовов автомобилей и подвижного состава железных дорог;

г) зубчатые колёса, шкивы, барабаны;

д) корпуса редукторов;

е) станины.

Вопросы для самоподготовки

1.Что такое соединения?

2.Как классифицируются соединения?

3.На каком принципе основан способ сварки?

4.Сравните стыковые и нахлёсточные соединения по их конструкции и концентрации напряжений.

5.Какие принимают меры по снижению концентрации напряжений в стыковых соединениях?

6.Как снижают концентрацию напряжений в угловых швах?

7.Какие сечения принимают расчётными в стыковых швах, угловых швах?

8.По каким напряжениям рассчитывают угловые швы?

9.Каковы особенности расчёта допускаемых напряжений в сварных

соединениях?

10.Как определяется результирующее напряжение в угловых швах при комбинированной нагрузке?

11.Какие швы могут быть равнопрочными основному материалу?

12.Почему при сварке уголка к косынке длины швов принимают разными?

13.В каких случаях сварные швы не смогли вытеснить заклёпочные?

14.Дайте оценку сварных соединений.

Вопросы, выносимые на экзамен

7.Соединения. Классификация. Сравнительная оценка соединений.

8.Сварные соединения. Основные сведения. Классификация сварных швов и соединений. Расчёт стыковых сварных швов соединения встык.

Вопросы, выносимые на Олимпиаду

1.Общие сведения о соединениях, понятие о коэффициенте прочности.

Сравнительная оценка соединений.

2.Заклёпочные соединения. Общие сведения, основные типы заклёпок,

материалы, классификация заклёпочных швов и соединений.

3.Расчёт прочных заклёпочных соединений на прочность.

4.Соединения пайкой и склеиванием. Общие сведения и расчёт.

5.Сварные соединения. Виды сварки. Классификация сварных швов и соединений.

6.Стыковые сварные соединения. Расчёт при действии различных нагрузок.

Концентрация напряжений.

7.Сварные соединения внахлёстку. Виды швов. Расчёт лобового, фланговых,

комбинированного швов при действии растягивающей нагрузки.

8.Расчёт лобового, фланговых (коротких) угловых швов соединения внахлёстку при действии комбинированной нагрузки. Концентрация напряжений.

9.Расчёт угловых швов сварных соединений внахлёстку при действии

момента в плоскости стыка (приближенный способ).

10.Расчёт угловых швов сварных соединений внахлёстку при действии момента в плоскости стыка (уточненный способ).

11.Сварные швы контактной сваркой. Конструкции и расчёт.