ДМ / Деталі машин КЛ [Стадник В. А

Як приклад, розглянемо розрахунок заклепкового шва з одним рядом заклепок при з’єднанні деталей внапуск (рис 24.4).

Заклепкове з’єднання може зруйнуватись у результаті наступних видів деформацій заклепок: 1) зрізу заклепок у площині з’єднання деталей; 2) зминання заклепок деталями; 3) згином заклепок при зсуві деталей.

Якщо заклепки виявляється міцними і витримають вище перераховані деформації, то з’єднання може зруйнуватися в результаті наступних видів деформацій деталей: 1) розриву деталей в найбільш небезпечному їх перерізі, тобто, в перерізі А-А, ослабленому отворами; 2) зрізу листа заклепками, якщо відстані до краю деталі і між рядами будуть малі; 3) зминання матеріалу листа під заклепками.

Розрахунок заклепкового шва полягає у визначенні d , t , e . Розрахунок виконується за імперічними залежностями, одержаними з умови рівноміцності

610

з’єднуваних деталей і показаному хвильовою лінією.

Номінальні напруження зрізу (дотичні напруження) будуть однаковими у всіх точках перерізу, і умова міцності стрижня заклепки за допустимими напруженнями прийме вид

Одержаний за формулою (24.2) діаметр d округляють до найближчого більшого стандартного значення d непоставленої заклепки. У специфікації до креслення указують діаметр стрижня непоставленої заклепки.

Розрахунки заклепки на міцність виконують за діаметром стрижня поставленої заклепки (тобто, за діаметром отвору, який приймають за стандартом у залежності від діаметру непоставленої заклепки).

Після призначення діаметра заклепки його перевіряють на зминання

де σзм. і [σ ]зм. - розрахункове і допустиме напруження на зминання для заклепкового з’єднання, МПа (див. табл. 24.1); δ - товщина самої тонкої склепуваної деталі, мм.

Розрахунок з’єднуваних деталей (листів).Руйнування деталей у перерізі,

ослабленому отворами (див. рис. 24.4), може відбуватися під дією великих статичних навантажень. Номінальне напруження розтягу в цьому перерізі також повинна задовольняти умову міцності за допустимим напруженням при розтязі для матеріалу деталей

де Анетто - площа деталі в небезпечному перерізі з урахуванням ослаблення її

(заклепками) з’єднання деталей (див. рис. 24.4; сліди руйнування показані поздовжніми хвилястими лініями). Для попередження цього прорізання повинна також виконуватися умова міцності за допустимими напруженням

зрізу для матеріалу деталей (листів) [τ ]′зр.

де ( e − 0 ,5d ) - довжина небезпечного перерізу.

612

Коефіцієнт міцності шва. Для оцінки якості спроектованого заклепкового з’єднання шва вводять так званий коефіцієнт міцності шва ϕ . Він дорівнює відношенню міцності на розтяг листа, ослабленого отворами під заклепки до міцності на розтяг цілого листа, тобто

матеріал з’єднуваних деталей (листів)використовується краще. Значення ϕ підвищується в міру збільшення числа рядів заклепок; для напусткового однорядного з’єднання ϕ = 0 ,67 ; для дворядного шва внапуск ϕ = 0 ,75 ; для однорядного шва з двома накладками ϕ = 0 ,71 ; для дворядного шва з двома накладками ϕ = 0 ,84 .

24.4. Розрахунок з’єднань при несиметричному навантаженні

Якщо з’єднувані елементи піддані згину (випадок несеметричного навантаження), то навантаження між одиночними заклепочними з’єднаннями розподіляється нерівномірно. У цьому випадку розрахунок групових з’єднань зводиться звичайно до визначення найбільш навантаженої заклепки і оцінки її міцності.

Розглянемо з’єднання, що містить 12 заклепок однакового діаметру d під дією сили F (рис. 24.5, а). Приймемо для спрощення, що тертя між

613

Рис. 24.5. Розрахункові схеми заклепкового з’єднання при несиметричному навантаженні.

з’єднуваними листами відсутнє і все зовнішнє навантаження передається через заклепки. Будемо вважати, що деформації (згин, зсув) з’єднуваних деталей малі у порівнянні з деформаціями стрижнів заклепок. При цих допущеннях можна вважати, що можливий взаємний поворот з’єднуваних деталей (листів) відбудеться навкруг точки С (див. рис. 24.5, а) – центра ваги поперечних перерізів стрижнів заклепок. Таким чином, точку С можна використати в якості центра приведення зовнішньої сили F .

В результаті приведення позацентрової сили F в точку С задача розрахунку групового з’єднання зводиться до визначення найбільш навантаженої заклепки від дії центральної сили F (або її осьових складових) і обертаючого моменту T = F × L (рис. 24.5, б; L - відстань від точки С до лінії дії сили F , див рис. 24.5, а).

Якщо з’єднання піддано дії декількох сил F1 , F2 … Fn , то в результаті приведення їх до точки С, воно буде навантажене головним вектором і головним моментом від цих сил.

614

При пружній деформації заклепок дію кожного силового фактору F і T можна розглядати незалежно. Тоді зусилля, що приходиться на кожну заклепку від сили F (рис. 24.5. в) дорівнює, як звичайно

QiF = F ,

n

де i - номер заклепки, i =1, 2, 3…12.

Момент T викличе у кожній заклепці реактивне зусилля QiT ,

направлене перпендикулярно радіусу-вектору ri , проведеному із точки С в центр перерізу і-ої заклепки (рис. 24.5, г). Зусилля буде пропорційне переміщенню перерізу в результаті деформації зсуву. Так як зсуви перерізів

Якщо ураховувати, що зовнішній момент T зрівноважується моментами від зусиль на заклепки, тобто

n

T = ∑QiT × ri = Q1T × r1 + Q2T × r2 + ... + QnT × rn ,

i =1

то після підстановки в це рівняння рівностей (24.11) одержимо

або зусилля на і-у заклепку

Зусилля на найбільш навантажену заклепку (рис. 24.5, д)

615

Qi max = max( QF + QiT ) ,

звідки модуль цього зусилля

Qi max = max(QF 2 + QiT 2 + 2QF × QiT cosϕi ), (24.13)

де ϕi - кут між векторами QF і QiT .

Діаметр заклепки при відомому значенні Qmax і її матеріалі знаходимо за формулою (24.2).

Контрольні запитання

1.Опишіть процес утворення заклепкового з’єднання. Яку форму мають заклепки та з яких матеріалів їх виготовляють?

2.Охарактеризуйте основні переваги та недоліки заклепкових з'єднань.

3.Наведіть характерні приклади заклепкових з'єднань та дайте співвідношення для їхніх основних розмірів.

4.Які види розрахунків на міцність виконують для заклепок та деталей, що з'єднуються заклепками?

5.Від яких факторів залежать допустимі напруження для деталей заклепкового з'єднання?

616

Тема 25. Зварні, паяні і клейові з’ єднання

Зварні, паяні і клейові з’єднання найбільш розповсюджені види

з’єднання деталей, але і як технологічні способи їх виготовлення. Зварні і паяні деталі часто успішно заміняють литі і ковані, вони не вимагають моделей або форм, штампів, а тому мають нищу вартість в умовах одиничного і дрібносерійного виробництва.

25.1. Зварні з’єднання, класифікація і різновидності зварних швів

З’єднання деталей за допомогою зварювання є найбільш досконалим і розповсюдженим в теперішній час різновидом нерознімних з’єднань.

Зварювання – технологічний процес з’єднання деталей, який здійснюється при місцевому нагріванні стику деталей до розплавленого або пластичного стану з їх подальшим взаємним деформуванням. Основна мета нагрівання при зварюванні – послабити зв’язок між молекулами металу, інтенсифікувати процес дифузії, необхідної для одержання з’єднання.

Застосовувані в сучасному машинобудуванні способи зварювання дуже різноманітні. Кожний із них має свої конкретні області застосування. Вивчення різних способів зварювання є предметом спеціальних розділів курсу „ Технологія металів і конструкційні матеріали ”.

Із багатьох способів з’єднання деталей зварюванням найбільш широке застосування у машинобудуванні знаходить спосіб електричного зварювання, який може бути двох видів -- дугове і контактне зварювання.

Дугове зварювання належить до зварювання плавленням, при якому місцевий нагрів і плавлення матеріалу зварюваних частин здійснюється електричною дугою. Вперше явище електричної дуги було відкрито у 1802 р. російським академіком В. В. Петровим.

617

Використання електричної дуги для зварювання запропонував і здійснив у 1882 р. російський винахідник, виходець із України (м. Бобринець, Кіровоградської області) Н. Н. Бенардос.

При зварюванні способом, запропонованим Бенардосом, електродом служить вугільний або графітовий стрижень (рис, 25.1). Цей спосіб зберіг своє значення до теперішнього часу для зварювання кольорових металів.

Фіг. 25.1. Схема дугового зварювання, запропонована Н. Н. Бенардосом

Основним видом дугового зварювання є зварювання за способом, вперше запропонованим і здійсненим у 1888 р. інженером Н. Г. Слов’яновим. На відміну від способу Бенардоса, електродом тут служить металевий стрижень 1 діаметром від 1,5 до 12 мм (рис, 25.2), що є одночасно і присаджувальним металом.

Фіг. 25.2. Схема дугового зварювання, запропонована Н. Г. Слов’яновим:

1 – електрод; 2 – електротримач; 3 – гнучкий кабель; 4 – джерело струму; 5 – зварювані вироби

618

Для здійснення зварювання способом Слов’янова електрод 1 затискується в електротримач 2 і з допомогою гнучкого кабелю 3 приєднується до одного із полюсів джерела струму 4, а зварювані вироби 5 приєднуються до другого полюсу. Процес зварювання розпочинається з запалювання електричної дуги, для чого зварювальник легким дотиканням кінця електрода до виробу створює коротке замикання ланцюга. Електрична дуга, що виникла в результаті короткого замикання, плавить одночасно як електрод, так і основний метал, створюючи ванночку (рис. 25.2). В міру того, як дуга переміщається вздовж з’єднання, розплавлений метал, що залишається позаду її твердне, створюючи між зварюваними деталями валик (електричний шов), який зв’язує їх в одне ціле.

В наш час процес електричного зварювання значно розвинутий і удосконалений і здійснюється трьома основними способами: ручне дугове зварювання металевим електродом; автоматичне дугове зварювання

металевим електродом під шаром флюсу; електрошлакове зварювання та контактне зварювання – стикове, шовне та точкове. Перші три способи належать до зварювання плавленням, а останній – до зварювання, що здійснюється деформуванням нагрітого до пластичного стану матеріалу деталей, які підлягають з’єднанню. Із різних способів зварювання плавленням найбільш часто застосовують дугове зварювання з застосуванням металевих електродів.

Ручне дугове зварювання металевим електродом здійснюється за допомогою електричної дуги, що виникає між деталлю та електродом. Виділена при цьому теплота оплавляє краї деталей і розплавляє електрод, матеріал якого витрачається на формування зварного шва. Стикання розплавленого метала з повітрям має шкідливий вплив на якість шва, так як при переході з електрода на виріб рідкий метал поглинає з повітря кисень і азот, які роблять наплавлений метал крихким і неоднорідним. Для захисту розплавленого металу від шкідливого впливу повітря (окислення і насичення азотом) застосовують флюси. При ручному дуговому зварюванні флюси наносять на поверхню

619