Розрахунок таврових з'єднань

У таврових з'єднаннях із попередньою підготовкою кромок напруження в швах визначають так, як і для суцільних деталей, але порівнюють ці напруження із допустимими напруженнями для зварних швів.

Для таврових з'єднань, здійснених кутовими зварними швами без підготовки кромок, розрахунок на міцність виконують за напруженням зрізу в зварних швах. Згідно зі схемою навантаження таврового з'єднання (рис. 15.10) максимальне напруження зрізу має місце в точках верхніх кінців швів.

Це напруження дорівнює сумі напружень від дії двох складових сили F на двох взаємно перпендикулярних напрямах

F₁ = F cosα, F₂ = F sinα та моменту Μ = F₂h.

Для двох швів таврового з'єднання

τ_F1 = F₁/(2∙0,7kb); τ_F2 = F₂/(2∙0,7kb); τ_Μ = M/(2W₀) = 3M/(0,7kb²).

У виразі для τ_Μ величина W₀ = 0,7kЬ²/6 – осьовий момент опору перерізу одного шва в площині його руйнування.

Відповідно умову міцності такого таврового з'єднання записують у вигляді

τ_mах = √( τ_F1 + τ_Μ)² + τ²_F2 ≤ [τ]'. (6)

Для частинного випадку навантаження, наприклад при α = 0, дістають

F_l = F; F₂ = 0; Μ = 0 і τ = τ_F = F/(2 · 0,7kb) ≤ [τ]'.

Розрахунок з'єднань, виконаних контактним зварюванням. З'єднання точковим або шовним контактним зварюванням розраховують за напруженнями зрізу. Для з'єднання на рис. 15.11, a за умови рівномірного розподілу навантаження на всі зварні точки умову міцності записують у вигляді:

τ = 4F/πd²zi) ≤ [τ]', (7)

де z – число зварних точок; і – число площин зрізу (для з'єднання на рис. 15.11, а маємо z = 3, а i = 2).

Нерівномірність розподілу навантаження між зварними точками враховують вибором занижених допустимих напружень [τ]'. Число зварних точок, що розміщуються в напрямі лінії дії сили, рекомендують брати не більш як п'ять.

Шовне контактне зварювання (рио. 15.11,б) можна розглядати при розрахунку як неперервний ряд точок, що взаємно перекриваються. Тому умову міцності для з'єднання на рис. 15.11, б можна записати так:

τ = F/(al) ≤ [τ]', (8)

де а і l – відповідно ширина та довжина зварного шва.

Допустимі напруження для зварних з'єднань

Різноманітність факторів, що впливають на міцність зварних з'єднань, а також наближеність та умовність розрахункових формул обумовлюють потребу експериментального визначення допустимих напружень. Норми допустимих напружень беруть з урахуванням конкретних якісних показників зварювання та характеру навантаження швів.

Допустимі напруження для зварних швів назначають від допустимого напруження розтягу [σ]_ρ для основного металу. В табл. 15.1 наведені дані для визначення допустимих напружень зварних швів з'єднань деталей із низько- та середньовуглецевих сталей і деяких низьколегованих сталей при статичних навантаженнях. Допустимі напруження при циклічному навантаженні зварного з'єднання визначають за формулами:

[σ]'_R = [σ]' γ; [τ]'_R = [τ]'γ, (9)

де [σ]' та [τ]' вибирають з табл.

Коефіцієнт γ ≤ 1 враховує характеристику R = σ_min/σ_max або R = τ_min/τ_max циклів змінних напружень та ефективні коефіцієнти К_е концентрації напружень у зварних з'єднаннях. Значення γ визначають за формулою

γ = 1/ (0,6К_е ± 0,25) – (0,6/ К_е ± 0,25) R . (10)

Верхні знаки в знаменнику цієї формули беруть для дотичних напружень та нормальних, якщо найбільшими за абсолютним значенням є напруження розтягу, а нижні – якщо напруження стиску. Уразі рівності абсолютних значень нормальних напружень можна брати або верхні, або нижні знаки.

Значення ефективних коефіцієнтів К_е концентрації напружень для зварних з'єднань наведені в табл.

Якщо за формулою (10) дістають γ > 1, то в розрахунок беруть γ = 1. Це має місце при R > 0 і означає, що для даного циклу напружень вирішального значення набуває не втома, а статична міцність.

Наведені вище рекомендації для визначення допустимих напружень у зварних швах справедливі при якісно виконаному зварюванні, що задовольняє вимогам стандартів. Усякі дефекти в зварних швах (непровари, підрізи, поруватість, сторонні включення, тріщини) спричинюють різке зниження несучої здатності зварного з'єднання, особливо при циклічному навантаженні.

236