48. Сварные соединения: виды швов и соединений, разрушений, конструирование соединений. Сварные соединения угловыми швами: типы швов и соединений, разрушение, расчет и конструирование.

СВАРКА – процесс получения неразъемных соединений межатомных связей между соединяемыми деталями.

Сварные соединения применяют для обра­зования деталей сложной формы или больших размеров из отдельных более простых частей. Применяется в об­ластях машиностроения: транспортном, судостроении, сельхозмашино­строении. С помощью сварки изготовляют железнодорожные ва­гоны, корпуса судов, трубопроводы, цистерны, корпуса редукторов, шкивы, зубчатые колеса и др.

Виды соединений: 1. Сваривание при местном или общем нагреве детали. 2. Сваривание при помощи пластического деформирования. 3. При совместном действии 1 и 2. Виды швов: 1. Стыковые – свариваемые стыки детали лежат в одной плоскости. 2. Нахлесточные – свариваемые детали накладывают друг на друга и сваривают 2мя сварными швами. 3. Угловые - свариваются под некоторым углом друг к другу. 4. Тавровые – при свариваемости образ «Т». Если шов выполнен с промежутками по длине, он называется преры­вистым. Если связь между частями в нахлесточном или тавровом со­единении осуществлена в отдельных точках, шов называется точечным. Точечные и шовные соединения делят на одно- и двусрезные, а по ко­личеству рядов точек в направлении линии действия силы—одно- и многорядные. Соединения выполняют с помощью стыковых и угловых швов. Различают термический, термомеханический и механиче­ский классы сварки. К термическому классу сварки относятся дуго­вая, электрошлаковая, электронно-лучевая и др., к термомеханиче­скому классу — контактная, диффузионная и др.; к механическому — холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и магнитоимпульсная.

Дефекты сварки можно разделить на две группы: наружные — трещины, газовые поры, подрезы кромок, отклонения от заданных размеров и внутренние, ко­торые можно выявить только специальными методами контроля — внут­ренние трещины и газовые поры, непровар основного металла, шла­ковые включения. Подрезы ослабляют сечение основного металла в переходной (наиболее опасной) зоне. Непровар — отсут­ствие сплавления между наплавленным и основным металлом — может привести к ослаблению шва. Газовые поры и неметаллические включе­ния снижают плотность и прочность металла шва, его коррозионную стойкость. Трещины—наиболее опасный дефект сварного шва. На воз­можность их возникновения оказывает влияние химический состав металла, жесткость конструкции, концентрация напряжений, темпе­ратурный режим сварки.

При действии статических нагрузок разрушения сварных швов носят хрупкий характер и сопровождаются значительными пластиче­скими деформациями. Разрушение сварных деталей, находящихся под действием переменных напряжений, имеет усталостный характер, происходит непосредственно по шву или в основном металле в зоне, расположенной вблизи шва.

Угловые сварные швы выполняют нахлесточным соединением металла. Угловые сварные швы. В зависимости от внешней нагрузки бывают: 1. Лобовые швы (перпендикулярно напряжению силы). 2. Фланговые швы (шов параллелен вектору силы). Длина не менее 30 мм. 3. Косые. 4. Комбинированные.

В угловых швах концентрация напряжений выше, чем в стыко­вых. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений достига­ют значений Ко— 1,7...2,4 при автоматической и Ко— 2,3...3,2 при ручной сварке.

По форме поперечного сечения делят на: нормальный, прямой, выпуклый, вогнутый, улучшенный, улучшенный-вогнутый. Чем больше разница в катетах, тем прочнее. В расчеты угловых швов закладывают, в качестве катета, катет вписанного сечения шва прямоугольного треугольника. Угловые швы рассчитывают на срез. σ_ср^/ < [σ_ср^/]

Расчет ведут по наименьшему шву, расположенному в биссектрисной плоскости прямого шва. Минимальная площадь сечения шва равно Аmin=m*l=l*k*sin45=0.7*l*k Размер высоты опасного сечения шва равно m=0.7k условен, т.к. при сварке расплавляется основной металл. Фактически m>0.7k.

Условие прочности сварного лобового, флангового, комбинированного швов при действии растягивающей или сжимающей силы F τ_ш = F/A= F/(h_p*l_c) ≤ [τ _c^/] (1), где А – площадь среза углового шва, h_p – расчетная толщина шва, l_c – длина углового шва, равная сумме длин всех швов (длина периметра швов).

Расчетная толщина шва зависит от расчетного катета углового шва k, равного катету вписанного в поперечное сечение шва равнобед­ренного прямоугольного треугольника: h_p = kβ. Коэффициент β = 1...0,7 учитывает способ выполнения шва. Обычно принимают h_p = 0.7k, что увеличивает запас прочности.

Если рассчитывают фланговые швы соединения листа с уголком, то длина швов принимается обратно пропорциональной расстояниям между ними и линией действия растягивающей силы F:l₁ = l_c/b и l₂ = l – l₁, где l_c — суммарная длина шва.

При действии изгибающего момента М_и на соединение с одним швом τ_ш = M_и/W_и = 6M_и/(h_pl²)≤ [τ _с^/]; (2)

с двумя швами τ_ш = М_и/(ВА) = M_n/(Bh_pl) ≤ [τ _с^/]. где В = ( b + 2k/3) — плечо реактивной пары сил (расстояние между центрами тяжести сварных швов).

При действии поперечной силы F_п, создающей относительно шва момент пары сил М_И= F_п,а, результирующие касательные напряжения должны удовлетворять условию (3) Составляющие τ_шF и τ_шM определяют по формулам (1) и (2).

При действии силы под углом к направлению шва ее необходимо разложить по направлениям перпендикулярному и параллельному шву, определить напряжения τ_{ш n} и τ_{ш τ} по формуле (1), т_ш. м по формуле (2) и результирующее касательное напряжение по формуле (3):

Угловые швы, испытывающие переменные напряжения, рассчи­тывают на выносливость по напряжениям среза, определяемым по формуле (1) при условии τ_ш ≤ [τ _R^/], и нормальным напряжениям в основном металле по условию σ ≤ [σ_p].

Для швов таврового соединения, нагруженного растягивающей силой F, при ручной сварке условие прочности

τ_ш = F/(2h_p*l) = F (2*0.7kl) ≤ [τ _с^/];При автоматической сварке с полным проваром условие прочности такое же, как для стыкового шва:σ_ш = F/ (hl) ≤ [σ_р^/].

49.заклёпочные соединения: виды, способы изготовления, разрушение, расчет и конструирование. каковы условия прочности заклёпки? по каким зависимостям выполняют проектный и проверочный расчеты заклёпок?

Клепаные соединения –неразъемные соединения помощью заклпок.

Клепаные соединения применяют при изготовлении сложных тонколистовых конструкций, . колонн, ферм, мачт из профильного металла, деталей, состоящих из частей, выполненных из легких сплавов, а также конструкций, подверженных ди­намическим и вибрационным нагрузкам. область применения: самолетостроение, мостостроение, детали транспортных и грузоподъемных машин — крепление тормозных накладок, дисков к барабанам .

Соединяемые детали стягивают заклепкой , круглый стержень 1 с закладной головкой 5. Ее вставляют в совмещенные отверстия соединяемых деталей и, осаживая пуансоном 2 выступающий конец стержня, образуют вторую — замыкающую— головку. Отверстие может быть просверлено или пробито. Процесс образования замыкающей головки называется клепкой. При диаметре стальных заклепок до 12 мм применяют холодную клепку, при большем диаметре — горячую. Клепку выполняют вручную или машинами.

Классификация. В завис-ти от назначения клепаные соединения разделяются на прочные и прочно-плотные. По требо­ваниям, предъявляемым к надежности, их делят на нормальные и от­ветственные, для образования которых применяют соответствующие заклепки нормального и повышенного качества. Различают соединения нахлесточпые и стыковые (с накладками); по расположению заклепок — рядовые и шахматные, однорядные и многорядные. По числу сечений заклепки, испытывающих перерезывающие усилия, соединения делятся на односрезные (нахлесточные и с одной накладкой) и двухсрезные (с двумя накладками).

Достоинства- высокая надежность, удобство и надежность контроля шва, хорошая сопротивляемость вибрационным и ударным нагрузкам.. Недостатки — большой расход металла и повышенная трудоемкость, необходимость применения дополнительного дорогостоящего оборудования. Увеличение металла связано с увеличением толщины соединяемых частей из-за наличия отверстий, ослабляющих рабочие сечения, и большой массой заклепок, которые составляют 3,5...4% от массы конструкций (масса сварных швов составляет 1...1.5 %). Трудоемкость соединения обусловлена дополнительными операциями — разметкой, выполнением отверстий и др.; процесс клепки менее производительный, чем процесс сварки.

Наряду с заклепками со сплошным стержнем применяют полупустотелые и пустотелые.В прочных и прочно-плотных соединениях наиболее распространены заклепки с полу­круглой головкой, размеры которой зависят от диаметра стержня D = (l,5...1,75)d, R= (0,8..A)d, H = (0,6...0,65)d. Заклепки с по­тайной головкой применяют, если недопустимы выступающие части в шве; с полупотайной – соедин. тонких листов. В прочно-плотных швах для увеличен. плотности шва исп. закл. с низкими головками больших диаметров. Закл. с плоской головкой исп. в коррозионностойкой среде. Пустотел. и полупустотел. исп. при соедин. тонких листов (невозм. формир. замыкающих головок).

Материал д б пластичным для обеспечения возможности формирования головок.Заклепки изготовляют из углеродистых сталей Ст2, 15, 15кп, 30, 35, 45, сталей легированных (09Г2), меди (МЗ), латуни (Л63), алю­миниевых сплавов и других металлов .Их выпускают без покрытия и с покрытием — цинковым, кадмиевым, фосфатным, нике­левым, окисным без термической обработки и отожжен­ными или закаленными.

Рекомендуемые расстояния между заклепками: для односрезного однорядного шва шаг Р — 3d, двух­рядного Р — 4d для двухсрезного (с двумя накладками) однорядного — Р — 3,5 d, двухрядного — Р — 5,5d. Расстояние от оси заклепок до свобод­ной кромки в направлении действующей силы Р₁ рядами заклепок Р₂= (2...3)d.

Нарушение режима работы и виды повреждений. Неудовлетворительные условия работы соединения возникают при перекосе головок относительно стержня заклепки из-за чрезмерной неравномерности' распределения нагрузки между заклепками, при относительном умещении соединенных деталей, когда заклепки установлены с зазором. При нагрузке, действующей вдоль оси заклепки, может произойти смятие или срез головки, а также разрыв стержня. Если сила действует перпендикулярно оси заклепки, то при статическом нагружении соединение разрушается в результате среза стержня. Под воздействием вибрационной нагрузки разрушение заклепок происходит в результате среза или усталости при изгибе или растяжении стержня. Разру­шение соединения может произойти из-за прорезания материала соединяемых деталей по сечениям или смятия тела заклепки.

РАСЧЕТ КЛЕПАНЫХ СОЕДИНЕНИЙ . Размеры головки заклепки подобраны так, что обеспечивают достаточную прочность на срез их и смятие при выбранном диаметре стержня, то расчет ведут по упрощенной схеме на срез и смятие стержня при использовании допускаемых, напряжений, проверенных практикой конструирования и эксплуатации. Если нагрузка действует в направлении осей заклепок, прочность определяется расчетом на растяжение.

Критерий приближения прочности соединения к прочности сое­диняемых деталей-коэффициент прочности клепаного соединения: отношение напряжений в сечениях, неослабленном и ослабленном отверстиями. При силе F_р = F/z, приходящейся на участок шва, равный шагу Р, φ = σ/σ₀ = (F_P/p)/[FpKσ/(P - d)] = (P — d)/(PKσ) (1) Даже при К₀— 1 для однорядного односрезного шва, например, когда Р = 3d, получим ф = 0,67. Чтобы получить значения ф, стремятся увеличить ширину или толщину деталей в местах постановки заклепок.

Для прочноплотного соединения характеристикой плотности шва служит коэффициент скольжения — сила сопротивления про­скальзыванию листов, условно отнесенная к единице площади попереч­ного сечения заклепок: ξ = 4F_P/(πd²zi) ≤ [ξ]. Допускаемое значение коэффициента скольжения определяется экспериментально

Условие прочности заклепки на срез:

,

где Q-площадь поперченного сечения заклепки, m-число заклепок, n-число поверхностей среза одной заклепки, F-внешнее нагружение

Условие прочности на смятие:

,

где толщина наименьшего листа в соединении.

В прочноплотных соед-ях расчет на смятие не выполняют.

в случае недостат. прочности заклепки:

-увеличить число заклепок,

-увеличить шаг расположения заклепок.

=280…320МПа, =140 МПа, если клепка холодная, допустимые напр. уменьшить на 30%.

Если материал заклепок и детали одинаков, то листы на смятие не проверяют, в противном случае:

, где B-высота листа

В расчеты закладывают минимальное по площади сечение

Q_max=l*δ, Q_min=δ*(l-0,5*d₀)

коэффициент прочности шва

t-шаг

50. Заклепочные соединения: виды, способы изготовления и причины разрушения всех деталей соединения. Конструирование соединений. Запишите условия прочности основного металла и формулы для проверочных расчетов его.

Клепаные соединения применяют при из­готовлении сложных тонколистовых конструкций, колонн, ферм, мачт из профильного металла, деталей, состоящих из частей, вы­полненных из легких сплавов, а также конструкций, подверженных ди­намическим и вибрационным нагрузкам. Область применения: самолетостроение, мостостроение, детали транспортных и грузоподъемных машин — крепление тормозных накладок, дисков к барабанам.

Процесс образования замыкающей головки называется клепкой. При диаметре стальных заклепок до 12 мм и из меди, латуни применяют хо­лодную клепку, при большем диаметре — горячую. Клепку выполняют вручную или машинами.

Классификация. В завис-ти от назначения клепаные соедине­ния разделяются на прочные и прочноплотные. По требо­ваниям, предъявляемым к надежности, их делят на нормальные и от­ветственные, для образования которых применяют соответствующие заклепки нормального и повышенного качества. Различают соедине­ния нахлесточпые и стыковые (с накладками); по расположению закле­пок — рядовые и шахматные, однорядные и многорядные. По числу сечений заклепки, испытывающих перерезывающие усилия, соедине­ния делятся на односрезные (нахлесточные и с одной накладкой) и двухсрезные (с двумя накладками).

Достоинства - имеют преимущества при соединении частей, не допус­кающих нагрева при сварке, вследствие возможного отпуска. Недостатки — большой расход металла и повышенная трудоем­кость. Увеличение металла связано с увели­чением толщины соединяемых частей из-за наличия отверстий, ос­лабляющих рабочие сечения, и большой массой заклепок, которые составляют 3,5...4% от массы конструкций (масса сварных швов составляет 1...1.5 %). Трудоемкость соединения обусловлена допол­нительными операциями — разметкой, выполнением отверстий и др.; процесс клепки менее производительный, чем процесс сварки.

Наряду с заклепками со сплошным стержнем применяют полупустотелые и пустотелые.В прочных и прочноплотных соединениях наиболее распространены заклепки с полу­круглой головкой. Заклепки с по­тайной головкой применяют, если недопустимы выступающие части в шве; с полупотайной – соедин. тонких листов. В прочноплотных швах для увеличен. плотности шва исп. закл. с низкими головками больших диаметров. Закл. с плоской головкой исп. в коррозионностойкой среде. Пустотел. и полупустотел. исп. при соедин. тонких листов (невозм. формир. замыкающих головок).

Материал должен быть пластичным для обеспечения возможности формирования головок. Заклепки изготовляют из углеродистых сталей Ст2, 15, 15кп, сталей легированных (09Г2), меди (МЗ), латуни (Л63), алю­миниевых сплавов и других металлов. Их выпускают без покрытия и с покрытием — цинковым, кадмиевым, фосфатным, нике­левым, окисным без термической обработки и отожжен­ными или закаленными.

Конструкцию соединения разрабатывают после определения количества заклепок. Соединение с тре­мя заклепками выполняют, расположив заклепки в один ряд (рис.1,а), что приводит к равномерной нагрузке заклепок, но требует большой ширины соединяемых частей; по линии действия силы (б), что дает узкий стык, но не­равномерное распределение нагрузки между заклепками или треугольником (в) (вы­годно).

Нарушение режима работы и виды повреждений. Неудовлетвори­тельные условия работы соединения возникают при перекосе головок относительно стержня заклепки, из-за чрезмерной неравномерно­сти распределения нагрузки между заклепками, при относительном смещении соединенных деталей, когда заклепки установлены с зазо­ром. При нагрузке, действующей вдоль оси заклепки, может произой­ти смятие или срез головки, а также разрыв стержня. Если сила дей­ствует перпендикулярно оси заклепки, то при статическом нагружении соединение разрушается в результате среза стержня. Под воздействи­ем вибрационной нагрузки разрушение заклепок происходит в резуль­тате среза или усталости при изгибе или растяжении стержня. Разру­шение соединения может произойти из-за прорезания материала сое­диняемых деталей по сечениям или смятия тела заклепки.

Расчет заклепок. Заклепка может быть срезана по поперечному сечению площадью Q или смята по боковой пов-ти, контактирующей с более тонким из соединяемых листов. Условие прочности заклепки на срез: τ_{с зак} = 4F(/πd_зак ²nm) ≤[τ_с]_зак.

Где F –внешняя сила, n – число поверхностей среза одной заклепки, m - число заклепок в соединении.

Минимальная поверхность смятия: Q_min=б_mind_зак., б_min=h_2.

Условие прочности заклепки на смятие: σ_см = F/m(d_зак б_min)≤ [σ_см ]_зак.

В прочноплотных соединениях расчет на смятие не выполняют, только на срез проверяют. В случае недостаточной прочности заклепки необходимо принять конструктивные меры:

-увеличить число заклепок;

-увеличить шаг расположения заклепок.

Расчет соединяемых деталей. Соединенные листы могут не выдержать напряжения смятия, возникающие на пов-ти контакта с заклепками. σ_см = F/m(d_отв б_min)≤ [σ_см ]_л.

Другой причиной разрушения соединения может быть перегрузка листов по напряжениям растяжения, ослабленном отверстиями под заклепки. Условие прочности листов σ_рл = F/m₁б(t-d₀) ≤ [σ_р]_л, где m₁- число заклепок в наиболее ослабленном сечении; d₀- диаметр отверстия под заклепку, t - шаг расположения заклепок.

Соединяемые листы могут порваться по кромкам при перегрузке по напряжениям среза. У каждой заклепки лист срезается по двум сечениям. Наибольшая площадь одного такого сечения среза равна Q_max=еб, где е – расстояние от заклепки до кромки, б – h1+h2. Минимальная пов-ть среза листа у заклепки равна Q_min=б(е-0,5d₀).

Условие прочности листа на срез: τ_{ср л} = F/m₂2б(е-0,5d₀ ) ≤[τ_с]_л. m₂- число заклепок в кромочном ряду. Чтобы охарактеризовать степень ослабления склепываемых деталей под заклепки, вводят коэф-та прочности шва = (t-d)/t =0,65-0,85. t –шаг расположения заклепок, d – диаметр отверстий соединяемых листов.

Допускаемые напряжения. При расчете соединений допускаемые напряжения принимают в соответствии с рекомендациями. Для заклепок из стали Ст2, СтЗ [τ_ср] =100...140 МПа, [σ_см] = 240...320 МПа, [σ_Р] = 90МПа. Меньшие значения принимают, когда отверстия под заклепки продавлены, большие — для просверленных отверстий.

51. К какому типу соединений относят резьбовые соединения? что такое чистые, черные и получистые винты? в какой материал глубина завинчивания винта больше: в хрупкий или пластичный? почему?

Все машины, механизмы и их узлы собирают из деталей посредством их соединения. Все соединения деталей могут быть разде­лены на две группы: разъемные и неразъемные. Резьбовые соединения относятся к разъемному неподвижному соединению.

Разъёмные соединения – это соединения деталей, позволяющие осуще­ствлять многократную сборку и разборку соединения без нарушения целостности деталей. Например, резьбовые, шпоночные, штифтовые, шлицевые соединения.

Эти соединения, в свою очередь, могут быть:

• подвижными, т.е. позволяющими относительное движе­ние соединяемых деталей; или

• неподвижными, т.е. не позволяющими относительное движе­ние соединяемых деталей.

В зависимости от способа изготовления винты и шпильки делят на:

а) черные, т.е. полученные горячей или холодной выса­дкой с последующей накаткой резьбы;

б) чистые, т.е. по­дученные точением с последующим нарезанием резьбы;

в) получистые, т.е. черные, но со снятой резанием фаской на резьбо­вом конце.

Глубина завинчивания винтов и шпилек в зависимости от материала детали должна быть не менее [1, с. 97]:

• (1,00…1,25) ^. d – для стальной детали;

• (1,25...1,50) ^. d – для чугунной детали;

• (1,50...2,00) ^. d – для детали из алюминиевых и магниевых сплавов

Глубина завинчивания больше в пластичном, т. к.

Хрупкие материалы (чугун, твердая бронза) в основном деформируются упруго и при незначительных остаточных изменениях разрушаются. Пластичные материалы (стали и большинство цветных металлов) после упругого деформирования способны воспринимать (до разрушения) значительные пластические деформации.