2.6. Сварные соединения угловыми швами

Проектный расчет сварных угловых швов при заданных размерах детали и заданной нагрузке заключается в определении катета швов К.

В конструкциях винтовых механизмов, которые рассмотрены в данной работе, применяются два типа соединений угловыми швами.

Первый тип сварного соединения (задания четвертое и пятое) – кольцевой угловой шов, поставленный вместо бурта гайки силового винта (рис. 5). При расчете шва принимают (условно), что корпус и гайка стальные (Ст.3). Соединение нагружено силой Q и крутящим моментом Т_р. Сила Q является основной нагрузкой шва, момент Т_р – дополнительной (напряжение в шве от момента Т_р в 8-10 раз меньше, чем от силы Q).

Рис. 5. Кольцевой угловой шов.

Расчет такого соединения целесообразно проводить только по основной нагрузке, а дополнительную нагрузку учитывать путем понижения допускаемого напряжения. Тогда условие прочности кольцевого шва

Отсюда

(48)

Здесь А – расчетная площадь кольцевого шва;

[]’_ср – допускаемое напряжение в сварном угловом шве.

Если сварка выполняется вручную электродами обычного качества (электродами Э42 и Э50), то

(49)

При автоматической сварке под флюсом и при ручной сварке электродами Э42А и Э50А

(50)

В формулах (49) и (50)

_т – предел текучести основного металла (при расчете кольцевого шва основной металл – Ст.3);

n – коэффициент безопасности (при расчете только по основным нагрузкам для углеродистых сталей n = 1.45 1.55);

 – коэффициент понижения допускаемых напряжений при переменных нагрузках, который для соединений, выполненных угловыми швами, вычисляется по формуле

(51)

где r – коэффициент асимметрии цикла напряжений (при пульсирующей нагрузке r = 0).

После того, как по формуле (49) или (50) определено допускаемое напряжение []’_ср , а затем по формуле (48) определена расчетная площадь шва А, вычисляется катет шва К

(52)

Размер К округляется по ГОСТ 6636-69.

Второй тип сварного соединения (задание первое, второе и седьмое) – соединение втавр (впритык) угловыми швами.

Втавр соединятся элементы, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 6).

Рис. 6. Схема к расчету сварного соединения детали прямоугольного сечения (h – высота детали; b – ширина детали; k – катет шва)

При нагрузке, показанной на рис. 6 считается, что прочность соединения обеспечена, если выполняется условие

где []’_ср – допускаемое напряжение в угловых швах;

_с – условное суммарное напряжение.

Допускаемое напряжение []’_ср определяется по формуле (49) или (50) (в зависимости от вида технологического процесса сварки). Однако, поскольку в данном случае расчет выполняется по основным и дополнительным нагрузкам, коэффициент безопасности n=1.31.4.

Условное суммарное напряжение определяется зависимостью

где _M – максимальное напряжение в сварных швах от изгибающего момента М (при нагрузке, показанной на рис.6, М=Rl);

_F – напряжение в швах от продольной силы F;

_R – напряжение в швах от поперечной силы R.

В последних трех формулах

А = 1.4 К( h + b ) – расчетная площадь сечения сварных швов;

А₁ = 1.4 K h – расчетная площадь сечения вертикальных швов;

W – расчетный момент сопротивления сечения швов при изгибе.

С некоторым приближением расчетный момент сопротивления сечения швов может быть определен по формуле

где h – высота детали (см. рис.6);

U – коэффициент, зависящий от отношения ширины детали b к ее высоте h; значения U приведены в таблице 6.