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 напруже–ння 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 напружен–нями 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_еконцентрації 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.

 

З'ЄДНАННЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ТА ПРУЖНІ ЕЛЕМЕНТИ

РІЗЬБОВІ З'ЄДНАННЯ

Загальні відомості

Будь–яка машина складається з багатьох деталей та окремих скла­дальних одиниць. Ці деталі та складальні одиниці пов'язані між со­бою тим чи іншим способом. Зв'язки елементів машини поділяють на рухомі (шарніри, підшипники) та нерухомі (різьбові, зварні).

Використання рухомих зв'язків елементів обумовлене кінемати­кою машини. Нерухомі зв'язки застосовують для забезпечення мож­ливості розбирання машини на деталі та складальні одиниці. Потре­ба розбирання спричинена спрощенням виготовлення, складання, ре­монту та транспортування.

Нерухомі зв'язки деталей у машинобудуванні називають з'єд­наннями. Всі види з'єднань поділяють на роз'ємні та нероз'ємні.

Роз'ємні з'єднання (різьбові, шпонкові, зубчасті (шліцеві), кле­мові та ін) допускають розбирання з'єднаних деталей без пошко­джень елементів з'єднання.

Нероз'ємні з'єднання (зварні, паяні, клепані та ін.) не дають змоги виконувати розкладання з'єднаних деталей без пошкодження еле­ментів з'єднання. Використання нероз'ємних з'єднань обумовлене технологічними та економічними вимогами.

Проміжне місце між роз'ємними та нероз'ємними займають пре­сові з'єднання В деяких випадках ці з'єднання проектуються як нероз'ємні, і розкладання їх може спричинити пошкодження спряже­них поверхонь та послаблення посадки деталей. Але при малих на­тягах, характерних, наприклад, для посадки кілець підшипників кочення, ці пошкодження незначні, навіть для багатократного на­пресовування.

З'єднання деталей машин є дуже важливими елементами конструк­цій, бо багато аварій або порушень нормальних режимів роботи ма­шини обумовлені незадовільною міцністю та надійністю з'єднань.

Різьбовими називають такі з'єднання, які виконуються за допо­могою деталей, що мають різьбу.

Широке використання різьбових з'єднань у машинобудуванні обумовлене їхньою простотою, високою несучою здатністю, надійністю, а також зручністю з'єднання та роз'єднання деталей. За­стосуванню різьбових з'єднань сприяють також наявність значної но­менклатури спеціальних різьбових деталей, пристосованих до різних конструктивних варіантів з'єднань, їхня широка стандартизація та мала вартість в умовах масового виготовлення.

Обмеження у використанні різьбових з'єднань пов'язані з наяв­ністю значної кількості концентраторів напружень на поверхнях різьбових деталей, що зменшує їх втомну міцність при дії змінних напружень.