Допускаемые напряжения для сварных швов.

Основное требование при проектировании сварных конструкций - обеспечение равнопрочности шва и соединяемых им деталей. В соответствии с этим требованием в зависимости от размеров и расположения свариваемых деталей устанавливают соответствующий тип шва данного соединения. Если сварное соединение осуществляется несколькими швами, то их располагают так, чтобы они были нагружены равномерно.

Прочность сварного соединения зависит от:

- качества основного материала (легко или трудно свариваемые);

- совершенства технологического процесса сварки (автоматическая, ручная и т.д.);

- конструкции соединения и способа сварки (от расположения деталей и используемого типа сварного шва);

- характера действующих нагрузок (постоянные или переменные).

Значительно снижают прочность: непровары, шлаковые и газовые включения и т. д. Эти дефекты являются основными причинами образования трещин как в процессе сварки, так и при эксплуатации изделий (особенно при переменных и ударных нагрузках).

Допускаемые напряжения на растяжение основного металла при статических нагрузках:

,

где – допускаемый коэффициент запаса прочности (в зависимости от используемой стали); - предел текучести основного металла; - допускаемое напряжение на растяжение основного металла.

Допускаемые напряжения для сварных швов при статической нагрузке задают в долях от допускаемого напряжения на растяжение основного металла :

- при растяжении (сжатии);

- при срезе.

При переменных нагрузках значения допускаемых напряжений снижают умножением на коэффициент :

,

где - эффективный коэффициент концентрации напряжений; - коэффициент асимметрии цикла; и - числовые коэффициенты.

Верхние знаки в этой формуле принимают, если больше абсолютное значение растягивающего напряжения, а нижние - сжимающего.

Для углеродистых сталей принимают и , а для низколегированных и . Значение эффективных коэффициентов концентрации напряжений для стали принимают в зависимости от типа сварного шва:

- для стыковых швов;

- для лобовых швов;

- для фланговых швов.

Пути повышения прочности сварных соединений:

- применение соответствующего типа сварки и электрода (в зависимости от вида нагрузки и расположения деталей);

- равномерное нагружение сварных швов (симметрично относительно действующей нагрузки);

- применение соответствующего профиля сварного шва (вогнутого, специального и т.д.);

- применение нескольких сварных швов (тем самым увеличиваем общую длину шва и соответственно уменьшаем действующие напряжения).

 

Лекция 5.

Соединения с натягом.

В материал лекции входит: характеристика соединений с натягом, особенности технологии сборки и область применения. Критерии работоспособности и расчет на прочность.

Общие сведения.

Соединение двух деталей можно осуществить без применения болтов, шпонок, сварных швов и т.д., для этого достаточно при сборке запрессовать одну деталь в другую (рис. 5.1.). При этом диаметр охватываемой детали (вала) делают больше, чем диаметр отверстия охватывающей детали (втулки).

Рис. 5.1.

Натягом называют положительную разность диаметров вала и отверстия: (измеряется в мкм). В месте соединения детали упруго деформируются - диаметр посадочных (контактирующих) поверхностей становится общим , на поверхностях деталей возникает контактное давление и соответствующие ему силы трения. Силы трения обеспечивают неподвижность соединения и позволяют воспринимать вращающий момент, осевую силу и изгибающий момент.

Нагрузочная способность соединения зависит от величины натяга, который в свою очередь зависит от величины нагрузки.

С помощью натяга можно осуществлять сборку не только цилиндрических деталей, но и призматических и конических.

Соединения с натягом применяют для установки на валы и оси зубчатых колес, шкивов, звездочек, маховиков, подшипников качения и т.д., используют при изготовлении составных коленчатых валов, червячных колес и др.

Соединения деталей с натягом относят к неразъемным соединениям условно, т.к. они допускают ограниченное число разборок и новых сборок.

Достоинства соединений с натягом:

- простота конструкции;

- хорошее восприятие больших статических и динамических нагрузок;

- хорошее центрирование соединяемых деталей;

- возможность разборки соединений (ограниченно).

Недостатки соединений с натягом:

- сложность разборки;

- возможность уменьшения натяга соединяемых деталей и повреждения их посадочных поверхностей при сборке (запрессовке), а вследствие этого – требование повышенной точности изготовления посадочных поверхностей (например, пониженная шероховатость);

- высокая концентрация напряжений у краев отверстия втулки.

По способу сборки различают соединения с натягом выполненные:

- прессованием;

- температурным деформированием (нагревом втулки либо охлаждением вала).

Прессование – достаточно распространенный и несложный способ сборки, выполняемый на прессах; однако, у данного метода есть недостатки: смятие и частичное срезание (шабровка) шероховатостей посадочных поверхностей (а, следовательно, уменьшение натяга), возникновение неравномерных деформаций деталей по длине контакта и повреждений их торцов. Срезание и смятие шероховатостей приводят к ослаблению прочности соединения до 1,5 раз по сравнению с соединением выполненным температурным деформированием.

Сборку температурным деформированием выполняют с предварительным нагревом охватывающей (втулки) или с охлаждением охватываемой детали (вала). Температура нагрева должна быть ниже температуры низкого отпуска, чтобы не происходило структурных изменений в металле, т.е. изменений физико-механических свойств материала (для сталей - , для бронз - ). Для охлаждения вала используют твердую углекислоту или жидкий воздух ).