Пример комбинированного сварного соединения приведен на рис 2.15.

Рис. 2.15 Комбинированное сварное соединение

Условие прочности шва:

,

Шов круговой, нагруженный крутящим моментом

Расчетная схема кругового шва, нагруженного крутящим моментом, приведена на рис. 2.16.

Рис. 2.16. Расчетная схема кругового шва, нагруженного крутящим моментом

Расчету подлежат швы № 1 и № 2.

Шов № 1

Сечение кругового шва приведено на рис. 2.17.

Рис. 2.17. Сечение кругового шва № 1

Из рисунка d₁ = d + 2^.0,7k

Условие прочности шва:

,

где .

Для узких кольцевых сечений (рис. 2.18):

.

Учитывая, что в нашем случае ,

,

.

Рис. 2.18. Сечение узкого кольцевого шва

Шов № 2

, , т.к. .

В целях повышения технологичности швы выполняют одним и тем же катетом, и, исходя из этого, задача расчета шва № 2 сводится к определению его длины:

.

, .

Поскольку , шов № 2 выполняют прерывистым.

22.

Основным критерием работоспособности сварных соединений является прочность, причем предполагается, что напряжения в опасных сечениях распределены равномерно.

Расчет стыковых соединений производится по нормальным напряжениям растяжения или сжатия по номинальному сечению соединяе­мых элементов без учета выпуклости шва: =F/(L)  [], где  — толщина соединяемых элементов; L— длина шва; ['] — допускаемое напряжение металла шва для принятой технологии сварки (напряжение в металле шва обозначаем соответствующей буквой со штрихом). Основным геометрическим и расчетным параметром угловых швов является катет К(если катеты сечения шва не равны, то шов характеризуют меньшим катетом). В большинстве случаев катет шва принимают равным толщине соединяемых деталей.

Расчет угловых швов производится по касательным напряжениям сдвига в опасном сечении 1 — 1, расположенном в биссекторной плоскости прямого угла (см. рис. 2.7, а), без учета выпуклости шва: =F/(0,7KL)  [],

где 0,7 К К •sin45° — высота опасного сечения шва; L— суммарная длина швов (см. рис. 2.6, б); ['] — допускаемое напряжение металла шва Для принятой технологии сварки. В нахлесточном соединении (см. рис. 2.6, б) внешние силы Fобразуют пару сил, моментом которой ввиду малого плеча пренебрегают. Приведенные расчетные формулы пригодны для швов сварных конструкций, нагруженных осевыми силами, но не моментами; последний случай встречается реже и мы его рассматривать не будем. Допускаемые напряжения для сварных швов принимают в зависимости от допускаемых напряжений на растяжение для основного металла с учетом характера действующих нагрузок и принятой технологии сварки. Ориентировочно для стальных конструкций при статической нагрузке:

Здесь [_р] = _т/[s] , где _т — предел текучести основного материала; [s]— Допускаемый коэффициент запаса прочности ([s] = 1,35. ..1,7, большие значения для легированных сталей).

Для переменных нагрузок допускаемые напряжения понижают с учетом характеристики цикла напряжений, эффективного коэффициента концентрации напряжений в сварных швах, числа циклов нагружения и других факторов. Максимальную длину лобового и косого швов не ограничивают; длину фланговых швов следует принимать не более 60К, где К — катет шва во избежание значительной неравномерности распределения нагруз­ки по длине шва. Минимальная длина швов не менее 30 мм, так как иначе неизбежные дефекты (непровар в начале шва и образование кратера в конце шва) будут значительно снижать его прочность. Учитывая дефекты, короткие швы следует увеличить по длине на 5—10 мм против расчетной величины. Величина перекрытия соединяемых элементов в нахлесточных соединениях не должна быть меньше четырехкратной толщины материала. Швы в конструкциях следует располагать так, чтобы они были нагружены равномерно. Поэтому соединение симметричных элементов следует выполнять симметрично расположенными швами и наоборот; напряжения растяжения или сжатия должны распределяться по сечению соединяемых элементов равномерно, а продольная сила должна прохо­дить через центр тяжести сечения. Сказанное выше о видах сварных соединений, типах сварных швов, их параметрах и расчетных формулах относится также к сварным соединениям из алюминия, алюминиевых сплавов, винипласта, полиэтилена и других материалов. Сварка алюминия производится в среде защитного газа неплавящимся металлическим электродом с подачей в сварочную ванну присадочной проволоки.

Сварка винипласта и полиэтилена производится горячим воздухом с присадочным прутком. Разработаны методы сварки пластмасс нагревательным элементом, токами высокой частоты, ультразвуком.

Пример 2.1. Стержень, состоящий из двух равнополочных уголков, соединенных косынкой, нагружен постоянной растягивающей силой F=200 кН (рис. 2.8). Определить номер профиля уголков и длину швов сварной конструкции соединения. Сравнить по весу сварную конструкцию узла с клепаной. Материал уголков — сталь с допускаемым напряжением [_р] = 140 МПа.

Решение. Из расчета на растяжение определим площадь сечения уголков:

2A=F/[_р]=20010³/(14010⁶)=

=0.00143м²=14,3см².

Д ля одного уголкаА= 7,15 см². По ГОСТу выбираем уголок N6,3, имеющий площадь поперечного сечения 7,28 см², толщину полки d = 6 мм и координату центра тяжести z₀=17,8 мм.

Так как конструкция несимметрична, то длина фланговых швов должна быть различна и пропорциональна силам F₁и F₂. Разложим силу Fна две параллельные составляющие по формулам:

F₁/F = (b-z₀)/b; F₁+F₂=F

Решая эти уравнения, получим:

F₁=F(b-z₀)/b=20010³(63-17,8) 10^-3/(6310^-3)=12910³H;

F₂ =F-F₁ = 20010³-12910³ = 7110³ Н.

Определим допускаемое напряжение на срез длясварною шва, полагая сварку ручной электродами обычного качества:

['] = 0,6[_р] = 0,6140 = 84 МПа.

Определим длину швов, приняв катет шваК = d = 6 мм:

l₁=F1/(20,7K[']) = 12910³/(20,7610^-38410⁶) = 0,182 м= 182мм,

2l=F₂/(20.7K[']) = 7110³/(20,7610^-38410⁶) = 0,1 м=100мм.

Округляя, принижаем l₁ = 185 мм, l₂ = 55 мм, добавив для коротких швов по 5 мм против расчетной длины.

Если для данной конструкции применить клепаное соединение, то уголки будут ослаблены отверстиями под заклепки. Приняв диаметр заклепок равным удвоенной толщине полки уголка, а диаметр отверстий под заклепки d₀ = 14 ммиз расчета уголков на растяжение, определим площадь А₁поперечного сечения одного уголка

A₁=F/(2[_p]+d₀d=20010³/(214010⁶)+1410^-3610³= 79910^-6 м² = 7,99см².

В этом случае необходимо принять уголок N7 с площадью поперечного се­чения 8,15 см². Сравнивая площади поперечных сечений уголков, делаем вывод, что масса уголков клепаной конструкции на 12% больше, чем сварной

23.

Шпоночным называется соединение зацеплением соосных деталей с цилиндрическими (или коническими) контактирующими поверхностями с помощью специальной детали - шпонки.

Шпонка – специальная деталь, размещаемая в совмещенных пазах вала и ступицы и используемая для передачи вращающего момента между соосными деталями, а также в ряде случаев для задания направления осевого перемещения ступицы по валу (в этом случае используется направляющая шпонка).

Шпоночные соединения просты по конструкции, недороги в изготовлении, и это определяет их широкое применение (кроме клиновых шпонок).

Конструктивные разновидности шпоночных соединений.