8.Расчет групповых резьбовых соединений

При выполненинии расчетов внеш. cила F переносится в центр тяжести плоскости стыка.При этом переносе появляется момент Под действием силы Fкаждый болт будет испытывать сдвиг в плоскости сдвига.

При действии момента М,каждый болт нагружается окружной силой

Для каждого болта определяется равнодействующая Дальнейший расчет сводится к случаю затянутого резьбового соединения нагруженного поперечной силой(R)

1)∆=0

}если предыдущий расчет на растяжение

2)

Расчет выполняется по самым нагруженным болтам,Rмах

9. Расчет крепежной резьбы на смятие и срез

- - напряжения смятия в резьбе

:

Где z=H/p – число витков на длине свинчивания

Н – общая длина резьбы/ высота гайки.

к_м=0,56…0,75 – коэф. неравномерности нагрузки.

- напряжения среза в резьбе

- формула для винта

Где Н = (6…10)Р – высота гайки

К – учитывает тип резьбы: 0,87 – для метрич, 0,65 – для трапец, 0,5 – для прямоуг.

– для гайки

D=d

10. Расчет резьбы грузовых и ходовых винтов. Расчет головки винта.

Расчет давления на поверх витков грузовых и ходовых винтов:

= 11…13 (бронза, закал сталь);

= 8…10 (бронза, незакал сталь);

= 7…9 ( чугун, закал сталь)

= 5…7 (чугун)

Расчет прочности головки винта на срез:

11. Классы прочности и материалы резьбовых соединений. Обозначение резьб. Методы изготовления резьб.

Классы прочности и материалы резьбовых деталей по ГОСТ 1759

12 классов прочности:

Класс прочности	σв МПА		σт МПа	Марка стали
	min	max		болт	гайка
3.6	300	490	200	Ст10,20	Ст 3
.
.
10.9	1000	1200	900	30ХГСА	35Х

Первая цифра ×100 указывает на σв min

Вторая цифра ÷ 10 = σт/ σв (отношение предела текучести к пределу прочности)

При выборе материала для резьбовых деталей учитывают величину и характер нагрузки (статическая или переменная), условия работы (температуру, коррозию и т. д.), способ изготовления.

Стандартные крепежные изделия общего назначения изготовляют из углеродистых сталей типа сталь 10 — сталь 35. Эти стали, позволяют изготовить большие партии болтов, винтов, гаек методом холодной высадки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках

Резьбы могут быть изготовлены:

- нарезанием слесарным инструментом — метчиками, плашками (как вручную, так и на станках). Для нарезания наружной резьбы используют различные резцы, плашки, резьбовые гребенки и фрезы, а для внутренней резьбы – метчики. Этот метод применяют в индивидуальном производстве и при ремонтных работах;

- нарезанием резцом на токарно-винторезном станке или на специальных болтонарезных станках;

- фрезерованием на специальных резьбофрезерных станках. Применяют для нарезки винтов больших диаметров с повышенными требованиями к точности резьбы (ходовые и грузовые винты, резьбы на валах и т. д.);

- накаткой на специальных резьбонакатных станках. Этим высокопроизводительным и дешевым способом изготовляют большинство резьб стандартных крепежных деталей (болты, винты и т. д.). Накатка существенно упрочняет резьбовые детали;

- отливкой чугунных, пластмассовых, стеклянных деталей и деталей из цветных сплавов;

- выдавливанием для тонкостенных деталей (например, из латуни).

Обозначение:

При обозначении левой резьбы после условного обозначения ставят LH.

Многозаходные резьбы обозначаются, например трех-заходная, М24´З(P1)LH, где М – тип резьбы, 24 – номинальный диаметр, 3 – ход резьбы, P1 – шаг резьбы.

Метрическая резьба обозначается буквой М с указанием номинального диаметра

Метрическая коническая – МК.

Трубная цилиндрическая резьба – G.

Трапецеидальная резьба – Тr, номинального диаметра, хода Рn и шага Р. Например: Tr20´4LH–8H, где LH – обозначение левой резьбы, 8Н – основное отклонение резьбы.

При необходимости вслед за основным отклонением резьбы указывается длина свинчивания L (в мм). Например: Тг40´6–8g–85; 85 – длина свинчивания.

Резьба упорная – S, номинального диаметра, шага и основного

Специальные резьбы. Если резьба имеет стандартный профиль, но отличается от соответствующей стандартной резьбы диаметром или шагом, то резьба называется специальной. В этом случае к обозначению резьбы добавляется надпись Сп, а в обозначении резьбы указываются размеры наружного диаметра и шага резьбы, например: Сп.М19´1Д

12. Правила конструирования резьбовых соединений. Типы крепежных изделий.

Правила конструирования резьбовых соединений: жесткие фланцы податливые болты

Основные резьбовые крепежные детали — болты, винты, шпильки, гайки, а также шайбы и устройства, предохраняющие резьбовые соединения от самоотвинчивания, гаечные ключи.

Болт - резьбовое изделие цилиндрической (или конической) формы, снабженное на одном конце головкой, а на другом резьбой, на которую навинчивается гайка. скрепляют детали не очень большой толщины. Отверстия в соединяемых деталях выполняют несколько большего диаметра, чтобы можно было легко вставить болт, не повредив резьбы. С торца головку болта обтачивают на конус (снимают фаску), чтобы срезать вершины углов призмы, которые могут создавать затруднения при захватывании ключом. Болт требует для размещения гайки много места что увеличивает габариты и вес конструкции. Зато, при обрыве он легко заменяется.

Резьбовое изделие цилиндрической формы, снабженное на одном конце головкой, а на другом резьбой (гайкой служит деталь), называется винтом. Винт может иметь головку разной формы, в частности и шестигранную. Винт ввертывается в корпус и поэтому требует мало места для размещения, что сокращает размеры и вес конструкции. При обрыве трудно извлечь оставшуюся в резьбе часть винта.

Болты и винты находят широкое применение во всех отраслях машиностроения для получения разъемных соединений. Они стандартизованы.

Болты, как правило, имеют головку, захватываемую снаружи инструментом — гаечным ключом, винты — специальным торцовым ключом и с головками, препятствующими провороту винта.

В зависимости от точности изготовления болты и винты выполняют нормальной и повышенной точности.

Шпилька — резьбовое изделие цилиндрической формы, имеющее с обоих концов резьбы, один конец которой (головка) ввинчивается в деталь, для чего имеет с этой стороны тугую нарезку, а на другой навинчивается гайка

Шпильки применяют, когда по конструктивным особенностям соединений установить болт или винт нельзя и когда по условию эксплуатации требуется частая разборка и сборка соединения деталей, одна из которых имеет большую толщину. При динамических нагрузках прочность шпилек выше, чем прочность болтов

Гайки имеют различную форму. Наиболее распространены шестигранные гайки. В зависимости от высоты шестигранные гайки бывают нормальные, высокие и низкие.

13. Способы стопорения резьбовых соединений. Глубина завинчивания винтов.

Существует очень много способов стопорения (контровки) или предохранения гаек от самоотвинчивания. Самоотвинчивание разрушает соединения и может привести к аварии. Предохранение от самоотвинчивания важно для повышения надежности резьбовых соединений и совершенно необходимо при вибрациях, переменных и ударных нагрузках. Вибрации понижают трение и нарушают условие самоторможения в резьбе.

1. Стопорение дополнительным трением (рис.28), за счёт создания дополнительных сил трения, сохраняющихся при снятии с винта внешней нагрузки

- контргайка (а), воспринимающая основную осевую нагрузку, и ослабляющая силу трения и затяжки в резьбе основной гайки, необходима взаимная затяжка гаек

- пружинные шайбы (е), усиливающие трение в резьбе

- лепестковые шайбы

- многолапчатые шайбы – за счет небольших разрезов в виде лепестков. Грани в разные стороны упираются в деталь, гайку

2. Стопорение специальными запирающими элементами, полностью исключающими самопроизвольный проворот гайки

- шплинты (а) сгибаемые из проволоки полукруглого сечения плоскими сторонами внутрь, их выпадению препятствуют петля и разогнутые концы (сверлится сквозное отверстие и вставляется в гайку и болт);

- обвязка проволокой (г) - применяется для групповых резьбовых соединений

Глубина завинчивания винтов зависит от диаметра.

Для стали Н=d

Для чугуна Н=1,5d

Для цв Ме и их сплавов Н=2d

1. Соединения с натягом: область применения, технология соединения, достоинства и недостатки

Соединения деталей с натягом – это напряженные соединения, в которых натяг создается необходимой разностью посадочных размеров вала и втулки. Для закрепления деталей используют силы упругости предварительно деформированных деталей. Обычно соединение деталей осуществляется по цилиндрическим или коническим поверхностям, при этом одна деталь охватывает другую, специальные соединительные детали отсутствуют.

В машиностроении применяют переходные посадки, при которых возможно получение как зазора, так и натяга.

Соединение деталей с гарантированным натягом относится к соединениям, передающим рабочие нагрузки за счет сил трения между валом и отверстием.

К основным достоинствам цилиндрических соединений с натягом относятся: простота конструкции, хорошее центрирование соединяемых деталей, возможность передачи больших нагрузок как статических, так и динамических (ударных). Обычно соединения с гарантированным натягом относят к неразъемным соединениям, однако цилиндрические соединения допускают разборку (распрессовку) и сборку (запрессовку) деталей.

К основным недостаткам цилиндрических соединений с натягом относятся: сложность сборки и разборки соединений, возможность уменьшения величины расчетного натяга соединяемых деталей и повреждения их посадочных поверхностей при сборке (запрессовке), требование пониженной шероховатости посадочных поверхностей и высокие требования к точности их изготовления, повышенная концентрация напряжений, большое рассеивание сил сцепления в связи с рассеиванием действительных посадочных размеров в пределах допусков и коэффициентов трения.

Характерными примерами соединение с натягом могут служить кривошипы, пальцы кривошипов, детали составных коленчатых валов двигателей автомобилей, венцы зубчатых и червячных колес, ступиц колес с валом и т. п.

Натягом называют положительную разность размера вала dB и отверстия do до сборки: N= dВ -do>0.

Соединения с натягом (прессовые соединения) могут быть получены тремя способами:

- запрессовкой, простейший и высокопроизводительный способ, обеспечивающий удобного контроля измерения силы запрессовки, но связанный с опасностью повреждения поверхностей и затрудняющий применение покрытий;

- нагревом охватывающей детали до температуры ниже температуры отпуска – способ, обеспечивающий повышения прочности сцепления более чем в 1,5 раза по сравнению с запрессовкой, так как при запрессовке неровности на контактных поверхностях деталей частично срезаются и сглаживаются, что приводит к ослаблению прочности соединения. Данный метод особенно эффективный при больших длинах соединяемых деталей;

- охлаждением охватываемой детали – способ, преимущественно применяемый для небольших деталей, например втулок, в массивные корпуса деталей, при этом обеспечивается наибольшая прочность сцепления.

2. Расчет соединений с натягом на прочность.

Надежность соединения деталей с гарантированным натягом в первую очередь зависит от прочности ступицы. При недостаточной прочности ступицы возможно нарушение посадки вследствие деформации охватывающей детали или ее разрыву при осуществлении посадки.

Проверку прочности деталей цилиндрического соединения выполняют по наибольшему возможному натягу выбранной посадки и соответствующего ему наибольшего расчетного натяга , определяемого по формуле

а также возможного максимального давления на контактной поверхности соединяемых деталей, определяемого по формуле

.

Для охватывающей детали опасными являются точки ее внутренней поверхности. Для этих точек радиальное и окружное (кольцевое) нормальные напряжения определяют по формулам

В этих точках возникает плоское напряженное состояние, при этом главные напряжения ; и . Условие прочности для охватывающей детали из пластичного материала по гипотезе наибольших касательных напряжений (третьей теории прочности):

Для охватываемой детали кольцевого поперечного сечения опасны также точки внутренней поверхности. В этих точках возникает одноосное сжатие, при этом

Штрихи указывают, что напряжения относятся к охватываемой детали.

Условие прочности для охватываемой детали, составленное как и для охватывающей детали по третьей теории прочности, имеет вид

Если охватываемая деталь представляет собой сплошной вал, то в любой его точке возникает двухосное сжатие; главные напряжения и одинаковы, а = 0:

Условие прочности в этом случае

На основании практических данных установлено, что цилиндрические соединения с гарантированным натягом могут быть вполне надежными даже при наличии на внутренней поверхности охватывающей детали пластических деформаций. Это обстоятельство позволяет принимать при расчетах более высокие, чем обычно, допускаемые напряжения.

3. Соединение с натягом: определение расчетного натяга

Расчетный натяг цилиндрического соединения N связан с посадочным давлением р следующей зависимостью, вытекающей из формулы Ляме, вывод которой приведен в курсе сопротивления материалов:

Где,

Здесь d – посадочный диаметр; d1 – диаметр отверстия охватываемой детали (для вала сплошного сечения d1 = 0); d2 – наружный диаметр охватывающей детали; Е1 и Е1 – модули упругости материалов охватываемой и охватывающей деталей; и – коэффициенты Пуассона материалов охватываемой и охватывающей деталей

При сборке соединения неровности контактных поверхностей деталей срезаются и сглаживаются; для компенсации этого действительный натяг соединения Na должен быть больше расчетного натяга N, вычисляемого по формуле (23). Зависимость между Nd и Np определяется формулой

где и – высоты неровностей профилей по десяти точкам сопрягаемых поверхностей, принимаемые по ГОСТ 2789-73.

По величине Nд подбирают соответствующую стандартную посадку, у которой для надежности соединения наименьший натяг Nmin должен быть равен Nд или очень близок к нему.

4. Зажимы. Область применения, основы конструирования клеммовых соединений. Расчет клеммовых соединений.

Клеммовое соединение ( зажим) — соединение валов и осей со ступицей, имеющей один или 2 продольных разреза, которая стягивается одним или несколькими винтами или болтами с гайками.

Соединения применяются для передачи крутящего момента или осевой силы на вал или на ось со стороны ступицы или наоборот.

Соединение обеспечивается силами трения, действующими между поверхностями вала и отверстия детали.

Клеммовые соединения применяют в том случае, когда место закрепления рычага на валу непостоянно.

Вследствие действия силы Р, сжимающей клеммы и растягивающей болт, между поверхностями ступицы рычага и вала возникает сила трения, создаваемое затяжкой болта. Затяжка болта должна быть такой, чтобы момент трения равнялся внешнему моменту, или для надежности был бы больше, обычно на 20%.

Приближенно усилие Р кгс, сжимающее клеммы и растягивающее болт, определяют по формулам:

где Q - усилие на рычаге, кгс; L - длина рычага, см; d - диаметр вала, см; l - расстояние от оси болта до центра вала, см ; f - коэффициент трения; F - площадь его сечения болт. - рабочее напряжение растяжения

1. Классификация сварных соединений

Сварка – это метод получения неразъемных соединений за счет межатомных молекулярных сил свариваемых деталей.

Тип сварного соединения определяет взаимное расположение свариваемых элементов. Различают: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые сварные соединения.

По конструкции:

С тыковое соединение - сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями и расположенных в одной плоскости или на одной поверхности. Поверхности элементов могут быть несколько смещены при соединении листов разной толщины.

• Соединение встык с отбортовкой, когда толщина <3 мм

• Встык без подготовки кромок, когда толщина ≤8мм

• С подготовкой кромок/скос

Соединение внахлестку угловым швом

когда соединение встык не проходит по прочности l≤50K

« -» дополнит. Расход мат-ла; возникает изгибающий момент М=F·δ

1-выпуклый шов только при статических нагрузках

2- нормальный шов и при статических и при незначительных динамических нагрузках

3- вогнутый при незначительных~нагрузках(сложнее)

К=δ, приδ≤4мм; К=0,4δ+2мм, при δ>4мм; К≤20мм, lmin=45мм

Т авровые соединения

Без подготовки кромок, δ≤15мм, как внахлест

При больших толщинах, соединение встык.

В торая классификация в зависимости от расположения по отношению к направлению нагрузки:

• Лобовые –перпендикулярны направлению внешней нагрузки

• Фланговые – параллельны внешней нагрузке

• К осые швы

• Комбинированные сварные швы

Для усиления сварных соединений применяются пробочные и прорезные сварные швы

7. Виды сварных швов

Сварные швы подразделяют по разным признакам: по типу шва, по протяженности, по способу выполнения, по пространственному положению и по форме разделки кромок.

По типу сварные швы делят на стыковые, угловые и прорезные.

Стыковой шов - сварной шов стыкового соединения. Угловой шов - сварной шов углового, нахлестанного или таврового соединений.

Прорезной шов (рис. 1.6) получается в результате полного проплавления верхнего, а иногда и последующих листов, и частичного проплавления нижнего листа (детали). Частным случаем прорезного шва является точечный или пробочный шов (электрозаклепка - при дуговой сварке) (рис. 1.6, г). Прорезные швы при приварке толстого листа (рис. 1.6, д) могут выполняться по заранее выполненным отверстиям в верхнем листе (при точечном шве) или прорези (при непрерывном шве).

Различают следующие характеристики сварного шва: ширину, выпуклость, вогнутость и корень шва. Угловой шов имеет следующие размерные характеристики: катет, толщину, расчетную высоту.

По протяженности сварные швы подразделяют на непрерывные и прерывистые. Стыковые сварные швы, как правило, выполняют непрерывными. Угловые швы могут быть непрерывными ( а) и прерывистыми (б), с шахматным (в) и цепным (г)расположением отрезков шва. Угловые швы могут быть выполнены и точечными швами (б, д).

По способу выполнения различают сварку: одностороннюю и двустороннюю, однослойную и многослойную. Одностороннюю сварку стыкового сварного соединения выполняют со сквозным проплавлением кромок на подкладке или без подкладки (на весу). Двустороннюю сварку выполняют с зачисткой (удалением) корня шва (механической обработкой) перед сваркой обратной стороны сварного соединения или без зачистки корня шва. При двусторонней сварке зачастую приходится кантовать изделие или вести сварку в трудном потолочном положении.

М ногослойный шов применяют при сварке металла большой толщины, а также для уменьшения зоны термического влияния. Под слоем сварного шва (I—IV на рис.) понимают часть металла сварного шва, которая состоит из одного или нескольких валиков (1-5 на рис.), располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва. Валик - металл сварного шва, наплавленный за один проход. Под проходом при сварке подразумевается однократное перемещение в одном направлении источника тепла при сварке или наплавке.

П о пространственному положению с учетом требований международных стандартов различают следующие сварные швы: горизонтальные (на вертикальной плоскости), вертикальные, потолочные и швы, сваренные в нижнем положении (рис. 1.9). На рисунках даны русские и в скобках международные обозначения

Рис. 1.9. Положение шва при сварке стыковых (а) и тавровых (б) соединений листов:

HI - нижнее; Н2 - нижнее тавровых соединений; B1 - вертикальное (сварка низу вверх); B2 - вертикальное (сварка сверху вниз); Г - горизонтальное; П1 - потолочное; П2 - потолочное тавровых соединений

Сварные швы классифицируют по конструктивному признаку, назначению, положению, протяженности и внешней форме.

По конструктивному признаку швы разделяют на стыковые и угловые (валиковые). В табл. 1 показаны виды швов и необходимая форма разделки кромок соединяемых элементов различной толщины для обеспечения качественного соединения при автоматизированной и ручной сварке.

Стыковые швы наиболее рациональны, так как имеют наименьшую концентрацию напряжений, но они требуют дополнительной разделки кромок. При сварке элементов толщиной больше 8 мм для проплавления металла по всей толщине сечения необходимы зазоры и обработка кромок изделия. В соответствии с формой разделки кромок швы бывают V, U, X и К-образные. Для V- и U-образных швов, свариваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва с другой стороны для устранения возможных непроваров, являющихся источником концентрации напряжений.

Начало и конец шва имеют непровар и кратер, являются дефектными и их желательно выводить на технологические планки за пределы рабочего сечения шва, а затем отрезать.

При автоматической сварке принимаются меньшие размеры разделки кромок швов вследствие большего проплавления соединяемых элементов (табл. 1.) Чтобы обеспечить полный провар шва, односторонняя автоматическая сварка часто выполняется на флюсовой подушке, на медной подкладке или на стальной остающейся подкладке..

При электрошлаковой сварке разделка кромок листов не требуется, но зазор в стыке принимают не менее 14 мм.

Угловые (валиковые) швы наваривают в угол, образованный элементами, расположенными в разных плоскостях. Применяющаяся при этом разделка кромок изделия показана в (табл.1.)

Угловые швы, расположенные параллельно действующему осевому усилию, называют фланговыми, а перпендикулярно усилию - лобовыми.

Швы могут быть рабочими или связующими (конструктивными), сплошными или прерывистыми (шпоночными). По положению в пространстве во время их выполнения они бывают нижними, вертикальными, горизонтальными и потолочными. Сварка нижних швов наиболее удобна, легко поддается механизации, дает лучшее качество шва, а потому при проектировании следует предусматривать возможность выполнения большинства швов в нижнем положении. Вертикальные, горизонтальные и потолочные швы в большинстве своем выполняются при монтаже. Они плохо поддаются механизации, выполнить их вручную трудно, качество шва получается хуже, а потому применение их в конструкциях следует по возможности ограничивать.

2. Свариваемость материалов. Достоинства и недостатки сварных соединений

Свариваемость – это способность материала образовывать бездефектные сварные соединения. Материалы, обеспечивающие бездефектное сварное соединение подразделяются на:

• Материалы с хорошей свариваемостью, любой метод сварки без т/о ни до ни после.

• Материалы с удовлетворительной свариваемостью, к-е требуют т/о, или свариваются не всеми способами.

• Материалы с плохой свариваемостью, к-е не удается бездефектно сварить никаким способом.

Малоуглеродистые и низколегированные стали <0,3%С- хорошая свариваемость.

Стали >0,3%С, закалка, удовлетв. Сварив-ть. Чугуны обл. плохой свариваемостью, сварные конструкции не делают. Сварка для ремонта и заделки дефектов литья. Медь и ее сплавы, как правило, обладают хорошей свариваемостью, но требуют>мощных режимов сварки по сравнению со сталями. Из-за хорошей теплопроводности и электропроводности алюминиевые сплавы без т/о, АМГ, АМЦ обл. хорошей сварив-ю, которая затрудняется наличием пленки окислов и требует больших режимов. Термоупрочняемые алюминиевые сплавы – удовлетвор. сварив-ть, т.к. в доп-ии ко всему закалка+старение. →обивка самолетов клепаная а не сварная. Титановые сплавы- удовлетв. свар-ть, т.к. варятся в инертных газах.

Свариваемость разнородных металлов

Повышенная растворимость металлов друг в друге наблюдается если разница атомных весов не превышает 8%. От 8-15% - ограниченная растворимость, >15-нераств. Ме в жижком состоянии.

Преимущества сварного соединения

- Высокая производительность

- невысокая стоимость соединения, благодаря малой трудоёмкости и простоте сварного шва;

- относительно невысокая стоимость оборудования

- сравнительно небольшая масса;

- возможность автоматизации сварочного процесса;

- возможность соединения деталей любых форм;

- сечение детали не ослабляется отверстием;

- герметичность автоматизации процесса сварки.

- возможность получения равнопрочных соединений

Недостатки сварного соединения

- появление коробления, остаточных напряжений после сварки;

- недостаточная надёжность при вибрационных ударных нагрузках.

- снижение прочности сварного шва(охрупчивание)

- зависимость качества шва от исполнителя и трудность контроля;

- квалификация рабочего.

3. Выбор режимов сварки черных металлов

В термическую обработку сварных изделий входит термическая подготовка деталей перед сваркой, термическая обработка в процессе сварки и термическая обработка готового сварного изделия. Термическая подготовка деталей перед сваркой выполняется для улучшения свариваемости металла. Поэтому свариваемую сталь перед сваркой рекомендуется подвергать отжигу или высокому отпуску, режимы которых зависят от состава стали.

Выбор теплового режима сварки зависит от свойств свариваемых металлов и сплавов, жесткости конструкции и состояния ее при сварке. При сварке черных металлов термический режим состоит в подогреве сваривае мых деталей. Причем для стали чем выше склонность ее к закатке и трещинам, тем выше должна быть температура подогрева.

8 . Расчет стыковых сварных соединений

Соединения рассчитываются под нормальным напряжением, возникающем в сварном шве при совместном действии растягивающих и изгибающих нагрузок . =

Принцип суперпозиций

А=δ·b, мм²

М – в плоскости zy, W_x=δ²·b/6,мм³

М – в плоскости хy, W_z=δ·b²/6,мм³

М, МПа

W_z> W_x Поэтому внешний момент М целесообразно располагать в плоскости xy.

5. Сварочное оборудование. Выбор электродов для электро - дуговой сварки.

В зависимости от технологии сварки выделяют следующие виды сварочного оборудования:

• для ручной дуговой сварки – сварочные трансформаторы, агрегаты (генераторы), преобразователи, выпрямители, инверторы;

• для полуавтоматической сварки – сварочные полуавтоматы компактного исполнения, с отдельным механизмом подачи проволоки;

• для автоматической сварки – автоматы, сварочные тракторы;

• для сварки неплавящимся электродом;

• для дуговой сварки универсального типа;

• для газовой сварки;

• для электрошлаковой сварки – автоматы рельсового и безрельсового типов, магнитошагающие, магнитно-гусеничные и магнитно-роликовые автоматы;

• для контактной сварки.

Одним из главных параметров режима сварки является диаметр электрода, так как его выбор в значительной мере предопределяет и другие характеристики режима. Диаметр электрода при сварке выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей.

При электродуговой сварке очень важно правильно подобрать тип и марку электродов.Технологические свойства и прочностные характеристики электродов во многом определяют производительность сварки, а также герметичность, прочность и долговечность сварных соединений. Стальные электроды для дуговой сварки сталей разделяются на классы: для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей, легированных теплоустойчивых, высоколегированных и других сталей. Кроме того, электроды разделяются на типы: Э42, Э42А, Э46, Э50 и т. д. Цифра обозначает среднее значение временного сопротивления металла шва на разрыв в кгс/мм2. Каждому типу электродов соответствует одна или несколько марок, характеризуемых составом покрытия, маркой электродной проволоки, технологическим свойством.

Одной из важных характеристик электродов, в значительной степени определяющей производительность сварки, является коэффициент наплавки αН Коэффициент наплавки определяют по формуле:

где: qН — вес наплавленного электродного металла, г;

I — сварочный ток, а;

t — время, ч.

Коэффициент наплавки характеризует удельную производительность сварки. Чем больше величина αН, тем больше производительность сварки.

6. Сварка пластмасс - технологический процесс получения неразъемного соединения элементов конструкции посредством диффузионно-реологического или химического взаимодействия макромолекул полимеров, в результате которого между соединяемыми поверхностями исчезает граница раздела и образуется структурный переход от одного полимера к другому.

Классификация методов и способов сварки пластмасс (рис. 2) включает тепловую, сварку, сварку растворителями и сварку комбинированием нагрева и действия растворителей.

Тепловая сварка имеет наибольшее количество способов. При этом подразделяют две группы сварки: с использованием внешнего теплоносителя и с генерированием тепла внутри свариваемого материала за счет преобразования различных видов энергии. Сварка нагретым газом производится путем одновременного разогрева свариваемых изделий струёй горячего газа-теплоносителя, нагреваемого в специальном устройстве. Сварку нагретым газом выполняют с применением присадочного материала (рис. 3) и без него, вручную или с использованием специальных приспособлений и устройств для механизации процесса сварки.

Сварка без присадочного материала может производиться с подводом тепла непосредственно к свариваемым поверхностям (прямой метод) или с подводом тепла к внешней поверхности деталей (косвенный метод).

Сварка нагретым инструментом основана на оплавлении поверхностей сварки путем их прямого соприкосновения с нагреваемым инструментом.

При сварке косвенным методом нагретый инструмент соприкасается с внешними поверхностями соединяемых деталей, а тепло передается к перекрывающим друг друга свариваемым поверхностям за счет теплопроводности свариваемого материала.

Применяются ленточная, роликовая, прессовая и термоимпульсная сварки.

При ленточной сварке для нагрева свариваемых изделий и создания давления используется нагретый инструмент в виде ленты, а при роликовой - в виде ролика.

При прессовой сварке для создания необходимого сварочного давления применяются сварочные прессы, позволяющие осуществлять шаговую сварку.

При термоимпульсной сварке используют малоинерционный нагреватель (лента или проволока), по которому периодически пропускают электрический ток; Среди способов сварки с подводом тепла к соединяемым поверхностям применяются стыковая и раструбная технология сварки, сварка нахлёсточных соединений.

При стыковой и раструбной сварке после оплавления свариваемых поверхностей изделия разводятся, инструмент убирается, а оплавленные поверхности соединяются под не большим давлением и свариваются. При стыковой сварке соединяются торцы изделий, а в качестве нагревательного инструмента применяется плоский или профилированный диск (кольцо). При раструбной сварке соединяются внутренняя поверхность раструба и наружная поверхность трубы, а нагревательный инструмент имеет два рабочих элемента: гильзу для оплавления наружной поверхности конца трубы и дорн для оплавления внутренней поверхности раструба.

Сварку нахлёсточных соединений можно осуществлять одновременным нагревом соединяемых поверхностей по всей длине, а также - перемещая инструмент или свариваемые изделия. Применяется способ сварки с механизированной подачей свариваемых изделий и неподвижным нагревательным инструментом.

Из способов сварки элементом, остающимся в сварном шве, практическое применение нашли сварка электросопротивлением и индукционная сварка. Сварка электросопротивлением основана на применении закладных нагревательных элементов с высоким электрическим сопротивлением. Закладные элементы в виде сетки или спирали вводятся между соединяемыми поверхностями. При пропускании по закладному элементу электрического тока соединяемые поверхности оплавляются.

мри индукционной сварке нагрев зaкладного элемента происходит в высокочастотном электромагнитном поле, а в качестве закладного нагревательного элемента используются металлические вкладыши или порошки оксидов металлов.

Технология сварка расплавом основана на использовании тепла расплавленного присадочного материала, подаваемого между соединяемыми поверхностями и передающего часть своего тепла материалу соединяемых изделий, что ведет к его плавлению и получению неразъёмного соединения.

1. СВАРКУ ПРИМЕНЯЮТ, ЕСЛИ:

• детали изготовлены из однородных материалов;

• нецелесообразно применение крепежа и клеев;

• необходимы конструкции минимального веса;

• особые требования по обеспечению высокой производительности, механизации и автоматизации процесса;

2.СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ:

• теплопроводность;

• интервал между температурами текучести и деструкции;

• интервал температур плавления;

• диэлектрические характеристики;

• структура молекул и др.

3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ФАКТОРЫ:

• толщина соединяемых изделий;

• ширина и длина шва;

• возможность доступа к изделию с двух сторон.

Расчет стыковых сварных соединений

Швы этих соединений работают на растяжение или сжатие в зависимости от направления действующей нагрузки (рис.11, а и б). Основным критерием работоспособности стыковых швов является их прочность. Соединение разрушается в зоне термического влияния и рассчитывается по размерам сечения детали по напряжениям, возникающим в материале детали.

Проверочный расчет прочности шва на растяжение.

Условие прочности:

(1)

Где σ , — расчетное и допускаемое напряжения на растяжение для шва (табл.1); F — нагрузка, действующая на шов; δ — толщина детали (толщину шва принимают равной толщине детали); lш — длина шва

Проектировочный расчет. Целью этого расчета является определение длины шва.

Исходя из основного условия прочности (1), длину стыкового шва при действии растягивающей силы определяют по формуле

Расчет угловых швов нахлесточных соединений.

При действии осевой растягивающей (или сжимающей) силы считают, что срез угловых швов происходит по сечению I-I (рис. 12), проходящему через биссектрису прямого угла.

Рис. 12. К расчету соединения внахлестку. Лобовой шов

Опасным напряжением считают касательное напряжение и расчет ведут на срез (напряжениями изгиба пренебрегают). Для нормальных угловых швов длина биссектрисы

(3)

где h — длина биссектрисы (высота шва в опасном сечении); К — катет шва (принимается не менее 3 мм).

Проверочный расчет. Условие прочности одностороннего лобового шва на срез:

где τ, [τ] — расчетное и допускаемое напряжения среза для шва (см. табл.1); lш — длина шва; F — нагрузка, действующая на шов.

Проектировочный расчет. Длину одностороннего лобового углового шва (см. рис. 12) при осевом нагружении определяют по формуле

(5)

длина двустороннего лобового углового шва

(6)

Фланговые угловые швы (см. рис.5, б) рассчитывают по уравнению (6), т. е. аналогично рассмотренному случаю расчета двустороннего лобового шва. Во фланговых швах нагрузка по длине шва распределяется не­равномерно (по концам шва увеличивается), поэтому длину фланговых швов стараются ограничить lш < (50 ÷ 60)К.

Расчет тавровых швов.

Рассмотрим наиболее характерные случаи нагружения тавровых швов, которые могут встречаться также и в комбинациях.

Рис. 13

а) нагрузка моментом в плоскости шва

Если привариваемая деталь круглая (рис.13, а) (шов круглый кольцевой), то расчет шва проводится на кручение в кольцевом сечении, расположенном под углом 45° к основанию шва.

где Jp - полярный момент инерции расчетного сечения;

R - расстояние до наиболее удаленного от центра волокна, сечения шва.

Если сечение шва не круглое (рис.13, б), то оно всё же условно рассчитывается по уравнение кручения для круглых стержней. В этом случае принято пренебрегать возникающим при такой расчетной схеме короблением сечения и нелинейный характером эпюр напряжений:

Где Jp - условный полярный момент инерции сечения;

[τ]- допускаемое напряжение кручения для наплавленного металла шва.

Для указанного на рис. 7, б примера:

б) внецентренно приложенная нагрузка или нагрузка моментом

Нагрузка состоит из изгибающего момента M = M0 или M = Pl и перерезывающей силы Р (при нагрузке только моментом M0 перерезывающая сила отсутствует).

Шов рассчитывается на изгиб и срез, но не по нормальным, а по касательным напряжениям в наклонных сечениях под углом 45° к основанию шва. Полное касательное напряжение равно векторной сумме напряжений от момента и перерезывающей силы

;

В данном примере

В любом случае для расчёта самых сложных сварных швов сначала необходимо привести силу и момент к шву и распределить их пропорционально несущей способности (длине) всех простых участков. Таким образом, любой сложный шов сводится к сумме простейших расчётных схем.

Заклепочные соединения

Заклепочные соединения состоят из двух или нескольких листов или деталей, соединяемых (склепываемых) в неразъемную конструкцию с помощью заклепок (рис. 18).

Заклепкой называют круглый стержень, имеющий сформированную закладную головку 1 на одном конце и формируемую в процессе клепки замыкающую головку 2 на другом его конце. При этом детали сильно сжимаются, образуя прочное, неподвижное неразъёмное соединение. Форма и размеры заклепок регламентированы стандартом (рис. 19).

Заклепочным швом называют соединение, осуществляемое группой заклепок (рис. 20).

Рис. 18. Заклепочные соединения

Рис. 19. Формирование заклепочного шва

Рис. 20. Однорядное заклепочное соединение

Отверстия под заклепки в деталях продавливают или сверлят. При продавливании образуются мелкие трещины по периферии отверстий. Трещины могут быть причиной разрушения заклепочного шва во время работы. Продавленные отверстия применяют в малоответственных конструкциях. Сверление – процесс малопроизводительный и дорогой. Сверленые отверстия применяют в конструкциях, где требуется высокая надежность. При больших диаметрах отверстий практикуют продавливание с последующим рассверливанием.

Каждая заклепка имеет свою зону действия D, на которую распространяется деформация сжатия в стыке деталей. Если зоны действия соседних заклепок пересекаются, то соединение будет плотным. Вследствие пластических деформаций в процессе клепки стержни заклепок заполняют отверстия и заклепки стягивают соединяемые детали. В результате относительному сдвигу склепанных деталей оказывают сопротивление как стержни заклепок, так и силы трения, возникающие на поверхности стыка.

Для обеспечения плотности шва иногда выполняют чеканку (пластическое деформирование листов, например, пневматическими молотками) вокруг заклепок и по кромкам листов.Заклепки поставляются как готовые изделия.

Заклепочное соединение получают следующим способом.

В отверстия соединяемых деталей вставляют заклепки (см. рис. 19). Под закладную головку 1 устанавливают инструмент-поддержку. Специальной клепальной машиной или вручную (ударами молотка, кувалды) вы­ступающий конец заклепки () осаживают обжимкой в замыкающую головку 2. Для стальных заклепок с мм производят клепку вхолодную, то же относится к заклепкам из цветных металлов и сплавов; с мм с нагревом заклепки до светло-красного каления (1000—1100 0С). Этот способ обеспечивает более высокое качество заклепочного шва, так как заклепки укорачиваются при остывании и стягивают детали, создавая на стыке их поверхностей большие силы трения, препятствующие относительному сдвигу деталей при действии нагрузки

Диаметры отверстий под заклепки dОТВ выбирают по стандарту в зависимости от диаметра заклепки. Для холодной клепки можно рекомендовать dOTB = d3 + 0,05d3,

для горячей клепки dOTB = d3 + 0,ld3,

где d3 — диаметр устанавливаемой заклепки.

Достоинства и недостатки заклепочных соединений по сравнению с другими видами неразъемных соединений.

Достоинства:

- высокая надежность соединения;

- удобство контроля качества клепки;

- повышенная сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам;

- возможность соединения деталей из трудносвариваемых металлов, например из алюминия;

- не дают температурных деформаций;

- детали при разборке не разрушаются.

Недостатки:

- высокая стоимость, так как процесс получения заклепочного шва состоит из большого числа операций (разметка, продавливание или сверление отверстий, нагрев заклепок, их закладка, клепка) и требует применения дорогостоящего оборудования (станки, прессы, клепальные машины).

- повышенный расход материала для этого соединения (из-за ослабления соединяемых деталей отверстиями под заклепки требуется увеличение их толщины, применение накладок и т. п.);

- детали ослаблены отверстиями;

- высокий шум и ударные нагрузки при изготовлении;

- невозможность соединения деталей сложной конфигурации.

Область применения.

В настоящее время в связи с бурным развитием сварки заклепочные соединения имеют ограниченное применение (в конструкциях, для которых методы сварки и склеивания еще недостаточно разработаны или мало эффективны, а также в соединениях, работающих при больших вибрационных или ударных нагрузках при высоких требованиях к надежности соединения). Также в соединениях окончательно обработанных деталей, в которых применение сварки недопустимо из-за их коробления при нагреве. Большой объем клепально-сборочных работ производится при изготовлении летательных аппаратов. Некоторые самолеты имеют более миллиона заклепок. Заклепочные соединения находят применение в подъемно-транспортных машинах, в строительстве железнодорожных мостов, котлостроении и т. п.

Классификация.

Заклепочные швы классифицируют:

- по назначению — прочные швы (мостовые и крановые фермы, самолеты и т. д.), обеспечивающие прочность соединения, прочноплотные (в котлах и резервуарах с высоким давлением), плотные (в резервуарах с небольшим внутренним давлением), обеспечивающие прочность и герметичность;

- по взаимному расположению склепываемых деталей - швы встык с одной или двумя накладками (см. рис. 18) и швы внахлестку (см. рис. 19);

- по числу рядов (для швов встык число рядов учитывается по одну сторону стыка) — однорядные (см. рис. 20) и многорядные (рис. 21);

- по расположению заклепок в рядах — параллельные (рис. 22) и шахматные (рис. 23) швы;

- по условиям работы (по числу плоскостей среза) — односрезные швы — с одной плоскостью среза в каждой заклепке (см. рис. 20, 22) и многосрезные — с несколькими плоскостями среза каждой заклепки (двухсрезные — см. рис. 18; 23).

Материалы.

В качестве склепываемых материалов могут быть углеродистые и легированные стали, цветные металлы и их сплавы, неметаллические материалы, применяемые в общем машиностроении. Заклепки изготовляют из низкоуглеродистых сталей Ст2, СтЗ, Ст2кп, СтЗкп, 10, 15, Юкп, 15кп, легированной стали 12Х18Н9Т, меди МЗ, латуни JT63, алюминиевых сплавов АД1, Д18, АМг5 и др.

К материалу заклепки предъявляются требования:

1. Высокая пластичность для облегчения процесса клепки.

2. Одинаковый коэффициент температурного расширения с материалом деталей во избежание дополнительных температурных напряжений в соединении при колебаниях температуры.

3. Однородность с материалом склепываемых деталей для предотвращения появления гальванических токов, сильно разрушающих соединения.

Для стальных деталей применяют только стальные заклепки, для дюралюминиевых – алюминиевые, для медных – медные.

Рекомендации по конструированию заклепочных швов

Заклепки в шве располагают так, чтобы ослабление соединяемых деталей отверстиями было наименьшим.

Во избежание возникновения изгиба соединяемых деталей заклепки по возможности располагают на оси, проходящей через центр тяжести склепываемых деталей или симметрично относительно этой оси (рис.26).

Не рекомендуется в одном шве применять заклепки разных диаметров.

Для предотвращения поворота соединяемых деталей относительно друг друга число заклепок в шве принимают не менее двух, то есть z > 1.

Следует симметрично располагать плоскости среза относительно линии действия сил, чтобы избежать отрыва головок.

При выборе материала для заклепок необходимо стремиться к тому, чтобы температурные коэффициенты линейного расширения заклепок и соединяемых деталей были равными или близкими.

Особую опасность представляет сочетание разнородных материалов, которые способны образовать гальванические пары. Гальванические токи быстро разрушают соединение.

Расчет сварных котлов и сосудов высокого давления

Особенности расчета сварных котлов и других сосудов высокого давления, При расчете обычно определяют толщину стенки δ, причем для обеспечения прочности сварных швов в расчет вводят коэффициент φ прочности швов — отношение пределов прочности шва и стенки.

Для цилиндрической части сосудов опасным является осевое сечение и продольный сварной шов, выполняемый, как правило, стыковым.

Рассмотрим равновесие полукольца шириной 1 мм, вырезанного из барабана диаметром D. Равнодействующая сил внутреннего давления ρ равна pD. Нагрузка на единицу длины продольного шва -В^-. Потребная толщина стенки ^

где [σ]ρ — допускаемое напряжение растяжения.

Для сосудов, работающих при давлении, меньшем или равном 1,5 МПа, и температуре, меньшей или равной 200 °С, допускаемое напряжение

Для сосудов, работающих при больших давлениях или температурах, допускаемое напряжение выбирают меньшим из двух значений:

где σΒ — временное сопротивление при растяжении при нормальной температуре σΡ — предел текучести при рабочей температуре t.

Расчетные значения коэффициентов прочности ср стыковых швов приведены ниже:

двусторонний, выполненный автоматической сваркой под слоем флюса ... 1 двусторонний, выполненный вручную с

полным проваром...................................... 0,95

односторонний на подкладке .... 0,9 односторонний без прдварки и подкладок 0,7—0,8

нахлесточный............................................ 0,8

Деформации конструкций при сварке. Вследствие соединения свариваемых элементов в условиях резко неравномерного нагрева в них возникают остаточные напряжения, местные пластические деформации и коробление.

Обозначение сварных швов

Ш ов сварного соединения, независимо от способа сварки, условно изображают:

видимый - сплошной основной линией (рис. 1а, в);

невидимый - штриховой линией (рис. 1г);

Видимую одиночную сварную точку, не зависимо от способа сварки, условно изображают знаком "+" (рис.1б), который выполняют сплошными сплошными линиями (рис. 2).

Невидимые одиночные точки не изображают.

От изображения шва или одиночной точки проводят линию-выноску, заканчивающуюся односторонней стрелкой (см. рис. 1). Линию-выноску предпочтительно проводить от видимого шва.

В условном обозначении шва вспомогательные знаки выполняют сплошными тонкими линиями.

Вспомогательные знаки должны быть одинаковой высоты с цифрами, входящими в обозначение шва.

Обозначение шероховатости механически обработанной поверхности шва наносят на полке или под полкой линии-выноски после условного обозначения шва (рис.8), или указывают в таблице швов, или приводят в технических требованиях чертежа, например: "Параметр шероховатости поверхности сварных швов ..."

\

Правила конструирования сварных соединений:

-Обеспечить удобный подход электродов к сварному шву.

-Применять наиболее простые и производительные способы сварки.

-Избегать совмещения швов.

-Сводить к минимуму количество наплавляемого металла.

-Избегать сварки массивных деталей с тонкими стенками.

-Придавать свариваемым кромкам примерно одинаковые сечения.

-Предусматривать взаимную фиксацию соединяемых деталей с целью устранения сварочных приспособлений.

-Избегать трудоемкой разделки кромок. Сварочные ванны образовывать путем смещения свариваемых деталей.

-Упрощать форму заготовок.

-Унифицировать заготовки.

-При сварке тонкостенных материалов шире применять гнутые и штампованные элементы, увеличивающие жесткость конструкций.

-Отдалять обработанные поверхности от сварочной зоны.

-Не соединять сваркой детали, закаленные и подвергнутые химико-термической обработке.

Повышение прочности

Прочность сварных соединений повышают конструктивными (рацилнальное расположение швов относительно действующих сил, целесообразная форма швов) и технологическими (защита шва от вредных воздействий при сварке, термическая обработка) приемами.