Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Прикладна механіка_ЛЕКЦІЇ

.pdf
Скачиваний:
147
Добавлен:
08.02.2016
Размер:
7 Мб
Скачать
☆

444

Рис. 6.2

При розрахунку приймають такі допущення: навантаження рівномірно розподілено між усіма заклепками; концентрацію напружень біля отворів не враховують; тиски між бічною поверхнею заклепки і стінкою отвору (напруження зминання) вважають розподіленими рівномірно; напруження зрізу приймають розподіленими рівномірно по поперечному перерізу заклепки.

Розрахункові формули на міцність заклепочного з'єднання мають наступний вигляд.

445

де

Міцність заклепок на зріз:

 

 

зр

P

зр ,

 

(6.1)

 

 

 

 

 

 

Aзр ni

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Азр

4

– площа зрізу однієї заклепки,

n

– кількість заклепок у

 

 

 

 

 

 

з'єднанні, i – кількість площин зрізу однієї заклепки.

Міцність з'єднання на зминання:

 

 

 

P

 

зм

A

n

 

 

 

 

 

 

 

 

зм

 

зм

,

(6.2)

де

Азм d min – площа

зминання

 

однієї заклепки,

min

– найменша

товщина з'єднуваних деталей, n – кількість заклепок у з'єднанні.

 

Міцність з'єднаних листів на розтяг (стиск):

 

 

 

 

 

р

P

р ,

 

(6.3)

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

р

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де

Азм

– розрахункова

площа у

 

небезпечному перерізі

розтягнутого

(стиснутого листа), n – кількість отворів у небезпечному перерізі листа.

Із умови рівноміцності з'єднання крок заклепочного шва приймають t ( 3...6 )d , відстань між рядами заклепок – ( 2...3 )d , де d – діаметр заклепки.

§25.2. Зварні з'єднання

Усучасному машинобудуванні і будівництві великого поширення набули нероз'ємні з'єднання, які здійснюють за допомогою зварювання.

Зварювання – технологічний процес утворення нероз'ємного

з'єднання деталей за допомогою місцевого сплавлення або деформування

446

із метою утворення міцних зв'язків між атомами і молекулами.

На сьогоднішній день існує понад 60 методів зварювання, які поділяються на дві основні групи: зварювання плавленням (газове,

аргонодугове, високочастотне, дугове та ін.) і зварювання пластичним деформуванням (холодне, газопресове, контактне, стикове, точкове та ін.).

Газове зварювання – зварювання плавленням, при якому джерелом теплоти є високотемпературне полум'я горючих газів (ацетилену, водню) в

струмені кисню. За допомогою газового зварювання можна зварювати тонку листову сталь, чавун, кольорові метали і сплави. Полум'я газового пальника використовують також для різання металів.

Контактне зварювання – зварювання, при якому зварювані деталі розігріваються теплотою, що виділяється при проходженні електричного струму через місце контакту з'єднуваних деталей, доводяться до пластичного стану і механічно здавлюються.

Електродугове зварювання – зварювання, при якому між електродом,

що є присадним металом, і зварюваними деталями утворюється електрична дуга, в зоні якої формується шов внаслідок плавлення електрода.

Крім перелічених видів зварювання застосовують і інші:

електрошлакове – при великій товщині з'єднуваних деталей (до 2 м),

ковальське, термітне, атомно-водневе, ультразвукове, тертям,

електронно – променеве, дифузне, плазмове, світловим промінням та ін.

Пластмаси зварюють у струмені гарячого повітря або гарячим металевим лезом, струмами високої частоти, ультразвуком.

Електродугове зварювання можна виконувати вручну і автоматично.

При автоматичному зварюванні непокритий електродний дріт безперервно подається в зону зварювання і дуга горить під шаром шлаку (флюсу), що забезпечує високу якість шва. Крім того, автоматичний метод зварювання в 10...20 раз продуктивніший від ручного.

447

Основні переваги зварних з'єднань по відношенню до заклепочних:

–економія матеріалу (зварні конструкції в середньому легші від клепаних на 20...25 %);

–щільність з'єднань (в клепаних котлах та інших резервуарах, що перебувають під тиском);

–можливість з'єднувати деталі будь-яких криволінійних профілів довільної товщини;

–зменшення витрат праці у зв'язку із виключенням операцій розмітки і свердління або продавлювання отворів;

–менша собівартість;

–безшумність технологічного процесу зварювання і можливість автоматизації.

Основні недоліки зварних з'єднань:

–можливість порушення фізико – хімічних властивостей з'єднуваних деталей у зоні зварювання;

–висока концентрація напружень у зоні зварних швів, обумовлена як геометрією зварюваних деталей і самих швів, так і можливими дефектами зварювання.

Концентрація напружень знижує міцність з'єднання, особливо при ударних і вібраційних навантаженнях.

При електродуговому зварюванні в залежності від взаємного розташування деталей, що зварюються розрізняють стикові, напусткові,

таврові і кутові з'єднання.

Стикове з'єднання (рис. 6.3, а) двох деталей, які розташовані в одній площині (на одній поверхні), є найраціональнішим видом зварного з'єднання.

Стикові з'єднання характеризуються високою міцністю і надійністю при всіх видах навантажень.

448

Рис. 6.3

У напусткових з'єднаннях (рис. 6.3, б) з'єднувані деталі розташовані паралельно і частково перекривають одна одну.

Таврове з'єднання (рис. 6.3, в) – це зварне з'єднання, в якому до бічної поверхні однієї деталі виробу примикає під кутом і приварена торцем інша деталь

Кутове з'єднання (рис. 6.3, г) двох деталей, розташованих під будь – яким кутом (найчастіше 90°) і зварених у місці примикання їх країв,

застосовують для виготовлення захисних засобів, тари та інших виробів,

деталі яких сприймають невеликі навантаження. Кутові і таврові з'єднання відзначаються простотою виконання і економною витратою матеріалу.

За формою підготовки кромок листів розрізняють зварні з'єднання із відбортованими кромками (рис. 6.4, а), без скошених кромок (рис. 6.4, б, в)

і зі скошеними кромками (рис. 6.4, г), односторонні (рис. 6.4, б) і

двосторонні (рис. 6.4, в, г).

449

Рис. 6.4

Зварні шви також поділяються за протяжністю – на неперервні і переривчасті; по положенню у просторі – на нижні, горизонтальні,

вертикальні і стельові; за зовнішньою формою – на плоскі (рис. 6.5, а),

угнуті (рис. 6.5, б) і опуклі (рис. 6.5, в).

Рис. 6.5

Треба відмітити, що раціональнішими є шви плоского і угнутого профілів. Угнутий профіль особливо доцільний при динамічних навантаженнях, так як забезпечує знижену концентрацію напружень. При ручному зварюванні звичайно застосовуються опуклі шви.

450

Основним критерієм працездатності швів зварних з'єднань є їх

міцність. Незважаючи на нерівномірність розподілу напружень по периметру шва, при розрахунках зварних з'єднань на міцність концентрацію напружень не враховують. Такий розрахунок умовний,

однак виправданий практикою експлуатації.

Стикові зварні з'єднання розраховують тільки за нормальними напруженнями розтягу (стиску):

 

 

 

 

P

 

 

,

 

 

(6.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

р ,с

l

р ,с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де P – зовнішня сила розтягу (стиску) з'єднання,

– товщина елементів

 

 

 

 

– допустиме напруження матеріалу шва.

з'єднання, l – довжина шва, р ,с

Напусткові зварні з'єднання розраховують тільки на зріз за

дотичними напруженнями .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Небезпечним

тут приймають

бісекторний

переріз

I I

шва

заввишки приблизно

k cos 45

 

0,7 k , де k – катет шва (рис. 6.5, а).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким чином, розрахункову площу зрізу шва при його сумарній

довжині l визначають із виразу:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Азр 0,7 k l .

 

 

 

 

При цьому рівняння міцності зварного шва на зріз має вигляд:

де

 

 

р ,с

 

 

 

P

 

P

 

,

(6.5)

 

 

зр

 

Aзр

0,7 k l

зр

 

 

 

 

 

 

 

– допустиме дотичне напруження матеріалу шва.

Наведені розрахункові формули (6.4) і (6.5) застосовуються для швів зварних з'єднань, навантажених осьовими силами, але не моментами.

Останній випадок зустрічається рідко і тут не розглядається.

451

Допустимі напруження зварних швів приймають залежно від допустимого напруження р основного металу конструкції, способу зварювання та характеристики електродів. Орієнтовано для стальних конструкцій при статичному навантаженні:

 

р ,

р 0,9...1,0

, с р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,6...0,65 р .

 

 

 

Значення допустимого напруження при розтягу залежить від

границі текучості

Т

основного

матеріалу (з'єднуваних деталей) і

допустимого коефіцієнту запасу міцності n :

 

 

 

 

 

р

 

.

 

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

Для низьковуглецевої сталі

приймають

n 1,3...1,6 , а для

низьколегованої сталі –

n 1,5...1,7 .

Менші значення

n рекомендується

брати для маловідповідальних з'єднань і при легких режимах роботи,

більші – у відповідальних (крани, ферми мостів і т. д.) і при важких умовах роботи.

§ 25.3. Клейові і інші нероз'ємні з'єднання

Клейовим називається нероз'ємне з'єднання, яке отримують методом склеювання деталей із однорідних або неоднорідних матеріалів (сталі,

чавуну, алюмінію та його сплавів, міді, латуні, скла, мармуру, пластичних мас, синтетичних матеріалів, тканин, гумових виробів, шкіри і т. ін.).

Склеювання деталей із металевих матеріалів, матеріалів органічного та неорганічного походження засновано на утворенні міцних зв'язків між молекулами клейової плівки і поверхнями деталей.

Такий вид з'єднання перспективний і постійно вдосконалюється.

452

Основні переваги клейових з'єднань:

–корозійна і бензомаслостійкість;

–зменшення маси конструкції порівняно з іншими видами з'єднань;

–невисока концентрація напружень у місці з'єднання;

–можливість з'єднання практично будь – яких конструкційних матеріалів, однорідних і неоднорідних;

–можливість з'єднання деталей практично будь – якої форми поверхонь склеювання;

–герметичність і достатня надійність з'єднання;

–висока втомна міцність, яка перевершує в ряді випадків міцність паяних і зварних з'єднань;

–відсутність короблення з'єднуваних деталей;

–значно менша, ніж при зварюванні і клепанні, собівартість;

–міцність і щільність з'єднання.

Основні недоліки клейових з'єднань:

–«старіння», тобто зниження міцності з'єднання з часом;

–низька теплостійкість – міцність з'єднання порушується при порівняно невисоких температурах 60...100 °С. (деякі марки клеїв на основі елементоорганічних і неорганічних полімерів задовільно працюють

при t 1000 C , але не мають достатньої еластичності);

–невисокий опір проти розтягу і зсуву, особливо в разі нерівномірного відриву;

–необхідність старанного зачищення і припасування поверхонь.

Незважаючи на перелічені недоліки, застосування клейових з'єднань у народному господарстві розширюється. Це виробництво електро- і

радіообладнання, оптична, мебльова і деревообробна промисловість,

авіація, виготовлення різального і вимірювального інструменту,

будівництво, кріплення арматури, виготовлення оснастки і т. ін.

453

Міцність клейового з'єднання залежить від площі склеювання.

Найбільш міцним є з'єднання, яке працює на зсув або рівномірний відрив,

коли напруження по всій площі розподілені відносно рівномірно.

У випадку нерівномірного відриву застосовують комбіновані з'єднання – клейозаклепочні і клейозварні.

Розрахункові формули на зсув (зріз) і відрив (розтяг – стиск) для клейових з'єднань мають вигляд:

де P – діюча сила,

При цьому залежностей:

 

 

 

 

P

 

 

 

,

 

 

 

 

(6.6)

зр

Aк

зр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

P

 

р

,

 

 

 

 

(6.7)

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aк – площа склеювання.

 

 

 

 

 

 

допустимі

 

 

напруження

визначаються із відомих

 

 

 

B ,

 

 

 

 

 

 

B

,

 

 

зр

 

n

 

 

 

 

р

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де межа міцності при зсуві

В 60 МПа , межа міцності при розтягу

В 50 МПа , а допустимий коефіцієнт запасу міцності n 1,2...1,5 .

Крім клейових, зварних і заклепочних існують також інші види нероз'ємних з'єднань.

З'єднання пайкою, коли деталі з'єднуються за допомогою розплавленого припою. В якості припою застосовують метали і сплави, які

можна розділити на легкоплавкі (з температурою плавлення до

300

 

С ) і

 

 

 

 

 

 

тугоплавкі (з температурою плавлення вище

500

 

С ). До легкоплавких

 

 

 

 

 

 

припоїв належать сплави олова і свинцю, сплави олова, свинцю і кадмію.

До тугоплавких – сплави срібла, міді і кадмію, сплави міді і нікелю, сплави