Расчет сварных соединений при постоянных нагрузках

В соответствии с конструкцией сварного соединения назначают все размеры шва (либо они могут быть известны), а затем выполняют проверочный расчет на прочность в предполо­жении равномерного распределения напряжений по длине и сечению шва. Если результаты рас­чета оказываются неудовлетворительными, вносят изменения в конструкцию и повторяют рас­чет. Прочность стыковых швов определяется нормальными напряжениями в наименьшем сечении соединения. Разрушение стыковых соединений происходит, как правило, по шву или в зоне термического влияния.

При действии растягивающих (сжимающих) усилий Fи изгибающего момента М

где F- растягивающая (сжимающая) сила; М- изгибающий момент; А - площадь, δ и l - толщина и ширина полосы;

W= δ·1²/6 - момент сопротивления расчетного сечения шва.

Угловые соединения нагрузку не воспринимают и на прочность не рассчитываются.

Тавровые соединения. Условие прочности соединения:

а) шов угловой (детали без раздела кромок) - расчет ведут только по касательным напряжениям в опасной плоскости среза.

При действии силы F

при действии изгибающего момента М

при действии крутящего момента Т

при совместном действии силы F и моментов М и Т

б) стыковой шов (детали с разделкой кромок)

Нахлестночное соединение выполняют угловыми (валиковыми) швами. Угловые швы рассчитывают только по касательным напряжениям τ в опасной плоскости среза.

а) лобовой шов при действии осевой силы F

При действии изгибающего момента М

б) фланговые швы - по длине шва напряжения τ распределены неравномерно. На концах шва они больше, чем в середине. Неравномерность возрастает с увеличением длины шва и раз­ности податливости деталей. Расчет выполняют по среднему напряжению:

При комбинированном соединении лобовыми и фланговыми швами l_Σ= l_л+(l_1ф+l_2ф).

Шпоночные соединения

Шпоночные соединения служат для передачи вращающею момента от вала к детали, на­ходящейся на валу,и наоборот – от детали на вал.

Основные типы шпоночных соединений стандартизированны. Клиновые и тангенциальные шпонки создают напряженные соединения, что сопровождается эксцентриситетом посажен­ных на вал деталей; кроме того, эти шпоночные соединения довольно сложны в изготовлении, поэтому в настоящее время используются редко. Призматические и сегментные шпонки созда­ют ненапряженное соединение - они наиболее распространены.

Стандартизированы обыкновенные и высокие призматические шпонки. Последние обладают повышенной несущей способностью, их применяют, когда закрепляемые детали (ступицы) имеют малую длину. Момент передается узкими боковыми гранями.

Достоинства: надежность;простота конструкции; низкая стоимость; удобство сборки-разборки.

Недостатки: ослабляет вал и ступицу пазом; концентрация напряжений в зоне шпоночной канавки снижает сопротивление усталости вала; прочность соединения ниже проч­ности вала и ступицы; технологическим не­достатком призматических шпонок является ручная подгонка и подбор шпонок по пазу (трудность обеспечения взаимозаменяемости).

Иногда призматические шпонки используют и как направляющие приосевом перемещении детали на валу. Шпонка, закрепленная на валу, называется направляющей, шпонка, скользящая вместе с деталью в пазу вала, называется скользящей.

Соединения сегментными шпонками применяют на валах небольших диаметров (до 44 мм). Они отличаются простотой изго­товления и сборки, однако вал сильно ослабляется глубоким пазом под шпонку. Приме­няют в условиях массового производства для немалонагруженных участков валов, например, на концах валов.

Расчет шпоночных соединений. Рассчитывают шпонку как наиболее слабую деталь со­единения. Размеры стандартных шпонок подобраны из условия прочности на смятие, поэтому их основным расчетом является проверочный расчет на смятие.

Расчет призматической шпонки.

Размеры сечения шпонки (ширину b и высоту h), глубину паза вала t₁ выбирают в зави­симости от диаметра d вала по ГОСТ 23360 - 78. Глубина шпоночного паза в валу принимается как 0,6 от высоты шпонки. Длину шпонки конструктивно принимают на 5...10 мм меньше длины ступицы, согласовывают со стандартом и проверяют на смятие:

где F_t=2·T/d - окружная сила, передаваемая шпонкой; А_см= (h – t_l)l_p - площадь смятия; Т - передаваемый вращающий момент; l_Р=l-b - рабочая длина шпонки (скругленные концы).

Условное обозначение шпонки: b·h·l ГОСТ 23360- 78, например

(14 ×9× 63 ГОСТ 23360 - 78).

Дата добавления: 2014-01-15