РАЗДЕЛ 3. ЗАДАЧИ ПО ДЕТАЛЯМ МАШИН

Общие сведения

В этом разделе рассматриваются расчеты сварных и резьбовых соединений.

Решение задач выполняют либо в виде проектного расчета (определение размеров), либо в виде проверочного (расчет по условию прочности), при котором расчетные напряжения должны быть равны или меньше чем допускаемые σ расч < [ σ ].

Рекомендуется решать задачи в следующей последовательности:

1. Составить расчетную схему соединения, показать все действующие силы, моменты сил и моменты пар сил, проставить размеры, обозначить параметры на рисунке в соответствии с используемыми формулами.

2. Задать материалы соединяемых деталей и определить допускаемые напряжения [ σ ] и [ τ ].

3. Произвести необходимые расчеты по формулам, приводя ссылки на литературные источники, откуда эти формулы взяты.

При расчетах сварных соединений допускаемые напряжения в сварных швах следует определять с учетом коэффициента ослабления прочности материала сварного шва, который равен φ = 0,8 -1,0.

Стыковыешвырассчитывают на растяжение. Толщина поперечного сечения стыкового шва принимается равной наименьшей толщине свариваемых деталей. Угловые швы рассчитывают по напряжениям среза, лежащим в плоскости биссектрисы прямого угла поперечного сечения шва. Толщину поперечного сечения углового шва принимают h = 0,7k,

где k – катет шва. В случае, когда требуется рассчитать длину шва l, катет шва k принимают равным наименьшей толщине свариваемых деталей. Если длина шва известна, то катет шва k находят расчетом. Значения коэффициентов запаса прочности и коэффициентов трения следует выбирать в соответствии с рекомендациями, изложенными в литературе [ ] .

В резьбовых соединениях необходимо рассчитать болты при действии на них усилий и моментов, определить внутренний диаметр резьбы болта и далее по стандарту подобрать внешний диаметр резьбы. Следует дать эскиз рассчитываемой конструкции, показать действующие силы и размеры. Задавшись материалом болта, необходимо вычислить допускаемое напряжение на растяжение, приняв коэффициент запаса по пределу текучести равным s = 2,5.

Расчет сварных соединений

Пример 3.1.1. Две полосы из стали - Ст.3 размером 200 x 12 мм. соединены стыковым сварным швом и нагружены сила­ми F (рис. 3.1.1). Определить допускаемое значение усилия F, если сварной шов выполнен вручную, а допускаемые напряжения растяжения для выбранного материала полос равны σ = 160 МПа = 160 Н/мм2. При решении задачи используют соотношения сопротивления материалов при растяжении и коэффициент ослабления прочности сварного шва при сварке.



Рис. 3.1.1

Решение.

1. Значение допускаемого напряжения в сварном шве при использовании ручной свар­ки найдем из соотношения .

При коэффициенте ослабления прочности сварного шва значение допускаемого напряжения будет равно .

2. В общем случае напряжение растяжения в стыковом сварном шве от действия нагрузки Fравно σ = F / A < = [ σ’ ].

3.Значение допускаемого усилия растяжения определим из условия прочности при растяжении ,

где А = 200 . 12 = 2400 мм2 – площадь поперечного сечения полосы.

Пример 3.1.2.Полоса сечением 160 х 10 мм. из стали Ст. 3 нагружена силой F и приварена вручную к косынке двумя фланговыми швами

(рис. 3.1.2). Определить требуемую длину lф фланговых швов, приняв величину катета сварного шва, равной толщине полосы. Сварное сое­динение должно быть равнопрочным привариваемой полосе.

10

F F

lф 160

Рис. 3.1.2

Решение.

При симметричном расположении полосы и косынки относительно линии действия сил и равенстве длин фланговых швов усилия и напряжения в швах будут одинаковыми.

1. Напряжение среза в угловом сварном шве определится из соотношения , где - суммарная длина сварных швов.

2. Величину допускаемого напряжения среза в угловом сварном шве при ручной сварке принимают [ τ ] = [ τ’ ] φ, где величина .

Приняв коэффициент ослабления сварного шва при ручной сварке равным

φ = 0,9, вычислим допускаемые напряжения среза по формуле



= 0,6 [ σ ] φ = 0,6 .160 .0,9 = 86,4 H /мм ,

где [σ ] = 160 Н/мм2 - допускаемое напряжение растяжения.

3. Из требования равнопрочности (восприятия одинаковой нагрузки) пластины и сварного шва определим максимальное допускаемое усилие растяжения пластины [F] по формуле [ F ] = A / σ = 1600. 160 = 256 . 10З Н,

где А = 160.10 = 1600 мм2 – площадь поперечного сечения пластины.

4. Требуемая длина двух фланговых швов при действии расчетной силы будет равна мм .

Длина каждого сварного шва составит l = 211,5 мм.

Принимаем l = 220 мм.

Пример 3.1.3. Рассчитать сварные соединения однодискового зубчатого колеса, передающего вращающий момент Т = 30 kHм(рис.3.1.3). Внутренний диаметр диска dс = 210 мм, наружный - D0 =500 мм. Материал обода, ступицы и диска – сталь Ст.3, для которой [σ]p=160 H/мм2 .

Сварка ручная, дуговая электродом Э50А. Шов двусторонний ( i =2 ).

В задаче из расчетов на срез рассчитать катеты угловых сварных швов –k1 и k2 на диаметрах – D0 и d с от действия вращающего момента – Т.

Рис 3.1.3

Решение.

Обозначим: Ft1 – окружная сила на внутреннем диаметре диска dc;

Ft2 – окружная сила на наружном диаметре диска D0.

1. Допускаемое напряжение срезадля угловых сварных швов ,

где величина . Тогда при коэффициенте ослабления сварного шва при ручной сварке

2. Окружные силы на внутреннем и наружном диаметрах диска:

3. Внутренний и наружный периметры диска (длины фланговых швов) равны:

4. Высота катета по внутреннему периметру диска равна

где i = 2 – число плоскостей среза.

Принимаем k2 = 4 мм.

5. Высота катета по наружному периметру диска находится по формуле, аналогичной приведенной выше

.

Так как по условию технологии ручной сварки катет сварного шва принимают не менее 3 мм, назначаем k1= 3 мм. Сварной шов принимаем непрерывным. Тогда расчетное напряжение среза этого шва равно

Условие прочности шва обеспечивается.


3052907204670869.html
3052971896554373.html
    PR.RU™