Сварные конструкции. Расчет и проектирование

СВАРНЫЕ РАМЫ

Рамы входят в состав различных машин и конструк­ций — станков, вагонов, крановых тележек, фундаментов, кузнечно-прессовых и прокатных машин, автомобилей, тракторов, в металлические конструкции зданий. Рамы и станины служат для связи в одно целое отдельных частей

механизма или станка. Они должны обеспечивать необхо­димую жесткость и прочность конструкции и удовлетворять требованиям рациональной компоновки изделия. При рас­четах на прочность рамы и станины представляют в виде системы соединенных балок.

Простейшие узлы сварных рам приведены на рис. 14.16, а. . в. Для увеличения жесткости рам в гори­зонтальной плоскости рекомендуется ставить распорки. В целях снижения массы при сохранении жесткости целе-

сообразно применять для легких рам тонкостенные гнутые штампованные уголки, швеллеры и другие профили. Для соединения указанных элементов применяют не только дуго­вую, но и контактную сварку. Так, например, лонжероны— продольные балки сварной рамы автомобиля — выполня­ют из штампованного швеллера, а поперечные — нз элемен­тов замкнутого трубчатого сечения. Привариваются они к

к лонжеронам контактной сваркой тавровыми сое­динениями (рнс. 14.17, б), а при выштамповке и отбраковке лонжеронов — с тыковымн (рис. 14.17, а). Несмотря на резкий переход в сечении трубчатой конструкции к лонжерону, сварная конструкция по прочности превосходит клепаную.

Пример расчета. Требуется определить прочность рамы (рис. 14.18, а) при следующих условиях: средние поперечные балки 2 двутаврового профиля пролетом I— 1 м нагружены по длине равно­мерной нагрузкой 9=60 кН/м (рис. 14.18,6); собственным весом балок пренебрегают. Продольные балкн 1 имеют коробчатое сече­ние. Они обладают большой жесткостью на кручение, поэтому по­перечные балкн можно считать защемленными в продольных

Л4 = 9/*/12 = 60.|*/12 = 5,0кН-м.

Момент инерции поперечной балки по сечению Б—Б составит

У = 20я 1/12+2 (16-1-10,5»+1». 16/12)= 4197 см4.

Момент сопротивления поперечной балкн

87 = 4197/11 =381 см».

Напряжения в поперечной балке

a — MlW = 0,005/(381-10~*) = 13,1 МПа.

Поперечная сила в балке

Q = ql/2 = 60 • 1/2 = 30 кН.

Статический момент горизонтального листа относительно центра тяжести сечей и я

16.1-10,5 = 168 см».

Касательные напряжения в поясных швах с катетом К— 6 мм поперечной балкн к опоре при 0=1,0 составят

т = QS/(2y0A") = 0,03• 168-10-*/(4197- J0~s.2-1,0-0.006)-= 15,6 МПа.

Прикрепление поперечных балок к продольным спроектировано следующим образом. Кромки горизонтальных листов поперечной

балкн скошены и приварены стыковым соединением. Вертикальная стенка обварена угловыми швами с катетом К~Е мм. В прикрепле­нии предусмотрена косынка 3 (рис. 14.18, а). При определении на­пряжений учитываем в соединении только стыковые н вертикаль­ные угловые швы. Швы, приваривающие косынку 3, в учет не при­нимаем. Момент, воспринимаемый двумя стыковыми горизонталь­ными швами, определяется по формуле

М{Т = ст<4г (й|4~*г)' (14.28)

где Аг — площадь сечения горизонтального листа.

Момент, воспринимаемый двумя вертикальными угловыми швами,

Mt*=2tfKhl (14.29)

Расчетный момент вычисляется по формуле

Л4=о/4г(&а+5г)+2трК*в/6. (ИЗО)

Примем в запас прочности,- что о по значению равно т. При этом

М

Т >1г(А.-Ь*,) + 2Р/(й2/6 16-1 (20+1) + 2 0,870-6.20*/6 “

= 12,5 МПа.

Продольиые балки рассчитывают по схеме рис. 14.18,«.

В сварных конструкциях рам применяются сопряже­ния балок разного типа. Расчетным усилием для них, как правило, является изгибающий момент. Если момент не может быть определен на основе статического расчета, то соединение целесообразно конструировать равнопрочным основному сечению изгибаемых элементов. При этом рас­четный момент

М-[о]рГ,

где W — момент сопротивления поперечного сечения при­крепляемого элемента; [о]р — допускаемое напряжение. Условие прочности сопряжений можно записать различны­ми способами, необходимо только отразить условие, что сумма моментов внутренних сил, допускаемых при расчете прочности соединения, равна или больше расчетного момен­та М.

В рамных конструкциях нередко используются травер­сы, которые отличаются от балок значительно меньшими пролетами и более сложными профилями поперечных се­чений. Поперечные сечения траверс часто состоят из двух толстых плит (поясов) и заполнения из переборок меньшей толщины. Примеры сварных конструкций приведены на рнс. 14. 9, а.. .г.