СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Шестерни и шкивы

Конструкции сварных шестерен, шкивов и маховиков имеют много общего. Их основными частями являются обод, ступица и соединительные элементы, связывающие обод со ступицей. Соеди­нительными элементами служат спицы или сплошные центры. Рас­смотрим конструкции сварных шестерен и шкивов.

На рис. 22.12,а приведен пример легкого шкива с центром и ободом из уголка, на рис. 22.12,6 — шкива с ободом из швеллера со спицами из полосовой стали, на рис. 22.12,6 — зубчатых колес со сплошным центром, а на рис. 22.12,г — зубчатого колеса с обо­
дом, сваренным стыковым соединением. Внутренний диаметр сту­пицы обычно соответствует диаметру вала. В качестве спиц могут быть использованы трубчатые элементы, тавровые, двутавровые и различные штампованные профили. Ободы шестерен большого размера прежде изготовляли литыми или коваными, в настоящее Еремя их в большинстве случаев вальцуют из толстых листов и

a) S)

СЕаривают встык. Центр и ребра изготовляют из низкоуглероди­стой стали. Для ободов применяют повышенные сорта кованой и вальцованной стали, например сталь ЗОХГС, а также углеродистые стали 35, 45 и др.

Швы, приваривающие центр к ступице и к ободу, целесообраз­но выполнять с подготовкой кромок или с глубоким проплавлени-

ем (рис. 22.13,а). При этом концентрация напряжений в соедине­ниях оказывается меньше, а следовательно, прочность при пере­менных нагрузках больше, чем в конструкции с угловыми швами (рис. 22.13,6).

Центр представляет собой весьма ответственную часть конст­рукции шестерни. При недостаточной его жесткости во время экс­плуатации возникают ви­брации, которые могу г расстроить зубчатое за­цепление. Поэтому цент­ры иногда конструируют двустенчатыми (см. рис. 22.1). Между стенками полезно ставить диафраг­мы жесткости. Жесткость двустенчатой шестерни значительно выше, чем одностенчатой. После сварки шестерни подвер­гают термической обра­ботке (отпуску) в печи для снятия остаточных напряжений. После отпу­ска производят механиче­скую обработку и нарез­ку зубьев.

Подобным же образом

а —шкив; б, в —эпюры силы Q и момента М поKOHCTDVKTHBHO 0(Ь00МЛЯ - длине спиц; « — соединение спицы со ступицей липч рулшгши

ют шкивы и маховики. Они не требуют столь большой точности изготовления и стабиль­ности размеров, как шестерни. Поэтому, как правило, после свар­ки эти конструкции не подвергают отпуску.

Расчет прочности сварного шкива производят по касательному усилию, приложенному к ободу. Усилие Т передается на обод, а с обода на ступицу (или на вал) через спицы или центр. Если число спиц менее четырех, то считают, что усилие Т воспринима­ется полностью одной спицей. Таким образом, в спице возникают поперечная сила Q=T и изгибающий момент М—Т1 (рис. 22.14). Напряжение от изгиба в спице определяется по формуле

o—Mym&xfI, (22.17)

где I—момент инерции поперечного сечения спицы относительно оси х (рис. 22.14,г).

Следует определить касательные напряжения в швах спицы, соединяющих ее пояс со стенкой. Если швы угловые с катетом К, то напряжения в них от поперечной силы

Касательные напряжения т, определяемые по формуле (22.18),
обычно незначительны. В месте соединения спицы со ступицей сле-
дует определить напряжения в угловых швах от момента:

%м=(МЦс)(утах+К), (22.19)

где /с — момент инерции периметра шва относительно вертикаль-
ной оси.

Напряжение от поперечной силы проверяется только с учетом
швов, приваривающих стенку профиля:

vq—QIFc, (22.20)

где Fc=2hf>K.

Напряжения в соединениях спиц со ступицей от силы Q обычно
бывают малы. Прочность в основном определяется напряжением
от момента.

а) т-юот

Если число спиц п>4, то М=4ТЦщ (22.21)

Q=4Tln. (22.22)

В конструкциях сварных шестерен (рис. 22.15,а) с Цен­трами вместо спиц наибо­лее нагруженными являются швы, соединяющие центр со ступицей. Они воспринимают усилие Т и крутящий момент

Af=77?. (22.23)

M—2mnr==2nr2sx.

Напряжение в шве с подготовкой кромок

х=М! (2 nr2s). (22.26)

Напряжения в угловых швах (рис. 22.15,в) с катетом К

х=М/(4м*$К). (22.27)

Пример расчета. Касательное усилие на зубе 7= 100 кН, радиус шестерни = 375 мм, радиус ступицы г=75 мм. Определить напряжения в соединении

центра (s=12 мм) со ступицей (рис. 22.15,а). По формуле (22.23), М=

=37,5 кН*м.

В швах, соединяющих центр со ступицей, сваренных с подготовкой кромок, касательные напряжения определяются по формуле (22.26):

Напряжение в соединении ступицы с центром определяется в предположении, что касательные напряжения распределены рав­номерно по длине шва; на участке длиной, равной единице, усилие в шве с подготовкой кромок (рис. 22.15,6) создает момент

m^sxr. (22.24)

(22.25)

Ряс. 22.15. К расчету сварных соедине­ний шестфен со сплошным центром:

а — шестерня; б — соединение центра со сту­пицей и ободом с подготовкой кромок; в — то же, без подготовки кромок