Детали машин

Прочность соединений и допускаемые напряжения

Прочность сварного соединения зависит от следующих основ­ных факторов: качества основного материала, определяемого его способностью к свариванию, совершенства технологического про­цесса сварки; конструкции соединения; способа сварки; характера действующих нагрузок (постоянные или переменные). Хорошо сва­риваются низко - и среднеуглеродистые стали. Высокоуглеродистые стали, чугуны и сплавы цветных металлов свариваются хуже. Зна­чительно снижают прочность такие пороки сварки, как непровары и подрезы (рис. 3.20), шлаковые и газовые включения, скопление металла в месте пересечения швов и т. п. Эти дефекты являются основными причинами образования трещин как в процессе сварки, так и при эксплуатации изделий. Влияние технологических дефектов сварки значительно усиливается при действии переменных и удар­ных нагрузок.

Эффективными мерами повышения прочности сварных со­единений являются: автоматическая сварка под флюсом и сварка в защитном газе; термообработка сваренной конструкции (отжиг); наклеп дробью и чеканка швов. Эти меры позволяют повысить прочность составных сваренных деталей при переменных нагруз­ках в 1,5...2 раза и даже доводить ее до прочности целых де­талей.

Прочность соединений и допускаемые напряжения

(5...10)6

Рис. 3.19

22И__ г

Многообразие факторов, влияющих на прочность сварных со­единений, а также приближенность и условность расчетных формул вызывают необходимость экспериментального определения допу­скаемых напряжений. Принятые нормы допускаемых напряжений для сварных соединений деталей из низко - и среднеуглеродистых сталей, а также низколегированных сталей (типа 14ГС, 15ГС,
15ХСНД, 09Г2, 19Г и пр.) при статических нагрузках см. в табл. 3.1.

Для переменных нагрузок допускаемые напряжения, взятые из табл. 3.1, понижают умножением на коэффициент у<1 [см. формулу (3.22)], а расчет выполняют по мак­симальному (по абсолютной величине) на­пряжению цикла (о-щы или ттах) так, как если бы это напряжение было статическим.

Таблица 3.1

Вид технологического процесса сварки

Допускаемые напряжения в швах при

Растяжении

Мр

Сжатии Меж

Срезе

М.

Автоматическая под флюсом, ручная элек­тродами Э42А и Э50А, контактная стыковая

Мр

Мр

0,65МР

Ручная дуговая электродами Э42 и Э50, газовая сварка

0,9Мр

ИР

0,6[<7]р

Контактная точечная и шовная

0,5Ир

Примечание. [ст]р=AT/S — допускаемое напряжение на растяжение для материала соединя­емых деталей при статических нагрузках. Для металлических конструкций запас прочности

1,4... 1,6.

При переменных нагрузках рекомендуют рассчитывать проч­ность не только сварного шва, но и самих деталей в зоне этого шва. Допускаемое напряжение для деталей в зоне шва также умножают на коэффициент у. Для углеродистых сталей у вы­числяют по формуле

У= 1 /[(0,6^зф ± 0,2) - (0,6 Азф+0,2)Л] < 1, (3.22)

Где i?=o-min/o"max или т^п/ттах — коэффициент асимметрии цикла на­пряжений; К^ — эффективный коэффициент концентрации напря­жений, который относится и к а, и к т (см. табл. 3.2 и 3.3); верхние знаки — при растягивающем наибольшем по абсолютной величине напряжении и при касательных напряжениях, а нижние — при сжи­мающем. В переходной зоне (i?= — 1 или близко к этому) расчет ведут по более опасному напряжению.

Прочность соединений и допускаемые напряжения

Подрез Газ

Непровар Рис. 3.20

Если при вычислении у по формуле (3.22) получают у>19 то в расчет принимают у= 1. Это обычно получается при большой асимметрии цикла (Л>0) и указывает на то, что для данного цикла решающее значение имеет не сопротивление усталости, а статичес­кая прочность.

Таблица 3.2

Расчетный элемент

*эф при электро­дуговой сварке

Расчетный элемент

АТдф при электро­дуговой сварке

Низко- углеро­дистая сталь СтЗ

Низко­легиро­ванная сталь 15ХСНА

Низко­углеро­дистая сталь СтЗ

Низко­легиро­ванная сталь 15ХСНА

Деталь в месте пе­

1,5

1,9

Стыковые швы

1,2

1,4

Рехода к стыковому

С полным проваром

Шву

Корня

То же, к лобовому

2,7

3,3

Угловые лобовые

2,0

2,0

Шву

Швы

—»— к фланговому

3,5

4,5

Угловые фланговые

3,5

4,5

Шву

Швы

Таблица 3.3

Материал

Состояние образца

Толщина, мм

Кэф при швах

Связующих

Рабочих

Точечь

Сталь 10 Сталь 30ХГСА Твердый сплав ВТ1 Алюминиевый сплав Д16Т

Углеродистые стали Высоколегированные стали и алюминиевые сплавы

Шя и шовная сварка (цифр]

После нормализации После низкого отпуска В состоянии поставки То же

Стыковая контактная а

Ы в скобках

3 + 3 1,5 + 1,5 1,5 + 1,5 1,5 + 1,5

Чарка

)

1,4(1,25)

1,35 2,0(1,3) 2,0(1,3)

1, 1,2..

7,5(5) 12

10(5) 5(2,25)

2

.1,5

Примеры расчета. Пример 3.1. Рассчитать кронштейн и сварное соединение (см. рис. 3.14) при F= 104 Н, Т= 8 • 103 Н м=8 • 10б Н' мм, нагрузка статическая, толщина листа 5 = 12 мм, материал листа — сталь СтЗ (<7Т=220 МПа), сварка ручная электро­дом Э42.

Решение. 1. Определяем ширину Ь листа по условию его прочности. Принимая S= 1,4 (см. примечания к табл. 3.1), находим

Мр=*тА=220/1,4=157 МПа.

Учитывая только основную нагрузку Т, получаем

W= 5Ь2 /6 — Т/[о]р

I 6Т /б • 8 * 10б

Или Ъ= /------- = /------------ = 160 мм.

V^Mp V 12-157

С учетом нагрузки F принимаем 6 = 165 мм. Проверяем прочность при суммар­ной нагрузке:

6 Т F 6 8 106 104

<т=—+—=-------------- +--------- «152 МПа<И„ = 157 МПа.

5Ь2 5Ъ 12 *1652 12 165 р

2. Определяем размеры швов. Принимаем 1Л=Ь= 165 мм, Fc=<5 = 12 мм. Предва­рительно оцениваем /ф только по основной нагрузке Г, используя формулу (3.13). При этом, согласно табл. 3.1, принимаем

М=0,6 Ир = 94 МПа; тг=94 = 8' 10б/(/ф' 0,7 • 12' 165 4- 0,7 • 12 • 1652/6);

Из этого равенства найдем /ф = 35 мм. Пусть /ф=40 мм (исполнительный размер с учетом неполноценности шва на концах /ф = 50...60 мм).

Проверяем прочность швов по суммарной нагрузке [см. формулу (3.14)]:

XF= 10*Д0,7 • 12 • (2 • 40 +165)]« 5 МПа [см. формулу (3.11)];

Уточняем тг= 8 • 10б/(0,7 • 12 • 40 • 165+0,7 • 12 • 1652/6)=86 МПа [см. формулу (3.13)];

Т=тг+т/-=91 <[тТ=94 МПа.

Отмечаем, что по условию равнопрочности детали и соединения при действии изгибающей нагрузки как основной требуемая длина фланговых швов /ф невелика и составляет около 0,25/л.

Пример 3.2. Рассчитать сварной шов (см. рис. 3.17): D= 140 мм, толщина стенки трубы <5 = 5 мм, Г=104 Нм, М—1' 103 Н м, нагрузка статическая, материал трубы — сталь СтЗ, сварка ручная электродом Э42. Сама труба рассчитана по Ир =157 МПа (см. пример 3.1).

Решение. Напряжение от Т, по формуле (3.17),

Тг=2 • 107/(0,7 кж • 1402)=4,65 • 102/А:.

Напряжения от М по формуле (3.18),

T^=4 • 7 • 106/(0,7Jbc • 1402) = 6,5 • 102/А:.

Суммарное напряжение, по формуле (3.19),

Т = (102/Л:)=ч/4,6524-6,52=8 102/А:<М = 94 МПа (см. пример 3.1).

Отсюда находим £=8,5 мм. Отметим, что для принятой конструкции шва при условии равнопрочности шва и трубы требуется к>5. Более совершенно соединение стыковым швом с разделкой кромок. Изучающим рекомендуется самим выполнить расчет такого соединения.

Пример 3.3. Рассчитать соединение, выполненное точечной сваркой и нагружен­ное по схеме рис. 3.18, а. Задано: /^=3500 Н, 5 = 3 мм, материал — сталь 10, нагрузка знакопеременная (R= — 1).

Решение. Определяем ширину Ь листа из условия его прочности при растяжении с учетом ослабления в зоне сварки. Принимая 5=1,5, находим [<т]р = Gt!S—200/1,5 = = 133 МПа (см. табл. 1.1).

По формуле (3.22) при К^ъ7,5 (см. табл. 3.3) находим

У = 1/(0,6' 7,5+0,2) - (0,7' 7,5-0,2) (-1)ж0,11. Расчетное допускаемое напряжение

М = МрУ = 133-0,11 = 14,6 МПа.

Далее Ъ=F/(D [<т]) = 3500/(3 ■ 14,6)« 80 мм.

Определяем размеры и число сварных точек. По рекомендациям, D= 1,2' 3 + 4 ж «8 мм; F2= 1,5'8 = 12 мм; ^=2*8 = 16 мм; /=3 8=24 мм. Число точек в одном ряду

/ = [(£-2T2)/T] +1 = [(80 - 24)/24] +1 = 3,3.

Принимая число точек в двух рядах Z=6, проверяем прочность сварных точек по формуле (3.20):

Т - 4' 3500/(6я' 82) = 11,6 МПа. По табл. 3.1 с учетом у имеем

М=0,6 Иру=0,6 • 133 0,11 = 8,75 МПа <т.

Условие прочности не удовлетворяется. Следовательно, нужно увеличивать ши­рину листов и ставить четыре точки в ряду или выполнять трехрядное соединение по три точки в ряду. Этот пример показывает, как плохо работают точечные соединения при знакопеременных нагрузках.

Детали машин

Муфты комбинированные

Эти муфты применяются в тех случаях, когда ни одна из рас­смотренных выше муфт не может полностью удовлетворить всем требованиям, предъявляемым к соединению валов. На практике чаще всего используют комбинацию упругих …

Муфты автоматические, или самоуправляемые

Эти муфты предназначаются для автоматического разъединения валов в тех случаях, когда параметры работы машины становятся недопустимыми по тем или иным показателям. Классификация автоматических муфт представлена схемой на с. 367. Вышеизло­женные …

Муфты управляемые, или сцепные

Управляемые муфты позволяют соединять или разъединять ва­лы с помощью механизма управления. По принципу работы все эти муфты можно разделить на две группы: муфты, основанные на зацеплении (кулачковые или зубчатые); муфты, …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.