Проверочный расчет сварных стыковых швов на прочность

В основу положен расчет по номинальным напряжениям.

 

Проверочный расчет сварных соединений, выполненных валиковым швом

                                                                     

 

 

Допускаемые напряжения

 

 

Основные понятия о паянных и клеевых соединениях

Паяные соединения:

Паяные соединения – это неразъемные соединения, обеспечиваемые силами молекулярного взаимодействия между соединениями, деталями и припоем.

Припой – это сплав или Ме, вводимый в расплавленном состоянии в зазор между соединяемыми деталями и имеющий более низкую температуру плавления, чем соединяемые детали. Отличие от сварки – отсутствие расплавления или высокотемпературного нагрева соединяемых деталей.

       Связь в паянном шве основана на:

- растворении Ме деталей в расплавленном припое.

- взаимной диффузии элементов припоя и Ме соединении деталей

- бездиффузионной атомной связи

Процесс пайки состоит из операций:

- прогрева соединяемых поверхностей, расплавления припоя, растекания припоя, заполнение шва, охлаждения, кристаллизации.

Пайкой соединяют однородные и разнородные материалы: черные и цветные Ме, керамику, стекло и т.д.

Основные типы паянных соединений

 

Требования к припоям:

 

- легкоплавкость

- хорошая способность к смачиванию соединяемых поверхностей

- высокая прочность

- пластичность

- непроницаемость  

 

Клеевые соединения:

 

Клеевые соединения – это соединения неметаллическим веществом посредством поверхностного схватывания (адгезии) и внутренней межмолекулярной связи (когезии) в клеящем слое.

 

Достоинства:

- возможность соединения деталей из разнородного материала

- соединения тонких листов

- пониженная концентрация напряжений

- хорошее сопротивление усталости

- возможность обеспечения герметичности

- уменьшенная масса

- возможность получения гладкой поверхности изделия.

 

Недостатки:

- слабая работа на неравномерный отрыв.

 

Применяемые в машиностроении клеи подразделяются на:

 

1. Термореактивные: - эпокеидные

                              - полиэфирные

                              - феноформальдегидные

                              - полиуретановые

2. Термопластичные на основе полиэтилена, поливинилхлорида

3. Эластомеры на основе каучука

 

 

Резьбовые соединения

1. Преимущества и недостатки

 

Достоинства:

- возможность образовывать подвижные и неподвижные соединения

- легкость преобразования вращательного движения в поступательное

- возможность обеспечения при малых вращающих моментах больших осевых нагрузок

- возможность получения самотормозящих и несамотормозящих соединений

-взаимозаменяемость

-удобные формы и малые габариты

-простота и возможность точного изготовления  

 

Недостатки:

-низкий КПД

-неравномерность распределения нагрузки между витками резбы

 

2.Детали резбовых соединений(болт, винт, шпилька, шайба, шплинт, гайка)

Резбовыми соединениями называют разъемные соединения деталей с помощью резбы или резбовыми крепежными деталями- винтами, болтами, шпильками, гайками и т.д.

 

 

 

Болты с шестигранной головкой класса точности в ГОСТ 7798-70

 

Силы и моменты в резбе.

 

Условие прочности при затяжке гаек.

 

 

При сборке стандартными гаечными ключами L=14d рабочий создает осевую силу на оси винта.

а) для резбы без покрытия F=70Fp

б)для резбы с покрытием А=100Fp

Допустимое [Fp]=200…300H

Итак,

а) F=14000…21000H

б)F=20000…30000H

Примем резбу М10 (d1=8,376мм), тогда

σэкв=1,3(14000…21000)/π(8,376)^2=330..495 МПа

При классе точности 5-8 σт = 400 МПа

Вывод: при затяжке болтов М10-М12 необходим контроль затяжки

Эксцентричное приложение нагрузки.

 

 

Опорные поверхности гаек и болтов ставят на взаимоперпендикулярные поверхности, ось должна быть перпендикулярна этим поверхностям.

 

Высота гайки из условия равнопрочности резбы на срез, а стержня на растяжение.

 

Кр- коэффициент полноты резьбы                   Н=0,5d

 

Кн=0,6    Глубина завинчивания в глухое отверстие.

Кр=0,87

 

Распределение нагрузки по виткам резьбы.

Наибольшая неравномерность распределения нагрузки возникает если болт растягивается, а гайка сжимается, наименьшая неравномерность, если и гайка и болт растягиваются.

 

 

Групповые болтовые соединения

1.Допущения и ограничения

-все болты одинаковы и равнозатянуты

-поверхность стыка имеют 2 оси симметрии.

Оси симметрии стыка совпадают с осью симметрии резбовых элементов.

- в расчете используется гипотеза плоских сечений

2.Внешние силы и моменты.

Условия работоспособности соединения.

 

3.На соединения действует только силы Fx, Fy и Mz.

 

а) Болты поставлены в отверстие с зазором.

 

 

Достоинства: Простота изготовления

Недостатки: Значительные элементы резбовых элементов.

 

б) Болты поставленные в отверстие без зазора.

 

                                                                             

 

Достоинства: Меньшие размеры

Недостатки: Дороговизна

 

 

 

4. Расчет для общей схемы нагружения (F_z, M_x, M_y, F_сдв) по условию предотвращения сдвига.

 

Принято считать, что момент M_x и M_y не влияют на сдвиг.

 

F_з при наличии зазоров находится по формуле

(15)

i – число поверхностей трения;

Сила затяжки F_з из условия предотвращения сдвига:

+  если F_з  растягивает стык;

-   если F_з  сжимает стык.

 

5. Соединение нагружено только отрывающей нагрузкой.

F_z, M_x, M_y влияют на раскрытие стыка

 

1. Находим нагрузку, которая действует на самый нагруженный болт.

 

Условие нераскрытия стыка:

, если

;

.

 

1.1 , z – число болтов

1.2

       1) ;

       2) : .

 

                                      (16)

1.3             (17)

Например:

 

2. Необходимая сила затяжки без учета влияние упругости болта и стыка.

F_з находится из условия нераскрытия стыка.

Условие:    

            

 - площадь стыка;

k – коэффициент запаса

(18)

сила затяжки из условия предотвращения не раскрытия стыка.

Влияние упругости болта и стыка на величину F_з  и F_б

F_б   - сила, действующая на болт осевая сила      

                                         

             - внешняя полезная сила

 

 

 

 

Диаграмма Бабарыкова- Сидорода.

 

 перераспределяется между стыком и болтом.

Вызывает удлинение болта ∆ δ

компенсирует ослабление стыка ∆  у

 

(19)

(20)

 

С учетом упругости уточняем формулу (18):

 

Влияние  на работу детали соединения

 - податливость стыка болта

 и - рассчитываются по специальным методикам (смотри литературу)

При работе на циклических нагрузках рекомендуется увеличивать податливость болта и повышать жесткость стыка.