Мощность машин и её преобразование в механизмах 21 страница
Точечному соединению свойственна высокая концентрация напряжений. Поэтому оно сравнительно плохо работает при переменных нагрузках. Концентрация напряжений образуется не только в сварных точках, но и в самих деталях в зоне шва.
Точечные сварные соединения чаще применяют не как рабочие, воспринимающие основную нагрузку, а как связующие (например, крепление обшивки к каркасу).
Шовная сварка (рис. 19.13).
Напряжения среза
Концентрация напряжений в швах меньше, чем при точечной сварке, соединение герметичное.
Рис.19.13
Расчет сварных тавровых швов
Соединяемые детали в зоне сварных швов перпендикулярны (наиболее частый случай) или наклонны друг к другу. Это соединение выполняют стыковым швом с разделкой кромок (рис. 20,а) или угловыми швами без разделки кромок (рис. 20,б).
Рис. 20
При нагружении изгибающим моментом и силой прочность соединения определяют по формулам:
для стыкового шва
для угловых швов
При выводе формулы (5) учтено, что напряжения τam от момента распределяются по длине шва аналогично напряжениям σnam в поперечном сечении балки. За расчетное сечение по-прежнему принято сечение по биссектрисе m – m.
На рис. 21 показано тавровое соединение трубы, нагруженное изгибающим и крутящим моментами.
Напряжения в шве от крутящего момента
В уравнении (6) принято, что катет k шва мал в сравнении с d. При этом можно считать, что напряжения τT распределены равномерно по кольцевой площадке разрушения шва, равной βkπdcp, а средний диаметр этой площадки
|
|
|
dcp = d + βk ≈ d.
Напряжения в шве от изгибающего момента
Здесь учтено, что для такого сечения W в два раза меньше Wρ.
Напряжения τT и τM в сечении m – m (рис. 21) взаимно перпендикулярны. Поэтому суммарное напряжение
Рис. 21
В любом случае для расчёта самых сложных сварных швов сначала необходимо привести силу и момент к шву и распределить их пропорционально несущей способности (длине) всех простых участков. Таким образом, любой сложный шов сводится к сумме простейших расчётных схем.
Существует множество других нагружений силами, изгибающими и крутящими моментами. Для каждого из случаев составляется свое условие прочности, которые здесь охватить невозможно.
Сварные соединения при переменных нагрузках
Размеры швов выбирают из условия равнопрочности основного металла и шва при статическом нагружении. Однако при действии переменных нагрузок (обозначим их F − var) прочность сварных соединений снижается.
Эффективными средствами повышения прочности сварных соединений при F– var являются:
|
|
|
1) наклеп поверхности дробью, ультразвуковым ударом специальных головок, чеканка;
2) предварительная подготовка кромок шва (например, в тавровых соединениях со скосами кромок прочность в 1,5 раза выше, чем без разделки кромок);
3) выполнение лобовых швов с отношением катетов 1:3 с плавной формой перехода к основному металлу;
4) отжиг швов для снятия остаточных напряжений и др.
Расчет на сопротивление усталости при F- var проводят путем определения коэффициента безопасности Sσ (или Sτ) в околошовной зоне основного металла и сравнения его с допускаемым [Sσ] (или [Sτ]):
Sσ= σRKN/σmax ≥ [Sσ], (7)
где σR − предел выносливости сварного соединения при асимметричном цикле нагружения с коэффициентом асимметрии R=Fmin/Fmax;
KN – коэффициент долговечности; KN = (NG / N)1/ m ≥1,
где N − заданное число циклов нагружения;
m = 12/Kσ − показатель степени в уравнении кривой усталости;
σmax = (σm + σa) – максимальное напряжение цикла:
σm = σmax (1 + R) / 2 − среднее напряжение,
σa = σmax (1 – R) / 2 − амплитуда напряжений;
|
|
|
[Sσ] = 1,4…2,5 – для машиностроительных конструкций.
То же в формуле (7) и для напряжений τ с заменой символов σ на τ.
Для сварных деталей предел выносливости σR − максимальное по модулю напряжение цикла, при котором еще не происходит усталостного разрушения до базового числа циклов NG = 2,7∙106.
Из диаграммы предельных напряжений («Сопротивление материалов»)
σR = 2σ-1св /[1 + ψσ – R (1 – ψσ)], (8)
где ψσ - коэффициент чувствительности сварного соединения к асимметрии цикла: ψσ = 0,2 при Kσ < 2; ψσ = 0,05 при Kσ ≥2, где Kσ - эффективный коэффициент концентрации напряжений (отношение предела выносливости целого образца к пределу выносливости сварного):
1) для стыковых соединений Kσ = 1,2…1,6 (меньшие значения при автоматической сварке, большие при ручной);
2) для угловых швов нахлесточных соединений:
а) лобовой шов Kσ = 1,6…3,2;
б) фланговый шов Kσ= 3,4…4,4;
3) для тавровых соединений Kσ = 2,5…4;
4) для контактной сварки:
а) точечной Kσ = 7,5…12;
б) шовной Kσ = 5…7,5.
Предел выносливости сварных деталей
σ-1св = σ-1 / Kсв, (9)
|
|
|
где σ-1 - предел выносливости основного металла при симметричном цикле. Для стали ориентировочно можно принять σ-1 = 0,43σВ;
Kсв - коэффициент снижения σ-1 с учетом основных факторов, влияющих на усталость сварного соединения.
В настоящее время наибольший опыт расчетов и нормативов имеется в локомотиво- и краностроении. По их данным
Kсв = Kσ∙K1∙K2/(Kd∙KF), (10)
где K1 - коэффициент, учитывающий влияние неоднородности металла свариваемых деталей:
- для проката, поковок, штамповок К1 = 1,1;
- для литья К1 = 1,2…1,3;
К2 - коэффициент, учитывающий влияние габаритных размеров деталей:
− при размерах до 250 мм K2 = 1;
− при размерах 250…1000 мм K2 = 1,0…1,2;
Кd - коэффициент, учитывающий влияние длины l сварного шва: для фланговых швов нахлесточного соединения при l = 40…200 мм Кd = 0,91…0,59; для других швов Кd = 1;
КF - коэффициент, учитывающий качество поверхности сварного соединения:
- для стальных литых деталей после пескоструйной обработки КF = 0,8
- после грубой механической обработки КF = 0,8…0,85;
- после чистовой обработки КF = 0,9.
Наибольшую прочность при F- var имеют стыковые соединения.
Одним из основных факторов, влияющих на ударную выносливость соединения, является очертание шва (плавность перехода к основному металлу). Наиболее действенными способами повышения ударной выносливости является заглаживание швов и мест перехода к основному металлу, а также поверхностный наклеп дробью или плавно молотками. Но при малом количестве циклов эффект применения наклепа уменьшается, наклеп снижает пластичность, что нежелательно для конструкций, работающих при низких температурах, предложен метод аргонодугового оплавления.
Расчет клеесварных соединений
Клеесварные соединения представляют собой точечно-сварные соединения, у которых в промежутках между точками сварки находится клей, нанесенный до сварки (сварка по клеевой пленке) или введенной после сварки.
Прочность клеесварного соединения зависит от площади нахлестки и равна сумме прочности точки и прочности клея из расчета τкл.= 50 кгссм2 для клеев ФЛ-4С, МПФ-1, 13К-32-ЭМ.
Такая заниженная прочность клея объясняется тем, что расстояние между листами является непостоянным, меняясь от максимума на наибольшем удалении от точки до минимума вблизи точки и до нуля в месте сварки. Указанная величина τкл. является осредненной, отнесенной ко всей площади нахлестки.
Прочность клеесварного соединения на произвольной длине определяется силой
или прочная сила, которую способно воспринимать клеесварное соединение:
где Р1 – прочность одной точки сварки на срез, кгс;
t – шаг точек, см;
b – ширина нахлестки, см;
τкл – прочность клея на срез, кгссм2.
Прочность сечений вне клеевого шва на длине Z определяется силой
Ро= qoZ
где qo – прогонная нагрузка, которую способно воспринимать сечение вне шва.
При работе на растяжение
qo=σδ
где δ – толщина детали в месте соединения;
σ – напряжение растяжения (или сжатия) материала детали.
При работе на сдвиг
qo = τδ
где τ – напряжение сдвига материала детали.
Относительная прочность клеесварного соединения
Откуда
Из полученного выражения можно найти зависимость которая для материала Д16-Е при σ= 4000 кгссм2 τ= 2500 кгссм2, t = 2 см, δ = 0,2 см и τкл = 50 кгссм2 равна:
при растяжении
при сдвиге
В клеесварных конструкциях силовую основу составляют сварные точки, разгруженные в значительной мере клеевой прослойкой. Кроме того, клеевая прослойка выполняет роль герметизирующего элемента, позволяя тем самым осуществлять антикоррозионную защиту клеесварных соединений методом анодного оксидирования, в отличие от сварных конструкций, не допускающих электрохимических способов защиты из-за попадания агрессивных электролитов в зазоры нахлесточных соединений.
В целом прочность клеесварных соединений при толщине листов 1-1,5 мм на 50% выше прочности сварных и клепанных, а при толщине 3-4 мм на 15…25% выше сварных.
Порядок расчета сварных соединений
1. При проектном расчете наиболее целесообразен такой порядок расчета:
1.1. Разработка конструкции соединения (взаимное наложение деталей, размеры деталей, связанных непосредственно со сваркой, назначение вида обработки кромок, выбор вида соединения).
1.2. Выбор вида сварного шва.
1.3. Назначается материал деталей, электроды, и определяются допускаемые напряжения.
1.4. Записывается условие прочности шва. В условии прочности две неизвестных величины: катет шва и длина сварного шва. Можно, задавшись толщиной шва или катетом шва, определить требуемую длину шва из условий прочности. Такой путь, — как правило, громоздкий, и его применяют когда решение простое, например, — когда соединение нагружено одним силовым фактором.
2. При проверочном расчете целесообразен порядок расчета путем последовательных приближений.
2.1. Разрабатывают конструкцию соединения (взаимное наложение деталей, размеры деталей, связанных непосредственно со сваркой, назначение вида обработки кромок, выбор вида соединения).
2.2. Выбирают тип сварного шва и его основные параметры: толщина, катет шва и длина шва (обычно из соображений конструктивных).
2.3. Выбирают материал деталей, электроды, и определяют допускаемые напряжения.
2.4. Записывают условие прочности шва, определяют величину максимальных напряжений в шве и сравнивают с допускаемыми.
2.5. Если напряжения в шве отличаются от допускаемых напряжений менее чем на 3% в большую сторону (перегрузка) или менее чем на 15% в меньшую сторону (недогрузка), то расчёт считается законченным, т.к. условия прочности соблюдены.
2.6. При значительной (более 3%) перегрузке следует увеличить размеры шва и вести расчет до выполнения пункта 2.5.
2.7. При значительной (более 15%) недогрузке следует уменьшить размеры шва и вести расчет до выполнения пункта 2.5.
Пути удовлетворения условий прочности:
а) путем изменения толщины или катета шва в рекомендуемых пределах,
б) путем изменения длины шва, что может вести к изменению конструкции всего соединения,
в) путем изменения конструкций швов (применение прорезных, проплавных швов),
г) изменение технологии сварки,
д) изменение материала конструкции.
Рекомендации по конструированию сварных соединений встык и внахлест
Из-за дефектов сварки на концах шва принимают минимальную длину шва не менее 30 мм.
В соединениях внахлест (рис.9, а) длину перекрытия принимают больше 4s, где s – минимальная толщина свариваемых деталей. Длина лобовых швов lш не ограничивается. Длина фланговых швов ограничивается, так как с увеличением их длины возрастает неравномерность распределения напряжений по длине шва (рис.9, б) lфл < 60K
Рис.22
Сварные швы располагают так, чтобы они в соединении были нагружены равномерно. При проектировании соединения уголков с косынками (рис.22) длины фланговых швов принимают обратно пропорциональными расстояниям до центра тяжести уголка:
Суммарная длина фланговых швов
Следовательно, длина флангового шва у примыкающей полки уголка
В конструкциях, подверженных действию вибрационных знакопеременных нагрузок, соединения внахлест не рекомендуются, так как они создают значительную концентрацию напряжений.
Условные изображения и обозначения сварных швов
Условные изображения и обозначения на чертежах швов сварных соединений устанавливает ГОСТ 2.312-72.
Сварной шов независимо от способа сварки изображают на чертеже соединения следующим образом:
- видимый шов – сплошной основной линией (рис. 23);
- невидимый шов – штриховой линией (рис. 24);
- при точечной сварке видимую одиночную сварную точку – знаком +, который выполняют основными сплошными линиями (рис. 25);
- при точечной сварке невидимые одиночные сварные точки не изображают.
image109
Рис.23
image111
Рис.24 Рис.25 Рис.26 Рис.27
На изображении сварного шва различают лицевую и оборотную стороны.
За лицевую сторону одностороннего шва принимают ту сторону, с которой проводится сварка. Лицевой стороной двустороннего шва с несимметричной подготовкой (скосом) кромок будет та сторона, с которой проводят сварку основного шва (см. рис. 23,б). Если же подготовка симметрична, то за лицевую сторону принимают любую сторону (см. рис. 23,в).
На изображении сечения многопроходного шва допускается выносить контуры отдельных проходов; при этом необходимо обозначать проходы прописными буквами русского алфавита (рис. 26).
Шов, размеры конструктивных элементов которого стандартами не установлены (нестандартный шов), изображают с указанием размеров конструктивных элементов, необходимых для выполнения шва по данному чертежу (рис. 27).
Границы шва изображают сплошными основными линиями, а конструктивные элементы кромок в границах шва – сплошными тонкими линиями.
На чертежах сварного соединения каждый шов имеет определенное условное обозначение, которое наносят:
- для шва с лицевой стороны - на полке линии-выноски, заканчивающейся односторонней стрелкой, проведенной от изображения шва;
- для шва с оборотной стороны – под полкой линии-выноски, заканчивающейся односторонней стрелкой, проведенной от изображения шва.
Буквенно – цифровое обозначение шва:
Стыковой С1 – С25.
Тавровый Т1 – Т11.
Внахлестку Н1 – Н10.
Некоторые примеры цифровых обозначений наиболее применяемых швов.
Для стыковых соединений:
а) С4 - односторонний шов, без скоса кромок, на съёмной подкладке, для деталей толщиной 1…4 мм.
б) С2 – односторонний шов без скоса кромок деталей толщиной 1…4 мм.
в) С5 – односторонний шов, без скоса кромок, на остающейся подкладке, для деталей толщиной 1…4 мм.
г) С6 - односторонний замковый шов, для деталей толщиной 1…4 мм.
д) С8 - односторонний, со скосом одной кромки, для деталей толщиной 3…60 мм.
Для тавровых соединений:
а) Т1 — односторонний шов, без скоса кромок, для деталей толщиной 2…40 мм.
б) Т2 — двусторонний, с криволинейным скосом одной кромки, для деталей толщиной 15…100 мм.
в) Т7 — двусторонний, со скосом одной кромки, для деталей толщиной 3…60 мм.
г) Т3 — двусторонний без скоса кромок с толщиной деталей 2…40 мм.
д) Т5 — двусторонний, с двумя симметричными криволинейными скосами кромок, для деталей толщиной 30…120 мм.
е) Т6 — односторонний, со скосом одной кромки, для деталей толщиной 3…60 мм.
Для нахлёсточных соединений.
а) H1 — односторонний шов, без скоса кромок, для деталей толщиной 2…60 мм.
б) Н2 – двуосторонний шов, без скоса кромок, для деталей толщиной 2…60 мм.
Структура условного обозначения стандартного шва или одиночной сварной точки включает:
1. Обозначение стандарта на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (см. таблицу 6).
2. Буквенно-цифровое обозначение шва по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений.
3. Условное обозначение способа сварки по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (допускается не указывать).
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 206; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!