Сварные соединения - раздел Образование, Аксиомы статики
Соединение Частей В Одно Целое При Сварке Получается За Счёт ...
Соединение частей в одно целое при сварке получается за счёт местного нагрева соединяемых частей до расплавленного или пластического состояния. Достоинства. Сварное соединение является самым совершенным из неразъёмных соединений. Сваркой можно соединять как металлические, так и неметаллические детали. Его преимуществами являются: равнопрочность по отношению к соединяемым деталям; экономия материала и уменьшения веса конструкции по сравнению с заклепочным соединением; высокая производительность и простота процесса сварки. Недостатками сварных соединений являются появления температурных напряжений и концентрация напряжений, а также возможность коробления при сваривании тонкостенных элементов; возможность существования скрытых (невидимых) дефектов (трещин, непроваров, шлаковых включений), снижающих прочность соединений; недостаточная надёжность при значительных вибрационных и ударных нагрузках.
Способы сварки. Наиболее распространёнными способами сварки являются: электродуговая, контактная, автоматическая, газовая, в защитной среде инертных газов и в вакууме, электронным лучом, давлением в вакууме (диффузионная сварка) сварка ультразвуком, холодная сварка и сварка трением.
Виды сварных соединений. По взаимному расположению соединяемых элементов сварные соединения разделяются на следующие группы: стыковые (рис. 7 а), внахлёстку (рис. 7 б), тавровые (рис. 7 в), угловые (рис. 7 г). В зависимости от расположения шва относительно линии действия силы F (рис.8) швы называются: лобовой, располагающийся нормально к направлению действующего усилия F; фланговый, располагающийся параллельно направлению силы F (рис. 3.2 а); косой, располагающийся под углом к направлению силы F (рис. 3.2 б).
Расчёт сварных швов. Так как соединение обычно разрушается по месту сварки, то основным критерием работоспособности сварных швов является их прочность.
Рассчитывают соединения в предположении равномерного распределения напряжений по сечению швов.
Стыковые швы. Стыковые сварные швы (рис .9 а) в зависимости от направления внешних сил испытывают деформации растяжения или сжатия. Расчёт стыковых соединений на статическую нагрузку ведётся по формуле:
(9)
где σ – расчётное напряжение в сварном шве, Па;
F – сила, нагружающая сварной шов, Н;
l − длина сварного шва, м;
s – расчётная толщина шва, равная наименьшей толщине свариваемых деталей;
− допускаемое напряжение сварного шва при растяжении, Па.
Нахлёсточные соединения. Экспериментальные исследования и практика показали, что фланговые и лобовые (угловые) (рис .9 б) швы разрушаются по сечению, проходящему по биссектрисе прямого угла. Площадь расчётного сечения
A= lkрcos45˚=0,7kрl, (10)
где l – общая длина (периметр) сварного шва;
kр – расчётный катет шва.
С учётом (10) условие прочности для угловых швов имеет вид
, (11)
где [τ΄] – допускаемое напряжение в сварном шве при срезе (сдвиге).
При проектировании сварных швов обычно определяют длину сварного шва из условий (9) и (11).
Допускаемые напряжения для сварных швов при статической нагрузке определяют по табл. 1.
Таблица 1
Допускаемые напряжения для сварных швов
при статической нагрузке
| Виды технологического процесса и тип электрода
| Допускаемые напряжения
|
| [σр΄]
| [σс΄]
| [τ΄]
|
| Ручная сварка, электроды Э34
|
0,6[σ]
|
0,75[σ]
|
0,5[σ]
|
| Ручная сварка, электроды Э42 и Э50
|
0,9[σ]
|
[σ]
|
0,6[σ]
|
| Автоматическая и полуавтоматическая сварка под слоем флюса; сварка в среде защитного газа, ручная сварка электродами высшего качества (Э42А, э50А)
|
[σ]
|
[σ]
|
0,65[σ]
|
При переменных нагрузках допускаемые напряжения должны быть понижены путём умножения на коэффициент γ, значения которого принимают: для стыковых швов при переменной знакопостоянной нагрузке γ=1, при знакопеременной нагрузке
(12)
для угловых швов при всех видах переменной нагрузки
(13)
В формулах (12) , (13) Fmax и Fmin – наибольшая и наименьшая по абсолютной величине силы, значения которых подставляют в формулы со своими знаками.
2.1.2. Заклёпочные соединения
Заклёпочным называют неразъёмное соединение деталей (обычно листовых) с помощью заклёпки – сплошного или полого стержня с закладной головкой. Основные типы заклёпок показаны на рис. 10.
Достоинства и недостатки. Достоинствами заклёпочных соединений (по сравнению со сварными) являются возможность соединения несвариваемых деталей, меньшие повреждения соединяемых элементов при разборках. Они хорошо работают при вибрационных и ударных нагрузках. Недостатками являются большая трудоёмкость и большой расход металла, малая производительность и высокая стоимость.
Конструкции заклёпочных швов. Различают три основных типа заклёпочных соединений: внахлёстку (рис. 11 а), с одной накладкой (рис. 11б) и двумя накладками (рис. 11 в); однорядные, двухрядные и многорядные (но не более шести рядов). Количество рядов считается по одну сторону стыка в перпендикулярном ему направлении. В зависимости от числа склёпываемых слоев металла (в том числе и накладок) шов имеет различное число срезов заклёпок.
Так, шов внахлёстку или встык с одной накладкой (рис. 11 б) будет односрезным, шов в стык с двумя накладками (рис. 11 в) – двухсрезным.
Расчёт заклёпочных соединений. Основными параметрами заклёпочных швов являются (рис. 11а) шаг t, диаметр заклёпок d (диаметр отверстия), толщина склёпываемых деталей δ1 и δ2 и количество заклёпок z. Заклёпочное соединение может разрушиться в результате следующих видов деформации (рис. 12):
− среза заклёпок в плоскости соединения деталей;
− смятия заклёпок соединяемыми деталями и смятия материала листа под заклёпками;
− разрыва деталей по наиболее опасному их (ослабленному отверстиями) сечению I-I;
− среза листа заклёпками (по линиям m – n и m1 – n1), если расстояние l до края детали и между рядами будут малы.
При расчётах на прочность заклёпочных соединений принимают некоторые допущения. Считают, что в швах все заклёпки нагружаются равномерно силой F/z. При этом полагают, что напряжения в поперечных сечениях деталей распределяется так же равномерно.
Условие прочности заклёпки на срез определяется по формуле
, (14)
где i – число срезов в соединении (в стыковом соединении с двумя накладками (рис. 11в) i = 2).
Условие прочности заклёпок и материала листа на смятие определяется по формуле:
; (15)
Условие прочности деталей по опасному сечению определяется по формуле
(16)
| Рис. 11. Виды заклёпочных соединений: а – нахлёсточное; б – стыковой с одной накладкой; в – стыковой с двумя накладками
| |
Для предотвращения прорезания листа по линиям m – n должно выполняться следующее условие:
. (17)
где (l – 0,5d) – длина опасного сечения.
В формулах (14)…(17) принимают допускаемые напряжения: на срез [τср]=(0,5…0,6)[σр], на смятие – [σсм]=(2…2,5)[σр], где допускаемое напряжение при растяжении принято [σр]=(0,4…0,5)σТ, (σт – предел текучести материала рассчитываемой детали (заклёпки или листа). Для продавленных отверстий допускаемые напряжения принимают меньшие значения, а для сверленых или рассверленных (после продавливания) отверстий – большие значения.
В формулах (15), (16) и (17) δ – меньшая толщина соединяемых листов.
Диаметр заклёпки d выбирается в зависимости от толщины склёпываемых листов. Затем по формулам (14) и (15) определяют количество заклёпок, их взаимное (рядовое или шахматное) расположение, шаг заклёпочного шва и расстояние заклёпок от краёв листов, используя формулы (16) (17).
Заклёпки изготовляются из сталей различных марок, из сплавов цветных металлов (алюминия, меди и др.), а также жароупорных и специальных сплавов. При выборе материала заклёпок стремятся исключить образования гальванических пар и гальванических токов в соединениях.
2.2. Разъёмные соединения
Разъёмным называется такое соединение деталей, разъём которых возможен без повреждения их и крепёжных деталей. Разъёмные соединения применяют, когда необходима повторная сборка соединяемых деталей. Используются следующие виды разъёмных соединений: резьбовые, шпоночные, шлицевые, штифтовые, зажимные и штыковые.
Все темы данного раздела:
Аксиомы статики
1. Аксиома о равновесии системы двух сил.
Для равновесия системы двух сил, приложенных к точкам твердого тела, необходимо и достаточно, чтобы эти силы были р
Аксиома связей.
Абсолютно твёрдое тело имеет в трёхмерном пространстве шесть степеней свободы, в двумерном – три степени свободы. Для того, чтобы ограничить перемещение тела на него накладывают то или иное количес
Теоремы статики
1.Теорема о переносе силы вдоль линии действия.
Действие силы на твердое тело не изменится от переноса силы вдоль своей линии действия (рис.8).
Система сходящихся сил
Системой сходящихся сил (или пучком сил) называют такую систему сил, линии, действия которых пересека
Условия равновесия системы сходящихся сил
Для равновесия системы сходящихся сил, приложенных к твердому телу, необходимо и достаточно, чтобы силовой многоугольник, построенный из этих сил, был замкнутым, т.е. равнодействующая должна быть р
Алгебраический момент силы относительно точки.
Используется при рассмотрении плоской системы сил. Алгебраическим моментом силы относительно точки называют произведение модуля силы на плечо силы относительно этой точки, взятое со знаком плюс или
Момент силы относительно оси.
Моментом силы относительно оси называют алгебраический момент проекции этой силы на плоскость, перпендикулярную оси (
Пространственная система сил
Если система сил находится в равновесии, то в равновесии находится и эквивалентная ей система, состоящая из главного вектора и главного момента пары. Чтобы такая система сил была эквивалентна нулю
В декартовых координатах
Положение точки М0 определяем радиус-вектором
В естественной системе координат
Определим орт , он направлен по касательной к траектории. Вектор
Скорость и ускорение точки в полярных координатах
Положение точки на плоскости известно, если заданы радиус-вектор и полярный угол φ как функции времени (рис. 19
Координатах
Положение точки М в пространстве определяют заданием трех ее цилиндрических координат как функций времени (рис. 20):
Сложное движение точки
Рассмотрим движение точки М по траектории в пространстве (рис. 21). Будем рассматривать параметры ее движения из неподвижной системы Oxyz и подвижной системы O'x'y'z'.
Поступательное движение твердого тела
Поступательным движением твердого тела называется такое его движение, при котором любая прямая, жестко связанная с телом, остается параллельной самой себе в
Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси
Вращательным движением твердого тела вокруг неподвижной осиназывается такое
Плоское движение твердого тела
Плоским движением твердого тела называюттакое его движение, при котором каждая его точка все время движется в одной и той же неподвижной плоскости. Част
Мгновенный центр скоростей
Выбираем точку А за полюс – начало отсчета подвижной системы координат, движущейся только поступательно, относительное движение будет "чистым" вращением (рис. 26).
Способы нахождения мгновенного центра скоростей.
Мгновенный центр скоростей можно найти либо из механических условий задачи (точка касания колеса, катящегося без проскал
Мгновенный центр ускорений
За переносное движение тела примем поступательное движение, за относительное движение – вращение тела во
Законы динамики. (Законы Ньютона)
1. Каждое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока действующие на тело силы не заставят его изменить движение (причиной изменения
Аксиома о суперпозиции сил
При одновременном действии на материальную точку нескольких сил ускорение точки относительно ИСО от действия каждой отдельной силы не зависит от наличия других приложенных к точке сил и полное уск
Дифференциальные уравнения движения материальной точки. Две основные задачи динамики точки
− равнодействующая,
Криволинейное движение
Дифференциальное уравнение прямолинейного движения точки вдоль оси Охимеет вид:
Простейшие свойства внутренних сил системы
Механической системой называется любая совокупность материальных точек.
Внешними силами материальной системыназываются силы, с кот
Дифференциальные уравнения движения системы
Если к каждой точке системы приложить равнодействующую силу внешних сил
Количество движения точки и системы
Количеством движения материальной точки наз
Теорема об изменении количества движения системы
Для каждой точки системы, находящейся под действием внешних и внутренних сил, имеем:
Законы сохранения количества движения
Эти законы представляют собой частные случаи теоремы об изменении количества движения системы.
Если
Работа силы.
Элементарная работа силы равна скалярному произведению силы на дифференциал радиус-вектора точки приложения си
Работа силы тяжести
В принятой системе координат (рис. 41 ):
Px=0, Py=0, Pz= − mg
Вычисление кинетической энергии системы
Разложим движение механической системы на переносное поступательное вместе с центром масс и относительное по отношению к системе координат, движущейся поступательно вместе с центром масс.
Теорема об изменении кинетической энергии точки
Умножим скалярно обе части второго закона Ньютона на dr
После несложн
Теорема об изменении кинетической энергии системы точек
Для каждой точки системы имеем:
Здесь выразили равнодействующую силу
Потенциальное силовое поле и потенциальная энергия
Силовым полем называют часть пространства, в каждой точке которого на материальную точку действует определенная сила, зависящая от координ
Закон сохранения механической энергии
Для материальной точки ранее имели:
Если материальная точка движется в стационарном потенциальном силовом поле
Структура механизмов
Существуют общие закономерности в структуре (строении) самых различных механизмов, связывающие число степеней свободы (подвижность) W механизма с числом звеньев и числом и классом е
Принцип образования механизмов. Группа Ассура
Простую и вместе с тем рациональную классификацию механизмов, тесно связанную с их образованием, строением и методами кинематического и силового исследования, предложил в 1914 г. Л.
Структурный анализ плоских рычажных механизмов
Под структурным анализом понимают определение количества звеньев и кинематических пар, классификацию кинематических пар, определение степени подвижности механизма, класса и порядка
Задачи и методы
Рычажные механизмы используются в качестве передаточных механизмов, воспроизводящих заданную функциональную зависимость между перемещениями входных и выходных звеньев. Они часто используются так
Графоаналитический метод
На практике широко применяют метод планов скоростей и ускорений. Метод основан на графическом решении векторных уравнений движения. Для построения планов скоростей и ускорений механ
Силы, действующие в машинах
Развитое машинное устройство, состоящее из двигателя, передаточных механизмов и рабочей машины и, в некоторых случаях, контрольно-управляющих машин, называется машинным агрегатом
Силовой расчет
Силовой расчет начинается с последней, т.е. наиболее удаленной от ведущего звена группы Ассура, и кончается расчетом ведущего звена.
В качестве примера рассмотрим силовой расчет двухповодк
Вопросы для самопроверки.
1. Назовите виды трения. Их принципиальные отличия.
2. Напишите формулу Амонтона – Кулона для определения силы трения скольжения.
3. Что представляет собой коэфф
Задачи и методы сопротивления материалов
В процессе эксплуатации машин и механизмов всякий элемент конструкции в результате действия на него внешних сил изменяет в той или иной степени свои первоначальные размеры и формы,
И свойств материалов
Для оценки прочности реальной конструкции следует правильно подобрать адекватную ей модель, или расчётную схему. Это обусловлено тем, что решение зада
Виды деформаций
Проведение расчётов на прочность в сопротивлении материалов связано с необходимостью установления зависимостей между внешними силами, действующими на элементы конструкций, и возникающими при этом в
Понятие о деформациях
В сопротивлении материалов, в отличие от теоретической механики, исследуют поведение конструкций, материал которых сп
Понятие о напряжениях
Для оценки уровня внутренних сил в какой-либо точке D (рис. 5) вводится понятие меры интен
О физической взаимосвязи напряжений и деформаций
Связь между перемещениями и деформациями впервые была сформулирована Робертом Гуком в конце XVII века. В современной интерпретации закон Гука, или гипотеза упругости,
Вопросы для самопроверки
1. В чём отличие реального объекта от расчётной схемы?
2. Назовите основные формы моделей физических объектов, их отличие.
3. Каким образом схематизируют внешн
Определение продольной силы
Растяжением (сжатием) называется такой вид деформации стержня, при котором в поперечных сечениях возникает только продольная сила. Её вектор перпендикулярен к поперечн
Определение напряжения
Если на поверхности призматического стержня нанести сетку линий, параллельных и перпендикулярных оси стержня (рис. 7а), и приложить к нему растягивающую силу
Определение деформаций. Закон Гука
Анализ деформации стержня при растяжении (рис. 7) показывает, что весь стержень удлинится на ∆l = l1 – l (абсолютная деформация), а его попереч
Испытание материалов на растяжение и сжатие
Основные механические характеристики материалов получают в результате специальных лабораторных исследований на испытательных машинах при нагружении стержней на растяжение и сжатие.
Коэффициент запаса, допускаемое напряжение
Расчёт на прочность и жёсткость осуществляется двумя методами: методом допускаемых напряжений, деформаций и методом допускаемых нагрузок.
Напряжения
Вопросы для самоконтроля
1. Как вычисляются значения продольной силы в поперечных сечениях стержня?
2. Что представляет собой эпюра продольных сил и как она строится?
3. К
Статические моменты площади
Моменты инерции сечения
Осевыми моментами инерции сечения (рис. 3.1) относительно осей x, y называются интегралы вида:
Моменты сопротивления сечений
При прочностном расчёте балок используются и такие характеристики сечения, как моменты сопротивления площади сечения относительно центральных координатных осей (О
Геометрические характеристики некоторых сечений
Рассмотрим геометрические характеристики наиболее часто встречающихся форм сечений элементов конструкций.
3.4.1. Сечение в форме прямоугольника
Вопросы для самопроверки
1. Что называется статическим моментом сечения относительно оси? Единица измерения.
2. Чему равен статический момент относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения? Цен
Внутренние силовые факторы при изгибе
На первом этапе анализа основная цель заключается в определении и построении эпюр (графиков) внутренних силовых факторов (при плоском изгибе – Qy, Мх
Теорема Д. И. Журавского
Правильность построения эпюр поперечной силы и изгибающего момента можно проверить при помощи дифференциальных зависимостей Журавского между
Нормальные напряжения при изгибе
Для вывода основных расчётных формул рассмотрим частный случай плоского изгиба балки – состояние чистого изгиба. Это состояние деформации наблюдается тогда, когда на каком-то участк
Уравнение упругой линии балки
Изогнутая ось, представляющая собой геометрическое место центров тяжести поперечных сечений деформирова
Вопросы для самопроверки
1.В чём отличие между изгибом прямым и косым, чистым и поперечным?
2. Какие внутренние силы возникают в поперечных сечениях балки при изгибе?
3. Какие правила
Кручение
Кручением называется такой вид деформации стержня (вала), при котором в поперечных сечениях возникает только крутящий момент.
5.2.1. Определение к
Вопросы для самопроверки
1. Что называется сдвигом?
2. Что называется абсолютным и относительным сдвигом?
3. Как формулируется закон Гука при сдвиге?
4. Как связаны меж
В двух направлениях
Рассмотрим общий случай плоского (двухосного) напряжённого состояния, когда отличны от нуля два главных напряжения
Положения
Пусть у некоторой выбранной точки D тела наблюдается плоское напряжённое состояние (рис. 33а,б).
Теории прочности
При центральном растяжении (сжатии) в нормальных сечениях стержня возникают одни нормальные напряжения . Условие прочно
Вопросы для самопроверки
1. Что называют напряжённым состоянием в точке?
2. Какие виды напряжённого состояния могут быть?
3. Какие площадки и напряжения называют главным
Работоспособности
Машины, механизмы, приборы, аппараты и т. д. изготовляют из деталей. Деталью называют элемент конструкции, изготовленный из материала одной марки без применения сборочных опе
Проектирование
Проектирование предшествует конструированию и представляет собой поиск научно обоснованных, технически осуществимых и экономически целесообразных инженерных решений.
Процесс проекти
Разработки конструкторской документации
Конструированием создаётся конкретная однозначная конструкция изделия. Конструирование опирается на результаты проектирования и уточняет все инженерные решения, принятые при проектировани
Система автоматизированного производства
Усложнение конструкций изделий с целью повышения механизации и автоматизации, выполняемых ими работ, увеличение их разнообразия вызывают резкое возрастание объёма проектно-конструкторских работ (ПК
Взаимозаменяемость и стандартизация
Взаимозаменяемостью называется такой принцип конструирования и производства деталей, который обеспечивает возможность правильной сборки независимо изготовленных деталей и узлов без предварит
Изготовления деталей
Размеры детали определяются расчётом на прочность, жёсткость или устанавливаются конструктивно, исходя из общих требований к изделию, возможности монтажа. Затем эти размеры округляют до нормальных
Вопросы для самопроверки
1. Опишите типичный цикл жизни нового изделия.
2. Назовите основные элементы конструкций.
3. Работоспособность и критерии, характеризующие конструкции.
СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Под соединением понимают жёсткое скрепление отдельных деталей механизма или машины. Оно осуществляется с помощью заклёпок, болтов, винтов, шпонок, сварки и т.д. Примен
Резьбовые соединения
Резьбовыми называются соединения, осуществляемые с помощью деталей, снабжённых резьбой: винты, болты, шпильки и гайки (рис. 13). Винт, свинчиваемый с гайкой, называют
Вопросы для самопроверки
1. Назовите виды соединения деталей.
2. С какой целью применяют различные соединения, и какими соображениями при этом руководствуются?
3. Виды нер
Применяемые материалы.
Валы и оси вращаются в опорах, в качестве которых служат подшипники качения и скольжения. Опорные части валов и осей называют цапфами, при этом концевые цапфы для подшипников скольжения назы
Подбор подшипников качения
Основным видом повреждения считают выкрашивание дорожек качения и тел качения подшипников под действием больших статических или кратковременных динамических нагрузок, образования вм
Определение коэффициентов X и Y
Если приложить к подшипнику, имеющему нулевой радиальный зазор, радиальную силу Fr, то под нагрузкой будет находиться приблизительно половина его тел качения. С ув
Вопросы для самоконтроля
1. Валы и оси. Назначение и классификация.
2. Конструктивные элементы валов и осей, применяемые материалы.
3. В чём принципиальное отличие торсионного вала от
Подбор муфт
Муфты выбирают в зависимости от диаметров соединяемых валов и передаваемого крутящего момента МК. Элементы муфты рассчитывают на прочность по значению расчётного крутящего момента
Муфты постоянного сцепления
Муфты постоянного сцепления служат для постоянного соединения вращающихся деталей в процессе работы механизма. Они деля
Муфты сцепные управляемые
Управляемые муфты делятся на муфты синхронные и фрикционные (асинхронные). К синхронным муфтам относятся
Муфты сцепные самоуправляющиеся
Самоуправляющиеся муфты служат для соединения или разъединения ведомого вала с ведущим при определённых условиях работы. К ним относятся: предохранительные муфты, огра
Вопросы для самопроверки
1. Муфты, их назначение и классификация.
2. По каким параметрам подбирают муфты?
3. Какие муфты относятся к муфтам постоянного сцепления? Их достоинства и недо
Основные параметры витых пружин.
Определение диаметра проволоки пружины
При работе цилиндрической винтовой пружины в осевых сечениях витков возникают напряжения кручения τk и среза τср, или суммарное напряже
Требования, предъявляемые к зубчатым зацеплениям
Зацепление, применяющееся в зубчатых передачах, должно обеспечить:
1. Постоянство передаточного отношения (i=ωвх/ωвых).
2. Н
Основной закон зацепления
Как было сказано, важнейшим требованием, предъявляемым к передачам, является постоянство передаточного отношения в любой момент зацепления пары колёс. Передача движения в зубчатых колёсах происходи
Уравнения эвольвенты
Эвольвентой (от лат. evolvens (evolventis) – разворачивающий) или развёрткой окружности называют плоскую кривую А0Y (рис. 54), которая
Эвольвентное зацепление
Пусть вращательное движения передаётся при помощи двух звеньев, профили которых выполнены по кривым Э1 и Э2, являющиеся эвольвентами основных окружностей радиусо
Прямозубых передач
За базу для определения элементов и размеров зубьев колёс принимается делительная окружность, являющаяся параметром станочного з
Коэффициент торцового перекрытия
Коэффициент торцового перекрытия учитывает непрерывность и плавность зацепления в передаче. Эти качеств
Вопросы для самопроверки
1. Для чего применяют передаточные механизмы? Виды передаточных механизмов, их основные внешние характеристики.
2. Зубчатые механизмы (передачи), область применения, достоинства
Библиографический список
1. Тарг, С.М. Краткий курс теоретической механики; М.: Высшая школа, 1995, − 416 с.
2. Теория механизмов и машин:Учеб.для втузов /под ред. К.В.Фролова.- М.: Вы
Новости и инфо для студентов