10. Расчёт на прочность сварного шва*.

Сварной барабан делают обычно ручной, электродуговой сваркой, электродами обыкновенного качества (Э – 42).

Крутящий момент Т (Н.м) передается на обод барабана через диски, которые приварены валиковым швом с катетом К (мм) к валу (шов1) и к ободу (шов 2). Материал дисков и обода – Сталь Ст.3. Для этой стали предел текучести σ_Т = 220 МПа.

С читаем, что весь крутящий момент передается на обод через один (левый) диск (см. Рис.20), причем шов 1 является более нагруженным чем шов 2, вследствии его меньшей длины, а значит и меньшей площади сечения шва.

Рис.20

Рассчитываем шов 1.

Принимаем размер катета шва по условию К ≤ δ, причем минимальный размер силовых швов обычно ≥ 3 мм.

Допускаемые напряжения в шве для ручной сварки электродом Э – 42 рассчитываем по формуле:

[ τ_c ]′ = [σ]_P∙γ∙φ

где γ – коэффициент, учитывающий динамический характер нагрузки (см.[1]),

φ – коэффициент, учитывающий вид напряжений в шве и способ сварки (см.[1]).

[σ]_р = σ_т / S,

где S – запас прочности шва, который принимается для данной сварки в пределах

S = 1.4…..1.8.

Используя данные [1] имеем:

γ = 1, φ = 0.6; S = 1.4.

Расчетные напряжения в шве можно най ти по формуле:

τ_c ′ = , МПа, где d – в мм.

Для достаточной прочности сварного шва должно выполняться условие:

τ_c ′ ≤ [ τ_c ]′.

* Расчет не проводиться если барабан литой.

11. Расчет болтов крепления опор подшипников к металлоконструкции.

Р азрушение стержня - типичный вид повреждения резьбового соединения, а его прочность зависит как от вида нагрузки, так и от конструкции стержня (концентрации напряжений).

В нашем случае болт установлен в отверстие корпусных деталей с зазором. В этом случае стержень болта растягивается осевой силой F_Б, возникающей при затяжке болта (рис.21).

Рис. 21. Расчетная схема

Для сохранения неподвижности соединения необходимо обеспечить условие:

R _max ≤ F_тр,

или К∙ R _max = F_тр,

где К – запас по отсутствию смещения, К ≈ 1.2 … 1.5.

R_max = наибольшая из двух нагрузка на опору (реакция), Н;

F_тр - суммарная сила трения в стыке опоры и основания, которая определяется по зависимости:

F_тр = F_З ∙ Z ∙ f ,

где F_З - усилие затяжки одного болта,

,

Подставляя усилие затяжки в формулу F_тр , а затем ее в первую расчетную зависимость определяем необходимое из условия неподвижности соединения размер болта (d₁ ). Получим:

d₁ ≥ .

где [σ_p] = ; σ_т - предел текучести для материала болта, МПа;

S – коэффициент запаса прочности при расчете болтов.

Ддя стандартных болтов по данным [1]: М12 – S = 4,5 … 5.5;

М16 – S = 4 … 5

М20 – S = 3 … 4

Большие значения – для болтов из легированной стали.

d₁ – внутренний диаметр резьбы болта, мм. (М20 - d₁ = 17.3 мм; М16 – d₁ = 13.8 мм, М12 – d₁ = 10.1 мм).

Z - число болтов ( в нашем случае Z = 2),

f – коэффициент трения в стыке (для материала сталь/сталь и сталь/чугун

f = 0.15).

Внешняя нагрузка на болты R_о от опрокидывающего момента М₀ = R_max∙ h, которая может быть определена по зависимости

R_o = M_o / L ,

не оказывает влияние на силу трения в стыке, т. к. результирующая сжимающая нагрузка в стыке остается неизменной. Однако сила R_о дополнительно нагружает болт 1.

Максимальная нагрузка на болт определяется по зависимости:

F_{Б max} = F_з ∙ m + R_о ∙

где - коэффициент учитывающий часть внешней нагрузки, дополнительно нагружающей болт, по рекомендациям [1] принимаем = (0.2 … 0.3), m – коэффициент, учитывающий напряжения кручения при затяжке болта.

Учитывая вышеизложенное проверочный расчет болта в этом случае будет проводиться по формуле:

d₁ ≥ ,