2.6. Расчёт на прочность соединений контактной сваркой

Соединения могут быть нагружены только сдвигающими нагрузками - либо усилием, либо моментом.

1. Соединения, нагруженные центрально приложенным сдвигающим усилием

Р асчетная схема соединения нагруженного центрально приложенным сдвигающим усилием приведена на рис. 2.26.

Рис. 2.26. Расчетная схема соединения нагруженного центрально приложенным сдвигающим усилием

Расчет ведется из предположения, что все точки нагружены одинаково.

Для стальных деталей диаметр сварной точки (электрода) выбирается

d = 1,2 + 4 мм , при 3,

d = 1,5 + 5 мм , при > 3.

Размеры сварной точки контактной сваркой приведены на рис. 2.27.

Рис. 2.27. Размеры сварной точки контактной сваркой.

Уравнение прочности соединения:

,

где Z - число сварных точек, А_Т - площадь сварной точки.

, .

Правила расположения сварных точек:

1. расстояние между точками в любом направлении не менее 3d;

2. расстояние до точки от кромки детали в направлении силы > 2d.

2. Соединения, нагруженные не центрально приложенным сдвигающим усилием

Р асчетная схема соединения, нагруженного не центрально приложенным сдвигающим усилием приведена на рис. 2.28.

Рис. 2.28. Расчетная схема соединения, нагруженного не центрально приложенным сдвигающим усилием.

Последовательность расчёта:

• выбирается диаметр сварной точки d;

• назначается число сварных точек Z;

• выбранное число сварных точек располагают по полю перекрытия деталей с

учётом рекомендаций;

• определяется центр тяжести сварного соединения и в него переносится нагрузка.

• определяются результирующие силы в каждую сварной точке от действия

силы F и момента Т.

- сила, приходящаяся на одну сварную точку от действия силы F;

- сила от момента Т, действующая на каждую i-ю сварную точку;

А_Т - площадь опасного сечения сварной точки;

- напряжение кручения i-й сварной точки;

- расстояние от центра тяжести до i-й точки.

Определение расчетных точек сварного соединения и вектора суммарной нагрузки приведено на рис. 2.29.

Рис. 2.29. Определение расчетных точек сварного соединения и вектора суммарной нагрузки

,

где J_p - полярный момент инерции площадей опасного сечения; - расстояние от центра тяжести до рассматриваемой точки.

.

Из всех суммарных нагрузок выбирают наибольшую и по ней производят расчёт.

Уравнение прочности точки на срез:

, ,

где d₁ – требуемый для сварной точки диаметр из расчёта на срез.

, .

Расчетный (требуемый) d₁ должен быть меньше фактического d сварной точки:

.

Если же d₁ > d, то число точек Z увеличивается.

При расчете следует иметь в виду соотношение .

- наибольшее усилие.

- усилие затяжки каждого болта.

3.7. Расчет болтового соединения при совместном действии сдвигающей силы fc и момента т

Каждый из болтов должен быть затянут усилием

,

где .

Выбор коэффициента трения f осуществляется исходя из того, что поверхностью сопряжения является стык деталей.

Для стальных стыков при механической обработке:

f = 0,10-0,15 - для сухих стыков;

f = 0,06-0,08 – присутствие следов масла на стыках;

для стыков без механической обработки:

f = 0,3 - при наличии окалины;

f = 0,4 - при обработке газовой горелкой;

f = 0,5 при пескоструйной обработке.

3.8. Расчет болтов клеммовых соединений

Клеммовые соединения относятся к фрикционным: их функционирование основано на действии сил трения от затяжки болтов. Клеммовые соединения используют для крепления на валах и стержнях цилиндрической формы таких деталей, как кривошипы, шкивы и т.п.

Достоинствами клеммового соединения являются простота монтажа и демонтажа, возможность установки и переустановки деталей в любом месте данного участка вала и под любым углом по отношению к валу; недостатками - ненадежность передачи нагрузки только силами трения и относительно большие габаритные размеры. Для увеличения сил трения, а следовательно, несущей способности соединения, контактные поверхности перед сборкой посыпают порошком корунда или применяют оксидирование или гальваническое покрытие сопрягаемых поверхностей. Но, как правило, для передачи больших перегрузок клеммовые соединения не используют.

По конструктивным признакам различают два типа клеммовых соединений – со ступицей, имеющей прорезь (рис. 3.10а), и с разъемной ступицей (рис. 3.10б)

а)

б)

Рис. 3.10. Клеммовое соединение: а) со ступицей, имеющей прорезь, б) с разъемной ступицей

Клеммовое соединение, имеющее прорезь, более жесткое, но для его монтажа требуется протяжка клеммы по валу до участка установки, что накладывает ограничения на размеры (диаметры) участков валов, находящихся до места расположения клеммы. Клеммовое соединение с прорезной ступицей менее жесткое и несколько большего веса и стоимости, но форма соседних участков вала (и других расположенных на валу деталей) на его установку не влияет.

Недостатки: малая несущая способность; нестабильность коэффициента трения и рассеяние нагрузочной способности.

Рис. 7.7. Клеммовые соединения: а — с прорезью; б — с разъемной ступицей

При расчетах клеммовых соединений обычно определяют силу затяжки винтов, обеспечивающую необходимую силу при­жатия клеммы к валу и передачу соединением заданной нагрузки, а затем определяют размер винтов в соответствии с методами расчета резьбовых соединений, см. гл. 2.

В приближенных расчетах как наиболее вероятный рассмат­ривают следующий расчетный случай. Принимают, что детали клеммы 1 и 2 (рис. 7.8) обладают малой изгибной жесткостью и при затяжке винтов клемма прижимается к валу всей внутренней поверхностью отверстия в клемме. Возникшее после затяжки винтов давление р считается равномерно распределенным по по­верхности контакта полуступиц 1 и 2 клеммы с валом (осью) 3. Равнодействующая давления на каждую полуступицу в таких предпосылках равна

где — длина клеммы в осевом направлении; здесь пренебрегают отсутствием давления в месте разъема клеммы ввиду малости участка (на рис. 7.8 этот участок ограничен дугами окружностей с углом 2otj).

Суммарная нормальная к поверхности контакта вала с клем­мой сила, которая определяет величину силы трения для каждой полуступицы клеммы, равна

Условие прочности сцепления клеммы с валом при действии вращающего момента Т выражают в виде

а при действии осевой силы

Рис. 7.8. Расчетная схема клеммового соединения

Из равновесия сил, действующих на одну из полуступиц, следует после подстановок и сокращений получают необходимую силу затяжки F_MT одного клеммового винта при действии на соединение вращающего момента Т.

Недостатки: малая несущая способность; нестабильность коэффициента трения и рассеяние нагрузочной способности.

Рис. 7.7. Клеммовые соединения: а — с прорезью; б — с разъемной ступицей

При расчетах клеммовых соединений обычно определяют силу затяжки винтов, обеспечивающую необходимую силу при­жатия клеммы к валу и передачу соединением заданной нагрузки, а затем определяют размер винтов в соответствии с методами расчета резьбовых соединений, см. гл. 2.

В приближенных расчетах как наиболее вероятный рассмат­ривают следующий расчетный случай. Принимают, что детали клеммы 1 и 2 (рис. 7.8) обладают малой изгибной жесткостью и при затяжке винтов клемма прижимается к валу всей внутренней поверхностью отверстия в клемме. Возникшее после затяжки винтов давление р считается равномерно распределенным по по­верхности контакта полуступиц 1 и 2 клеммы с валом (осью) 3. Равнодействующая давления на каждую полуступицу в таких предпосылках равна

где / — длина клеммы в осевом направлении; здесь пренебрегают отсутствием давления в месте разъема клеммы ввиду малости участка (на рис. 7.8 этот участок ограничен дугами окружностей с углом 2otj).

Суммарная нормальная к поверхности контакта вала с клем­мой сила, которая определяет величину силы трения для каждой полуступицы клеммы, равна

Расчет клеммового соединения, нагруженного крутящим моментом

Условие неподвижности клеммы относительно вала:

,

где - момент, создаваемый силами трения, Н×м; Т – крутящий момент, Н×м; К_б – коэффициент безопасности.

С учётом, что Z – число болтов с одной стороны клеммы, f – коэффициент трения, каждый из болтов затягивается усилием F_ОТ, со стороны болтов на клемму действует усилие F_ОТZ, со стороны вала – нормальная реакция F_n в месте контакта, а в сторону, обратную возможному смещению, будут возникать силы трения (рис.3.11.),

,

Рис. 3.11. Расчетная схема клеммового соединения, нагруженного крутящим моментом

,

,

,

,

,

,

- усилие затяжки каждого болта из Z болтов клеммы.

Расчет болта на прочность проводят по формуле

.

Расчет клеммового соединения, нагруженного осевым усилием

В расчете первой и второй клеммовой конструкции при нагружении осевым усилием F_х существует заметная разница.

1. Конструкция с прорезной клеммой (рис. 3.10а).

Условие неподвижности клеммы относительно вала

,

где - суммарная сила трения, создаваемая затяжкой болтов, Н; – осевое усилие, Н.

С учетом, что каждый болт затянут усилием F_FOХ, со стороны болтов на клемму действует усилие F_FХOZ, со стороны вала нормальная реакция F_n = 2 × F_OZ × Z, а в сторону, обратную возможному смещению, F_Т,

,

- усилие затяжки каждого из Z болтов клеммы.

2. 2. Конструкция с разрезной клеммой

4. F_FO ; F_FO.Z. ; F_n ; F_T.

Различие с предыдущей конструкцией заключается в том, что сдвигающее усилие приложено только в нижней части клеммы (там, где поводок). В схеме постановки болтов в отверстия с зазором усилие передается на вал с той стороны, где имеется поводок и осуществляется только за счет F_T. Болты поставлены в отверстия с зазором => усилие, передаваемое на вал с той стороны, где имеется поводок, F_T.

Условие неподвижности клеммы:

, , , .

60