Виды нагрузок. Соединения. Расчет на прочность заклепочных соединений

Лекция 1

Рекомендуемая литература

1.  С.А. Чернавский, Г.М. Ицкович, К.Н. Боков и др. Курсовое проектирование деталей машин. – М.: Машиностроение, 1982.

2.  Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. – М.: Высшая школа, 1991.

3.  Чернилевский Д.В. Основы проектирования машин. – М.; 1998.

4.  П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов Конструирование узлов и деталей машин: –М.: Высшая школа, 1998. – 447 с.

5.  А.П. Колпаков, И.Е. Карнаухов. Проектирование и расчет механических передач. – М.: Колос, 2000. – 328 с.

6.  Детали машин и основы конструирования / Под редакцией М.Н. Ерохина. – М.: Колос С , 2004. – 462 с.

7.  Курмаз Л.В. Детали машин. Проектирование - Минск.: УП «Технопринт», 2001. – 290 с.

8. Детали машин: Методические рекомендации по выполнению контрольной работы / Новосиб. гос. аграр. ун-т. Инженерный институт; Сост. Л. Н. Лахонина, А.В. Баровко– Новосибирск, 2004. – 15 с.

Введение.

Детали машин – это составные части машин, каждая из которых изготовлена без применения сборочных операций.

Все детали должны отвечать требованиям надежности, т.е. способности сохранять свои эксплутационные показатели и выполнять заданные функции в течении заданного срока службы, а так же экономичности, т.е. иметь минимальную стоимость изготовления и эксплуатации.

Надежность и работоспособность деталей машин определяется несколькими критериями. Важнейшими являются прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.

Виды нагрузок.

Все детали машин подвержены нагрузкам. Нагрузки могут быть как постоянными, так и меняться со временем, изменятся плавно или резко возрастать. В реальных условиях на детали могут действовать следующие нагрузки:

1.  Переменная неустановившаяся нагрузка, меняется с течением времени произвольно не подчиняющаяся никаким закономерностям.

2.  Переменная установившаяся, повторяющаяся со временем по определенному закону.

Нагрузка характеризуется амплитудой и коэффициентом ассиметрии.

Амплитуда - это полуразность между максимальной и минимальной нагрузкой. Коэффициент ассиметрии нагрузки r - это отношение минимальной нагрузки к максимальной. По величине коэффициента ассиметрии нагрузки делятся на симметричные r=-1, пульсирующая r=0, несимметричная -1<r<1, r=/0, статическая r=1.

Соединения.

В любой машине детали сопрягаясь между собой образуют соединения. Соединения могут быть как подвижными так и неподвижными. Если в процессе работы одна деталь перемещается относительно другой, то такое соединение подвижное, если возможности перемещения нет то соединение неподвижное.

Рассмотрим неподвижные соединения. Они в свою очередь делится на  разъемные и неразъемные.

Разъемными соединениями называют те, которые можно легко соединить и разъединить не опасаясь повредить детали. В противном случае соединение неразъемное. Разъемные соединения - это болтовые, шпоночные и др. соединения. К неразъемному  виду соединений относятся заклепочные, сварные, клееные, паяные.

Заклепочные соединения

Основным элементом заклепочного соединения является заклепка. Заклепка представляет собой стержень круглого сечения с головками на концах, одну из которых выполняют заранее, а вторую, замыкающую, формируют при клепке.

Сами заклепки подразделяются на сплошные, в виде стержня и пустотелые в виде трубки. Наибольше распространение получили сплошные заклепки, которые подразделяются по форме головок:

1.  с полукруглой головкой;

2.  с потайной головкой;

3.  с плоской головкой.

Заклепочные соединения подразделяют по назначению на прочные или негерметичные и плотно-прочные или герметичные. По конструкции их делят на соединения в нахлестку, соединения с одной накладкой, соединения с двумя накладками. По числу рядов заклепочные соединения могут быть однорядными, двурядными, многорядными.

Преимущества заклепочных соединений заключается в возможности соединение деталей не допускающих нагрева, не свариваемых материалов, стабильность и контролируемость качества.

Недостатками являются большая трудоемкость и металлоемкость.

Для изготовления заклепок используются стали ст2, ст3, алюминиевые и медные сплавы. Расклепывания запирающих головок производится  двумя способами, холодным и горячим.

Расчет на прочность заклепочных соединений

Как правило из расчета на прочность требуется определить количество заклепок. Поскольку диаметры заклепок стандартизованы, то его можно подобрать зная толщину соединяемых листов.

d=(1,8…2)s – для прочных;

 - для плотнопрочных, где d – диаметр заклепки,

s – толщина листа.

Из условия прочности на срез определяется количество заклепок. Для прочных соединений дополнительно выполняется расчет на смятие боковых поверхностей.

При выполнении расчетов следует обращать внимание на характер нагрузки. При знакопеременной нагрузке допускаемое напряжение снижают коэффициентом γ, учитывающим характер нагрузки.

Допускаемые напряжения зависят от материала заклепки, для стальных заклепок принимаются:

Для статической и переменной [σ]_см = 300МПа

[τ]_ср = 150 МПа

Для знакопеременной                [σ]_см ^/ =[σ]_см γ

[τ]_ср ^/ = [τ]_ср γ

Сварные соединения

Сварные соединения, это соединения полученные путем местного нагрева соединяемых элементов до расплавленного состояния.

Сварные соединения по расположению деталей можно разделить на группы:

1.  Стыковые;

2.  Нахлесточные;

3.  Тавровые;

4.  Угловые.

Швы образующие стыковые соединения называют стыковыми, все остальные  - угловые.

По расположению относительно нагрузки швы подразделяют на лобовые (перпендикулярные нагрузке), фланговые (параллельные нагрузке), косые, комбинированные и точечные.

Преимущества сварных соединений перед заклепочными в том, что они не ослабляют  и приближают составные детали к целым, возможность соединения без дополнительных накладок, существенная экономия металла. Сварные соединения позволяют получать звенья сложной формы и обладают высокой прочностью при статических нагрузках. Недостатками является малая прочность при знакопеременных и вибрационных нагрузках.

Расчет на прочность сварных соединений.

Общих формул для расчета на прочность швов в сварных соединениях нет. Поэтому любой сварной шов рассчитывают в указанной последовательности:

а) определяют вид (или виды) деформации, на который работает сварной шов;

б) определяют нагрузку, действующую на шов;

в) в соответствии с видом деформации записывают уравнение прочности для шва; г) определяют неизвестную величину.

Допускаемые напряжения при расчетах принимаются:

[s]_р = [s]_и = [s]_р.м.

[t]_ср = [t]_кр = 0,7[s]_р.м.

Для точечной сварки   [t]_ср = 0,4[s]_р.м.

[s]_р – допускаемое напряжение на растяжение, МПа ;

[s]_и -  допускаемое напряжение на изгиб, МПа ;

[t]_ср - допускаемое напряжение на срез, МПа ;

[t]_кр - допускаемое напряжение на кручение, МПа ;

[s]_р.м. – допускаемое напряжение на растяжение для свариваемого материала, МПа

При действии переменных нагрузок величины допускаемых напряжений для сварных швов принимаются:

 ;    

 ;  

где g  – коэффициент, учитывающий характер нагрузки и вид соединения.

 ,                                      где к – коэффициент концентрации напряжений.

r = s_min/s_max = t_min/t_max = F_min/F_max

Значение коэффициента концентрации напряжений

Соединение	к
Стыковое с обработкой шва	1
Стыковое без обработки шва	1,4
Внахлестку или с накладками	2
Угловое или тавровое	3