![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Розрахунок витків різьби на міцність
Нерівномірний розподіл навантаження на витки різьби гайки за-трудняє їх розрахунок на міцність. Тому на практиці застосовують умовні розрахунки. Умовність розрахунків компенсується порівнянням розрахункових напружень, добутих за умови рівномірного розподілу навантаження на витках, із допустимими напруженнями, що встановлені дослідним шляхом.
Витки різьби розраховують за умовами обмеження напружень зминання на поверхнях їхнього контакту та напружень зрізу витків на гвинті або на гайці. Умова міцності витків різьби за напруженнями зминання
де Умова міцності витків за напруженнями зрізу: для гвинта для гайки
Оскільки для гвинта для гайки Якщо матеріал гвинта та гайки однаковий, то за напруженнями зрізу розраховують тільки витки гвинта, бо Висоту стандартних гайок, що працюють у парі з гвинтами із одного і того ж матеріалу, беруть Розглянуті вище особливості та співвідношення розмірів дають змогу зняти потребу в розрахунку на міцність різьби в стандартних кріпильних деталях.
Розрахунок на міцність стержня болта (гвинта) для різних випадків навантаження з'єднання
З'єднання незатягнутим болтом, що навантажене зовнішньою осьовою силою. Прикладом такого з'єднання може бути кріплення вантажної петлі. Особливістю цього з'єднання є те, що болт не має попередньої затяжки (між деталями з'єднання є зазор). При навантаженні петлі силою
Із записаної умови маємо потрібний внутрішній діаметр різьби
(11.18) Значення Допустиме напруження
ШПОНКОВІ З'ЄДНАННЯ
Основні види шпонкових з'єднань та область їхнього застосування
Шпонкою називають деталь, яку вставляють у пази вала і маточини (втулки) з метою утворення з'єднання, здатного передавати обертовий момент від вала до маточини або від маточини до вала. На рисунку зображені деталі шпонкового з'єднання; 1 — шпонка,
2 — вал і 3 — втулка (або маточина шківа, зубчастого колеса). Завдяки простоті та надійності конструкції, порівняльне низькій вартості, а також зручності складання шпонкові з'єднання широко застосовують у машинобудуванні. До недоліків шпонкових з'єднань належать послаблення вала та маточини шпонковими пазами, які зменшують поперечний переріз і спричинюють значну концентрацію напружень, що сприяє втомному руйнуванню валів. Розрізняють ненапружені та напружені шпонкові з'єднання. Ненапружені шпонкові з'єднання здійснюють за допомогою призматичних та сегментних шпонок. Призматичні шпонки за призначенням бувають звичайні та напрямні. Звичайні призматичні шпонки (ГОСТ 23360—78) призначені для нерухомого з'єднання маточини (втулки) з валом. Вони бувають із округленими або плоскими торцями. Напрямні шпонки (ГОСТ 8790—79) застосовують у тих випадках, коли деталі, розміщені на валах, можуть рухатись уздовж валів. Напрямну шпонку закріплюють до вала гвинтами. Згідно із стандартом ширину призматичної шпонки Для виготовлення шпонок всіх видів використовують спеціальний точний прокат для шпонок із сталей за ГОСТ 380-88 та ГОСТ 1050-88 з граніцею міцності не менше ніж 500 Мпа.
Розрахунок ненапружених шпонкових з'єднань
Оскільки шпонкові з'єднання стандартизовані і їхні розміри вибирають залежно від діаметра вала за відповідними стандартами, розрахунок шпонкових з'єднань у більшості випадків виконують як перевірний. Розрахунок з'єднання призматичною шпонкою. В з'єднанні обертовий момент Основним розрахунком з'єднання призматичною шпонкою є розрахунок за умови обмеження напружень зминання
де
Для даного з'єднання маємо наближено Таким чином, умову міцності шпонкового з'єднання записують у
вигляді
У цій формулі закладена площа навантаженого контакту шпонки з бічною стінкою паза в маточині. Під дією зминання знаходиться також поверхня навантаженого контакту шпонки з бічною стінкою паза на валу. Оскільки в стандартному шпонковому з'єднанні площа цієї поверхні більша, розрахунок слід виконувати саме по обмеженню напружень зминання на поверхні контакту шпонки із бічною стінкою паза в маточині.
ЗУБЧАСТІ [ШЛІЦЕВІ] ТА ПРОФІЛЬНІ З'ЄДНАННЯ
Основні типи зубчастих з'єднань і області їхнього використання
У випадках, коли не можна забезпечити міцність шпонкових з'єднань деталей із валами (через обмежену довжину маточини), використовують зубчасті з'єднання. Такі з'єднання утворюються за допомогою зубців (шліців), що нарізаються на поверхнях вала та отвору маточини деталі, яка з'єднується з валом. За формою профілю зубців розрізняють три типи з'єднань: прямокутні, евольвентні та трикутні. З'єднання з прямокутним профілем зубців виготовляють із центруванням за внутрішнім діаметром Прямокутні зубці використовують для зовнішніх діаметрів валів від 14 до 125 мм; число зубців від 6 до 20. ГОСТ 1139—80 передбачає з'єднання трьох серій: легкої, середньої та важкої. З переходом від легкої до середньої та важкої серій при одному і тому ж діаметрі
Умовне позначення та допуски з'єднань із прямокутним профілем зубців регламентовані стандартами. Умовне позначення з'єднання складається: в літери, що позначає поверхню центрування; числа зубців З'єднання з евольвентним профілем зубців згідно з ГОСТ 6033—80 можна виготовляти з центруванням по бічних сторонах, внутрішньому або зовнішньому діаметрах. Із розглянутих типів зубчастих з'єднань тепер найрозповсюдженішими є з'єднання з прямокутним профілем зубців. Вони використовуються для з'єднання з валами зубчастих коліс, півмуфт та інших деталей. Такі з'єднання можуть бути рухомими або нерухомими. З такою ж метою використовують з'єднання з евольвентним профілем зубців, які порівняно з іншими більш технологічні та здатні передавати більші навантаження. Зубчасті з'єднання порівняно із шпонковими мають переваги: можливість передачі більших обертових моментів (при однакових довжинах маточини) завдяки значно більшій поверхні контакту з'єднаних деталей та більш рівномірному розподілу навантаження по цій поверхні; більш точне центрування деталей на валу; краще напрямлення деталей при переміщенні їх уздовж вала. У більшості випадків зовнішній діаметр
Розрахунок зубчастих з'єднань
Основним критерієм роботоздатності зубчастих з'єднань є опір робочих поверхонь зминанню та спрацьовуванню, яке виникає через відносні мікропереміщення навантажених поверхонь внаслідок деформацій вала та зазорів у деталях з'єднання (корозійно-механічне спрацьовування). У загальному випадку для всіх типів зубчастих з'єднань, навантажених обертовим моментом де
Роботоздатність зубчастого з'єднання забезпечується за умови
ЗВАРНІ З'ЄДНАННЯ
Особливості з'єднання деталей зварюванням і характеристика з'єднань
Зварювання — технологічний процес з'єднання деталей, який здійснюється при місцевому нагріванні стику деталей до розплавленого або пластичного стану їх із подальшим взаємним деформуванням. Утворення такого типу з'єднання базується на використанні сил молекулярного зчеплення. Нині є багато різних способів з'єднання деталей зварюванням. У машинобудуванні переважне використання знаходять такі способи-ручне дугове зварювання металевим електродом, автоматичне дугове зварювання металевим електродом під шаром флюсу, електрошлакове зварювання та контактне зварювання — стикове, шовне та точкове. Перші три способи належать до зварювання плавленням, а останній — до зварювання, що здійснюється деформуванням нагрітого до пластичного стану матеріалу деталей, які підлягають з'єднанню. Ручне дугове зварювання металевим електродом здійснюється за допомогою електричної дуги, що виникле між деталлю та електродом. Виділена при цьому теплота оплавляє краї деталей і розплавляє електрод, матеріал якого витрачається на формування зварного шва. Ручне дугове зварювання використовується переважно для з'єднань із короткими або складними за конфігурацією зварними швами, а також в індивідуальному та малосерійному виробництві. Цей спосіб зварювання вживається для з'єднання деталей завтовшки 1—60 мм і більше. Автоматичне дугове зварювання металевим електродом під флюсом відрізняється від ручного тим, що воно виконується зварювальною машиною автоматично і під шаром флюсу. Зварні з'єднання є найдосконалішими з нероз'ємних з'єднань, оскільки вони у значній мірі наближають з'єднані деталі до цілісних. Зварювання використовують не тільки як спосіб з'єднання деталей, а й як технологічний метод виготовлення самих деталей. Зварені деталі в багатьох випадках із успіхом заміняють деталі ковані, штамповані або виготовлені литтям Зварюванням виготовляють станини, рами і основи машин, корпуси редукторів, зубчасті колеса, шківи, зірочки, маховики, барабани, ферми, колони, різні резервуари, труби, корпуси річкових та морських суден. Основними перевагами зварних з'єднань є такі: відсутність додаткових з'єднуючих елементів; рівноміцність шва щодо з'єднуваних елементів деталей, економія матеріалу та зменшення маси виробів; висока продуктивність та простота процесу зварювання. До недоліків зварних з'єднань належать: поява температурних напружень і пов'язана з цим можливість скривлювання деталей після зварювання; значна концентрація напружень в області зварних швів; знижена стійкість проти корозії та ін.
Види зварних з'єднань і типи зварних швів
Залежно від взаємного розміщення з'єднуваних елементів деталей розрізняють такі основні види зварних з'єднань: стикові, напускові, таврові та кутові. Стикове з'єднання є найраціональнішим видом зварних з'єднань. Воно утворюється за допомогою дугового або контактного зварювання.
Таке з'єднання виконується стиковим зварним швом. Зварні стикові з'єднання (рисунок) бувають з прямим (а), косим (б) та кільцевим (в) швами. Деталі поблизу стику повинні мати рівну товщину Напускові з'єднання (рисунок) виконують за допомогою кутових (валкових) швів. Залежно від розміщення шва щодо лінії дії сили Форма поперечного перерізу кутових швів (рисунок) може бути нормальною (д), випуклою (е) або поліпшеною (е, ж). Нормальна та поліпшена форми зварних швів досягаються механічною обробкою їх після зварювання. Випукла форма швів сприяє підвищенню концентрації напружень. Мінімальна концентрація напружень має місце в швах поліпшеної форми при відношенні катетів 1: 1, 5 або 1: 2. Катет зварного шва менш ніж З мм при товщині з'єднуваних елементів деталей Розрахункову висоту Довжина лобових швів Таврове з'єднання використовують при розміщенні з'єднуваних деталей у взаємно перпендикулярних площинах
Зварні напускові з'єднання та форми кутових швів
Це з'єднання виконують без підготовки кромок деталі або з підготовкою кромок. При статичному навантаженні з'єднання підготовку кромок можна не робити. Тоді катет Кутове з'єднання відповідно здійснюють без попередньої підготовки кромок (а, б) і з підготовкою кромок (в, г). У більшості випадків такі з'єднання є малонавантаженими і використовуються для забезпечення щільності. У деяких випадках, коли міцність напускових з'єднань, виконаних лобовими та фланговими кутовими швами, не забезпечується, додатково здійснюються коркові, прорізні або проплаві зварні шви.
Розрахунок зварних з'єднань на міцність
Основною умовою при проектуванні зварних конструкцій деталей є забезпечення рівноміцності зварних швів та з'єднуваних елементів деталей. Згідно з цією умовою залежно від розмірів та взаємного розміщення зварних деталей встановлюють відповідні розміри швів для даного з'єднання. У більшості випадків на практиці розміри зварних швів та тип їх визначаються за формою та конструкцією деталей. Тому розрахунок зварних з'єднань в основному виконують як перевірний. Надалі при викладенні методів розрахунків допускається, що якість виконання швів задовольняє відповідним технічним нормам.
Розрахунок стикових з'єднань.
Стикове з'єднання розраховують на міцність за номінальними напруженнями без урахування підсилення швів (місцевого наплавлювання металу) і за тими самими умовами, що й для суцільних елементів деталей. Для схем навантаження стикових з'єднань із прямим та косим швами умова міцності має такий вигляд: де Руйнування стикового зварного з'єднання може відбуватись безпосередньо по шву, місцю сплавлювання металу шва з металом деталі або по перерізу деталі в зоні термічного впливу, де в результаті нагрівання при зварюванні змінюються механічні властивості металу. У розрахунку цю невизначеність беруть до уваги відповідним вибором допустимого напруження Концентрація напружень, що виникає при якісно виконаних стикових швах, у більшості випадків незначна
Розрахунок напускових з'єднань.
У напускових з'єднаннях кутові шви умовно розраховують на зріз за найменшим перерізом, який знаходиться в бісектрисній площині прямого кута в поперечному перерізі шва, де розрахункова висота кутового шва Для напускових з'єднань, навантажених відповідно із схемами на рисyнках а—в, умову міцності швів записують у вигляді
де
Допустимі напруження для зварних з'єднань
Різноманітність факторів, що впливають на міцність зварних з'єднань, а також наближеність та умовність розрахункових формул обумовлюють потребу експериментального визначення допустимих напружень. Норми допустимих напружень беруть з урахуванням конкретних якісних показників зварювання та характеру навантаження швів. Допустимі напруження для зварних швів назначають у частках від допустимого напруження розтягу
Таблиця. Допустимі напруження для зварних швів при статичному навантаженні
Примітка. Допустиме напруження розтягу для основного металу
ЗАКЛЕПКОВІ З'ЄДНАННЯ
Конструкції заклепкових з'єднань та області їхнього використання
Заклепкове з'єднання здійснюють за допомогою спеціальної деталі — заклепки, яку вставляють у отвори з'єднуваних деталей. Заклепка має циліндричний стержень і закладну головку на одному кінці. Після пластичного деформування другого кінця утворюється замикаюча головка, і таким чином маємо з'єднання деталей. Для зручності вставляння заклепки діаметр отвору Отвори в деталях під заклепки дістають свердлінням або продавлюванням. Свердління менш продуктивне, але підвищує міцність заклепкового з'єднання.
Клепання виконується ручним або машинним способом. Машинне клепання дає з'єднання кращої якості, оскільки забезпечує однорідність посадки заклепок і збільшує сили стиску деталей. Сталеві заклепки малого діаметра (до 12мм) та заклепки з кольорових металів ставлять холодним способом, а сталеві заклепки діаметром більше за 12 мм — гарячим способом (для полегшення формування замикаючої головки). Якість заклепкового з'єднання гарячим способом вища, бо досягається краще заповнення отвору та підвищений натяг у з'єднанні. Форма та розміри основних видів заклепок стандартизовані. Широке застосування мають заклепки з напівкруглою (а), потайною (б) та напівпотайною (в) головками. Крім цих заклепок із суцільним стержнем у машино- та приладобудуванні використовують трубчасті пістони, що виготовляють точінням або штампуванням. Матеріал заклепки повинен бути достатньо пластичним, щоб забезпечити формування головок при виготовленні і клепанні заклепок, j. Заклепки бувають сталеві, алюмінієві, латунні, мідні та ін. Сталеві т заклепки виготовляють із вуглецевих сталей СтО, Ст2, СтЗ, 10кп, 20кп, а для спеціальних з'єднань — із легованої сталі, наприклад 09Г2. Для заклепок використовують також сплави кольорових металів Л62, АД1, Д18П та ін. Матеріал заклепок повинен бути таким самим, як і матеріал металевих з'єднуваних деталей для запобігання хімічної корозії в з'єднаннях. Заклепки із кольорових металів та їхніх сплавів широко застосовують для з'єднання деталей із неметалевих матеріалів. Діаметри заклепок та рекомендовані діаметри отворів під заклепки наведені нижче. Номінальний діаметр заклепки
Діаметр отвору
З'єднання елементів машини чи споруди, утворене групою заклепок, називається заклепковим швом. За конструкцією заклепкові шви (рисунок) поділяють на такі: напусткові (а), стикові з однією накладкою (б) і з двома накладками (в). Товщина накладок Заклепкові шви бувають одно-, дво- та багаторядні з рядним або шахматним розміщенням заклепок. Відстань
по довжині шва називається кроком заклепкового шва. В більшості випадків За призначенням заклепкові шви поділяють на міцні, щільноміцні та щільні. Щільноміцні та щільні шви призначені для з'єднання елементів котлів, резервуарів та трубопроводів високого або низького тиску. Крім достатньої міцності, до цих швів ставлять вимоги забезпечення їхньої герметичності. На сьогодні такі конструкції виконують зварними, і тому не має потреби в цих заклепкових з'єднаннях. Міцні або силові заклепкові шви використовують головним чином у різних металевих конструкціях, що сприймають інтенсивні вібраційні або ударні навантаження (ферми, обшивка літаків та ін.). Взагалі заклепкові з'єднання застосовують у конструкціях, що не допускають зварювання через небезпеку викривлення деталей або відпускання загартованих деталей, яке може відбутись при нагріванні, а також у конструкціях, частини яких виготовляються з матеріалів, що не можуть зварюватись. Заклепкові з'єднання досить трудомісткі, вимагають великих витрат матеріалу, мають малу продуктивність при виготовленні та високу вартість.
Розрахунок заклепкових з'єднань
Нижче розглянемо основні принципи розрахунку міцних заклепкових швів, що використовуються в сучасних конструкціях. Оскільки основні розмірні параметри заклепкового шва (діаметр заклепок, їхній крок, відстань між рядами) попередньо можуть бути вибрані за рекомендаціями, розрахунок на міцність заклепкових з'єднань виконується як перевірний або в результаті розрахунку визначають потрібне число заклепок у з'єднанні. Деталі, що з'єднуються заклепками, здебільшого знаходяться під дією сил, що намагаються зсунути одну деталь відносно іншої. Цьому
зсуву чинять опір сили тертя в стику з'єднаних деталей та самі заклепки. Оскільки оцінити силу тертя в заклепковому з'єднанні неможливо, при розрахунках допускають, що все зовнішнє навантаження сприймається стержнями заклепок. Така умовність розрахунку до певної міри компенсується відповідним вибором допустимих напружень. Заклепкові з'єднання конструюють так, що лінія дії зовнішнього навантаження проходить через центр ваги поперечних перерізів заклепок у площині стику з'єднаних деталей. У такому разі можна припустити, що всі заклепки навантажуються рівномірно. Як приклад розглянемо розрахунок заклепкового шва з одним рядом заклепок при напусковому з'єднанні деталей. Деталі з'єднання навантажені зовнішньою силою У заданій схемі навантаження виконують такі види розрахунків на міцність заклепкового з'єднання: 1. Перевірка міцності заклепок на зріз
2.Перевірка міцності заклепок та з'єднуваних листів на зминання Тут записана умова міцності на зминання для меншої поверхні навантаженого контакту заклепок і листа, бо 3.Перевірка міцності листа на розтяг в ослабленому перерізі А—А 4.Перевірка міцності за зріз (виколювання) листа одночасно в двох площинах 1-1 за умови, що зріз відбувається на довжині За усіма умовами міцності можна виконати перевірний розрахунок заклепкового з'єднання з відомими розмірами. Якщо не виконуються умови, то треба збільшити число заклепок
|