Расчет сварных деталей, зубчатых колес и шкивов

На рис. 11.1 приведены примеры сварных деталей машин: проушина (а), тяги (б, в, г), рычаг (д), кронштейн (е), корпус подшипника (ж). Большинство сварных соединений таких деталей являются связующими или нагружены весьма слабо и не подлежат расчету. Для расчетных швов требуемые сечения определяют по формулам:

А_треб ; (11.2)

W_треб , (11.3)

где η – динамический коэффициент;

– коэффициент, учитывающий вибрационный (циклический) характер нагрузок.

Вне зависимости от нагрузок в соединениях с угловыми швами рекомендуется брать катет не менее 4 мм, но не менее половины меньшей из двух свариваемых толщин.

Пример 11.1

Рассчитать сварное соединение тяги пилорамы (рис. 11.1в), изготовленной из стали Ст3, при толщине полосы δ = 8 мм и фланговых швах с катетом К = 4 мм, выполненных электродами типа Э42 ( = 96 МПа). Нагрузка Р_д изменяется циклически от 0 до 10 кН.

Решение.

Принимаем по табл. 11.1 η = 1,11.

Тогда

Р_р = Р_дη = 10∙1,8 = 18 кН.

Для фланговых швов эффективный коэффициент концентрации К_Эф = 3,2 (см. приложение А11). Характеристика цикла

Коэффициент понижения допускаемых напряжений (см. лекцию 1)

.

Требуемое сечение шва

;

мм

где мм; = 45, 62 мм, принимаем = 50 мм.

Для полосы, ввариваемой между щеками, определяем:

где = 0,47 для основного металла вблизи фланговых швов вычисляется по К_эф = 3,2 (см. приложение А11);

мм,

принимаем b = 30 мм.

Примеры конструкций сварных зубчатых колес, шкивов показаны на рис. 11.2. Колесо (рис. 11.2а) состоит из обода 1, центра или диска 2 и ступицы 3. Центр и ступицу изготавливают из малоуглеродистой стали, а обод из легированной или среднеуглеродистой. Обод, а иногда и ступица, свальцованы из полосы и сварены в стык. Двустенчатый центр (рис. 11.2б) обеспечивает большую жесткость. Расчетными являются швы, соединяющие диск со ступицей. Расчет ведут по касательным напряжениям от кручения, определяемым по формуле Бредта. Для соединений с разделкой кромок

, (11.4)

где δ – толщина диска;

n – количество кольцевых швов (здесь количество дисков); – площадь, охваченная средней линией контура шва.

При соединении угловыми швами

,

где п – количество угловых швов;

– катет углового шва.

При динамических нагрузках крутящий момент следует умножить на динамический коэффициент . Вибрационные нагрузки (например, в сварных зубчатых колесах) учитывать расчетом по формуле

.

На рис. 11.2в показан диск, приваренный непосредственно к выступу вала 4. Сварной шкив со спицами 5 показан на рис. 11.2г. При расчете условно считают, что при количестве спиц не более четырех все усилие Т передается через одну спицу, а при количестве спиц п > 4 каждая из них рассчитывается на усилие

.

Спицу и ее соединение со ступицей рассчитывают по напряжениям от момента М = Tl и перерезывающей силы Q = Т (расчет по М и Q см. выше).

Контрольные вопросы к лекции № 11

1. Какие виды заготовок применяют в сварных деталях машин?

2. Каковы экономические преимущества сварных деталей машин по сравнению с поковками и отливками (по весу, стоимости)?

3. Каковы преимущества штампованных деталей машин?

4. Какие металлы применяют в сварных деталях машин?

5. Какие особые требования предъявляются к сварным деталям машин по жесткости и точности?

6. В каких элементах редукторов применяют сварные соединения?

7. Какова схема усилий, приложенных к корпусу одноступенчатого редуктора?

8. Как производят расчет прочности стенки редуктора?

9. Как рассчитывают швы, прикрепляющие стенку редуктора к его дну?

10. Приведите пример сварного барабана.

11. Какие проверки следует сделать, чтобы обеспечить надежную работу барабана в эксплуатации?

12. Как проверяют устойчивость оболочки барабана?

13. Как проверяют барабан на изгиб?

14. Какие основные элементы входят в состав конструкции сварных шкивов, шестерен, маховиков?

15. Как изготовляют ступицы?

16. Какие виды сечений спиц рекомендуют для конструкций шестерен?

17. Как проверяют прочность швов, прикрепляющих спицы к ступице и ободу?

18. Как проверяют прочности швов, приваривающих центр диск к ободу и ступице?

19. Следует ли подвергать термообработке сварные шестерни и с какой целью?

20. Когда следует производить нарезку зубьев сварных шестерен до или после термообработки?

21. В каких элементах шестерен целесообразно применение контактной сварки?

22. Для чего кованые валы заменяют сварными?

23. Для чего производится термическая обработка сварных валов?

24. Приведите примеры технико-экономических преимуществ комбинированных сварных конструкций по сравнению с коваными.

Лекция 12. ПЕРСПЕКТИВА РАЗВИТИЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И МЕТОДОВ ИХ РАСЧЕТА[2]

План

12.1 Роль сварных конструкций в различных отраслях

12.2 Повышение качества проектирования сварных соединений и конструкций с учетом современных требований

12.3 Принципы конструктивно-технологического проектирования сварных конструкций