Материалы и допускаемые напряжения

Соединения

Каждая машина получается в результате сборки деталей, осуществляемой с помощью соединений подвижных или неподвижных.

Соединения по признаку разьемности делятся на разъемные и неразъемные.

Неразъемные соединения – такие, разъединения которых невозможно без разрушения соединяемых деталей или соединяющего материала.

(К этим видам соединения относятся: заклепочные, сварные, клеевые, с гарантированным натягом и т.д.)

Разъемные – разъединяются без повреждения деталей.

Это – резьбовые, шпоночные, шлицевые, штифтовые, клиновые и т.д.

Как и детали, соединения необходимо рассчитывать на прочность и долговечность. Более того, соединения являются зонами с max σ.

Основной критерий работоспособности соединений – статическая и усталостная прочность;

Необходимо стремиться к тому, чтобы соединения были равнопрочны с соединяемыми элементами (т.е. чтобы прочность соединенных и соединительных деталей была одинакова – замена вместе).

Заклепочные соединения

замыкающая головка, формируется при клепке

головка, выполняемая

в заготовке заранее

Они служат для соединения листов и фасонных прокатных профилей.

Заклепочные соединения образуют расклиниванием (осаживанием) стержня заклепки, вставленной в совмещенные отверстия деталей.

Относительному сдвигу склепанных деталей оказывают сопротивление: 1) как стержни заклепок; 2) так и силы трения, возникающие на поверхности стыка.

При клепке пластических деформаций стержни заклепок заполняют отверстия. Кроме того, детали стягиваются силами, вызванными упругими деформациями.

Стальные заклепки до 12мм и заклепки из цветных металлов ставят холодным способом. Больше 12 мм – горячим (при этом нагрев обеспечивает и более качественное соединение).

В машиностроении применяют заклепки с:

круглыми головками полупотайными потайными полыми

По конструкции заклепочные соединения делятся на

- односрезные и многосрезные;

- однорядные и многорядные (с параллельным или шахматным расположением заклепок в рядах).

Положительные качества:

1) высокая прочность, надежность

2) удобство контроля за качеством клепки

3) повышенная сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам

4) возможность соединения деталей из трудносвариваемых и разнородных материалов.

Недостатки (по сравнению с другими соединениями):

1) высокая стоимость и трудоемкость

2) повышенный расход материала

3) невозможность соединения деталей сложной конфигурации.

В настоящее время заклепочные соединения применяются редко (в тех случаях, когда невозможна сварка или большие ударные или вибрационные нагрузки – т.е. в летательных аппаратах, котлостроении)

Материалы: углеродные и легированные стали; цветные металлы и

сплавы: сталь 2,3, легированная 12Х18Н9Т медные М3, алюминий AD₁

Расчет на прочность

При расчете заклепочных соединений считают:1) что нагрузка, передаваемая заклепками, распределена между ними равномерно и 2) силы трения на стыке (листов) не учитывают.

σ_см

τср

P

P

d

Причины разрушения соединений:

1) срез и смятие заклепок;

2) разрыв листа в сечении, ослабленном отверстиями

1.а. Условие прочности на срез.

Здесь: ;

где z - число заклепок;

i - число плоскостей среза одной заклепки

1.б. Закон распределения напряжений смятия по цилиндрической поверхности контакта трудно установить, поэтому считают, что силы равномерно распределены по поверхности контакта и во всех точках нормальны к ней. Тогда условия прочности

где F_см=dδ_min - площадь проекции поверхности контакта на

диаметральную плоскость,

F_см

δ δ_min - наименьшая толщина листов

d

2. Проверка листов на разрыв

b - ширина листа,

z_p - число заклепок в одном ряду.

Допускаемые напряжения определяют по таблицам (в них результаты экспериментов) в зависимости от а) материала заклепок; б) характера нагрузки; в) способа получения отверстий (сверление, протыкание).

l

При проектировании определяют

t/2 P (d,+,l,δ) – по нормативам из справочника

t

P А вот число заклепок находят из условий

прочности на срез и смятие.

Сварные соединения

Сварные соединения образуют местным нагревом деталей в зоне их соединения.

Область применения очень широкая – суда, мосты, корпуса, трубопроводы, резервуары.

Достоинства: экономия металла; малая трудоемкость процесса; возможность автоматизации; герметичность шва; соединение сложных конструкций; возможность рационального конструирования.

Недостатки: остаточные σ, возникающие в окрестности сварного шва; коробление вследствие неравномерности нагрева и охлаждения; изменение структуры материала вблизи швов, что ведет к снижению прочности; опасность появления трещин из-за дефектов швов (непровары, шлаковые включения).

В зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов сварные соединения конструктивно бывают:

а) встык -самые экономичные и надежные

(деталь становится монолитом)

б) внахлестку

в) втавр угловыми стыковыми

швами швами

Сварное соединение наиболее совершенное, т.к. приближает составные детали к цельным.

Расчет на прочность

I.Встык

P b P Расчет ведут для тех условий, которые

возникают при работе конструкции.

При этом расчет для зоны шва, т.к. в

M δ M этой зоне разрушается конструкция.

а) на растяжение - - доп. σ для сварных соединений

б) на изгиб -

из этих условий находят при заданном .

II. Внахлестку

k Опытом установлено, что все угловые

m швы разрушаются по биссектрисе m-m.

Несмотря на то, что во фланговом шве

нагрузка по длине распределена нерав-

m 0.7k номерно, расчет для флангового и

лобового швов одинаков.

M_и

М_и

Н

P P

l₁

лобовой шов фланговый шов

Расчет в инженерной практике ведут на срез.

l - длина периметра углового шва

При проектировании сварных соединений швы следует располагать так, чтобы они были нагружены возможно равномерно.

При действии изгибающего момента

III. Втавр

δ M

а) P => ( )

l – длина периметра швов

P

б) k

Материалы и допускаемые напряжения

Прочность соединения зависит от:

а) качества основного материала, которое определяется его способностью к свариванию

б) совершенства технологии сварки (прочность снижают непровары, шлак)

в) характера нагрузок (постоянные или переменные)

Хорошо свариваются низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали.

Высокоуглеродистые стали, чугуны, сплавы цветных металлов – хуже.

Допускаемые напряжения для сварных соединений , , ,

зависят от вида деформации, характера нагрузки, способа варки и назначают-ся в зависимости от допускаемых σ основного материала [σ_p]. Есть таблицы.

Сварные швы лучше всего работают на сжатие и хуже всего на срез, поэтому

Резьбовые соединения

Резьбовыми соединениями называют разъемные соединения с помощью резьбовых крепежных деталей – винтов, болтов, шпилек, гаек, или резьбы, нанесенной непосредственно на соединяемые детали.

Резьбовые соединения надежно работают в любых условиях. Можно соединять детали из любых металлов. Легко разбираются и собираются. Дёшевы, доступны.

Основной элемент резьбового соединения – резьба, которая получается прорезанием на поверхности деталей канавок по винтовой линии.

Винтовую линию amn образует гипотенуза

треугольника abc при его навивании на

c n цилиндр.

p_p Если плоскую фигуру, например, трапе-

m цию, перемещать по винтовой линии так,

b чтобы её плоскость при движении всегда

a проходила через ось цилиндра, то эта фи-

πd₂ d₂ гура образует резьбу соответствующего

профиля.

Классификация резьб

I.По форме поверхности, на которую наносится резьба:

а)цилиндрические; б)конические (для плотных соединений); в)торцовые

II.По форме профиля:

а)треугольные; б)трапецеидальные; в)круглые; г)прямоугольные; д)произ-

вольные. Все профили стандартизованы (кроме прямоугольного).

III.По виду поверхности:

а)внешние; б)внутренние

IV.По направлению винтовой линии:

а)правые (ввинчиваются по часовой стрелке); б)левые

V.По количеству винтов резьбы:

а)однозаходные; б)двухзаходные; в)многозаходные

(по параллельным винтовым линиям перемещают две или несколько рядом

расположенных профилей).

VI.По назначению: φ=60˚

а)метрические

1).крепежные б)дюймовые φ=55˚

2)ходовые (для передачи движения служат)

30˚

а)трапецеидальная

б)упорная

30˚ 30˚