Материал: m34700

101

Алгоритмы расчета профильных соединений основаны на определении максимальных напряжений смятия для расчетной модели с допущениями, аналогичными шпоночным соединениям. Сопоставление расчетных напряжений с допускаемыми, выбираемыми из условия отсутствия пластических деформаций на поверхности сопряженных деталей, позволяет оценить работоспособность конструкции или ее параметры в проектировочном расчете.

6.2. Резьбовые соединения

Наиболее распространенными видами разъемных соединений являются соединения элементов конструкций с помощью резьбы.

Многообразие типов резьб и деталей, имеющих резьбу, в том числе стандартных крепежных изделий (болты, винты, шпильки, гайки и др.), предопределило стремление сделать универсальными алгоритмы расчета их работоспособности. В то же время необходимо обеспечивать приемлемую работоспособность соединяемых элементов конструкций, в том числе стыков (стыковых поверхностей).

Основной критерий работоспособности и расчета крепежных резьб – прочность по напряжениям среза витков резьбы, а для стандартных по высоте гаек и нормированных глубин завинчивания, когда обеспечивается условие равнопрочности резьбы и стержня винта, – прочность стержня по напряжениям растяжения. Поэтому наиболее часто расчет проводят по условию прочности по напряжениям растяжения в стержне (болте).

где F – эквивалентная осевая нагрузка болта;

А – площадь осевого сечения болта, оцениваемая приближенно по внутреннему диаметру d1 резьбы.

Таким образом, основной вопрос расчета – установить величину F.

При нагружении только внешней растягивающей силой F1 без предварительной затяжки значение F=F1.

Для болта затянутого, но при отсутствии внешней нагрузки F=1,3Fзат, где Fзат – сила, возникающая от затяжки болта, а коэффи-

102

циент 1,3 учитывает напряжения кручения в стержне от завинчивания с моментом трения в резьбе, зависящего от осевой силы болта.

Наиболее часто встречается случай нагружения резьбового стержня: болт затянут – внешняя нагрузка действует. Здесь F вычисляется решением статически неопределимой задачи с учетом деформаций всех элементов соединения. Если обозначить коэффициент внешней нагрузки, учитывающий приращение нагрузки на болт от внешней силы F1, то

F 1,3Fзат F1 .

зависит только от соотношения податливостей соединяемых деталей и болта. Ориентировочно можно принимать для соединения металлических деталей без прокладок = 0,2…0,3. Для жестких стыков он может уменьшаться до 0,1, а для стыков с податливыми прокладками до 0,4…0,5.

В случае, если возможна дополнительная затяжка при действующей внешней силе (например, болты крышки гидроцилиндра при появлении течи могут быть подтянуты неквалифицированным оператором), логично считать

F 1,3(Fзат F1 ) .

Критерием работоспособности затянутого резьбового соединения, имеющего внешнее нагружение, является условие нераскрытия стыка, то есть отсутствие участков с нулевым давлением на поверхностях сопряженных деталей или их сдвига в плоскости стыка. Величина запаса по нераскрытию стыка определяется точностью расчетов, характером нагрузки и способом контроля силы предварительной затяжки.

Для малопрочных материалов по сравнению с болтом (бетон, дерево и др.) проверяют условие прочности основания по максимальным напряжениям смятия в стыке.

6.3. Сварные соединения

Среди неразъемных соединений сварное (а также заклепочные, клеевые) самое распространенное. Разнообразие видов сварки и сварных конструкций потребовало стандартизации сварных швов.

104

где l = 2lф + lл, а выражение в знаменателе формулы 6.3 – площадь опасного сечения шва.

При нагружении такого соединения только моментом Т касательные напряжения в шве можно вычислить по полярному моменту сопротивления опасного сечения швов Wp.

В приближенных расчетах, используя принцип распределения нагрузки пропорционально прочности отдельных швов, а также принцип независимости действующих нагрузок (принцип суперпозиции при комбинированном нагружении), удается получить приемлемые для практики решения.

Отметим существенное достоинство нахлесточных соединений по технологичности, в сравнении со стыковыми, так как они не требуют предварительной обработки (разделки) кромок.

Тавровые соединения выполняют стыковыми швами с разделкой кромок или угловыми швами без разделки кромок. Суммарные напряжения в сварных швах вычисляют по значениям компонентов напряжений от различных нагрузок с учетом направления их действия.

Соединения контактной сваркой (точечная или шовная) применяются преимущественно для соединения деталей из тонколистового материала. Точечная сварка используется как связующая, не обеспечивающая прочность соединения (крепление обшивки к каркасу и т.п.). При необходимости расчеты на прочность выполняются по аналогии со сварными и заклепочными соединениями.

6.4. Вопросы анализа производственных ситуаций

Примеры вопросов:

1.Как изменится нагрузочная способность специальной стойки, нагруженной продольной осевой силой, если диаметр приваренной к основанию трубы увеличить в 2 раза, а катет сварного шва увеличить с 3 до 6 мм?

2.Как изменится нагрузочная способность сварного соеди-

105

нения специальной стойки при осевом симметричном нагружении, если катет сварного шва увеличить с 3 до 5 мм, а допускаемые напряжения (за счет качества сварки) уменьшить в 1,66 раза?

3.Какие два болта могут заменить без потери нагрузочной способности 4 болта с резьбой М10 крепления специальной стойки при осевом симметричном нагружении?

4.Как изменится нагрузочная способность специальной стойки, нагруженной продольной осевой силой, если заменить болты с резьбой М8 на М10? Болты с резьбой М8 обеспечивают нагрузку стойки 50000 Н.

6.5.Краткое руководство пользователя системами автоматизированного проектирования соединений

Автоматизированный расчет по программам, реализующим алгоритм разработчика, предусматривает ввод исходных данных и вывод на монитор результатов расчетов, которые полностью или частично могут быть распечатаны. Причем для соединений они отличаются разнообразием и соответствующим характером интерфейса.

Анализ результатов расчетов позволяет приблизиться к оптимальному конструктивному решению перебором вариантов по основным геометрическим параметрам, материалам, технологии изготовления и т.п.

При использовании АРМ WinMachine и ее программного модуля WinJoint – подсистемы расчета и проектирования соединений деталей машин и элементов конструкций необходимо учитывать следующее. Подсистема позволяет выполнить комплексный расчет всех типов резьбовых, сварных, заклепочных соединений и соединений деталей вращения.

Расчет шпоночных, шлицевых и профильных соединений выполняется по введенным исходным данным для выбранного типа соединения: вращающий (крутящий) момент; диаметр вала; материал вала, ступицы, шпонки; профиль шлица; характер нагрузки (постоянная, пульсирующая, знакопеременная); дополнительно (при необходимости) допускаемые напряжения.

Расчет возможен только после ввода всех данных. Необходимо указать на соответствующий стандарт (например, России);