Детали машин и основы конструирования

на глад-ких валах. Передача на-грузки с вала на клемму осуществляется за счет сил трения, которые

а б

возникают от затяжки болтов. Различают два основных типа клеммовых соединений: с разъемной ступицей (рис. a) и с разрезной ступицей (рис. б). Разъемная ступица несколько увеличивает массу и стоимость соединения, но позволяет уста-навливать клемму в любой части вала независимо от формы соседних участков и других деталей, закрепленных на валу.

сборки и разборки, предохранение от перегрузок, возможность регулировки взаимного положения деталей как в осевом, так и в окружном направлениях.
Усилие затяжки болтов соединения зависит от принятого за-кона распределения давления на контактной поверхности сое-динения. Рассмотрим возможные предельные случаи распре-деления давления. При посадке клеммы на вал с большим зазо-ром контакт полуступиц с валом происходит по линии. Связь между силой трения и равнодействующей нормальных давле-ний на полуступице R в этом случае имеет вид: Fтр = f R, где
f − коэффициент трения. Условие передачи крутящего момен-та Fтр d > T запишем в виде Fтр d = KT, где K = 1,2…1,8 − коэффициент запаса; d − диаметр вала.

KT/(fd). При посадке клеммы на вал с натягом принимают, что давление по контактной поверхности соединения распределено равномерно. В результате R = 2KT/(πfd).
Для разъемной ступицы усилие затяжки болта Q = R/z.
Для разрезной ступицы примем, что при затяжке соединения происходит поворот полуступицы относительно точки A (рис. б). Рассматривая условие равновесия полуступицы относительно точки A, запишем
∑MA= Qz(L+ 0.5d) − 0.5dR = 0,
где L − расстояние от оси болта до оси вала (рис. б); z − число болтов соединения.
Отсюда получим усилие затяжки болта:

Детали машин

на прочность

Детали машин

молекулярного сцепления в результате местного нагрева соединяемых деталей. Эти соединения являются наиболее распространенным типом неразъемных соединений.
Сварными выполняют станины, рамы, корпуса редукторов, шкивы, зубчатые колеса, коленчатые валы, балки, резервуары, трубы и др.
Основными достоинствами сварных соединений являются:
экономия металла по сравнению с литыми деталями (из чугуна – до 50%, из стали – до 30%);
более низкая трудоемкость сварки по сравнению с другими процессами соединения деталей и литьем;
возможность автоматизации процесса сварки;
герметичность и плотность соединения.

неравномерности нагрева в процессе сварки;
трудность контроля качества сварного шва;
низкая прочность шва при переменных нагрузках.
Способы сварки, применяемые в машиностроении
1. Ручная электродуговая сварка. Осуществляется за счет пропускания электрической дуги между изделием и электродом. Сварной шов образуется за счет расплавления металла электрода. Используют силу тока 200…500 А. Способ является малопроизводительным с невысоким качеством шва, применяют в основном в индивидуальном производстве.

на сварочных установках, в 10…20 раз более производительна, чем ручная сварка. Флюс предназначен для защиты расплавленного металла от воздействия окружаю-щей среды. Используют силу тока 1000…3000 А. Выделяемое тепло от сварочной дуги расплавляет не только электрод, но и материал свариваемых деталей, из которого в основном и формируется сварочный шов. Такой способ формирования шва сокращает расход электродов и время сварки, обеспечивает высокое качество шва. Применяют в крупносерийном и массовом производстве.
3. Контактная сварка. Применяется для нахлесточных соединений тонкого листового металла. Для сварки используют тепло, выделяющееся в зоне контакта свариваемых деталей при пропускании импульсов электрического тока.

соединяемых деталей применяют следующие основные типы сварных соединений: стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые.
Стыковые соединения выполняют стыковыми швами, которые могут быть прямыми (рис. а) или косыми (рис. б). Эти соединения являются наиболее простыми и надежными по сравнению с другими типами сварных соединений. Рекомен-дуется их применение при нагружении конструкций перемен-ными нагрузками.

а б

(см. рис.). В зависи-мости от ориентации шва по отношению к направ-лению действующего уси-лия различают лобовые швы, расположенные пер-

пендикулярно к действующему усилию (рис. а), фланговые швы, параллельные действующему усилию (рис. б), комбинированные швы, состоящие из комбинации лобовых и фланговых швов (рис. в). Катет шва k обычно принимают равным толщине соединяемых элементов k = δ.

Рисунок 2.

деталей, расположенных во взаим-но перпендикулярных плоскостях. Соеди-нения выполняют стыковыми (рис. 3,а) и угловыми (рис.3,б) швами. Сварные швы углового соединения (рис. 4) в основном применяют для образования профиля.

Рисунок 3. Тавровые
соединения

Рисунок 4. Угловые соединения

быть не менее 30 мм с учетом воз-можных дефектов на концах шва.
2. В нахлесточных соединениях длина перекрытия Lн должна быть не меньше 4 δ, где δ − минимальная тол-щина свариваемых деталей.
3. Длина фланговых швов ограничена

условием L ≤ 50k. Это связано с возрастанием неравномер-ности распределения напряжений по длине шва с увеличением последней.
4. Сварные швы располагают так, чтобы выполнялось условие их равнопрочности. Например, при соединении уголка с листом (см. рис.) отношение длин швов должно выбираться из следую-щего выражения: L1/L2=e1/e2.

кон-струкций является обеспечение равнопрочности шва и соеди-няемых им деталей.
Стыковые соединения
Разрушение стыковых соединений преимущественно происходит в зоне термического влияния шва, под которой понимают прилегающий к шву участок детали с измененными в результате нагрева при сварке механическими свойствами металла.
Расчет прочности стыкового соединения выполняют по размерам детали в этой зоне.
Возможное снижение прочности детали учитывают при назначении допускаемых напряжений путем введения коэффициента прочности соединения φ.

φ[σр],
где [σр] = σт / S − допускаемое напряжение на растяжение основного металла детали; σт − предел текучести металла детали; S − коэффициент запаса прочности (при статических нагрузках S = 1,5…1,6).
При расчете полосы, сваренной встык, на растяжение силой F условие прочности имеет вид
σ = F/A ≤ [σ’],
где A - площадь поперечного сечения детали.
При расчете этой полосы на изгиб
σ = M/Wx ≤ [σ’],
где Wx – осевой момент сопротивления сечения полосы.

опасном сечении, совпадающем с биссектрисой прямого угла (рис. 1, г). Расчетная высота шва
h = k cos 45°≈0.7k.
Если соединение нагружено усилием F, то условие прочности записывают в виде
τ = F/(hLΣ) = [τ’],
где LΣ − суммарная длина швов соединения; [τ’] − допускае-мое напряжение среза для шва. Для соединения на рис. 1, а имеем LΣ = Lл; на рис. 1, б − LΣ =2Lф; на рис. 1, в − LΣ =2Lф+Lл.

нагружено моментом T в плоскости стыка (см. рис.), то напряжения от момента распределяются по длине швов неравномерно, и направлены перпендикулярно радиусу вектору,

проведенному из центра тяжести швов в рассчитываемую точку. В общем случае наибольшее касательное напряжение определяют по формуле τM = T/Wp, где Wp − полярный момент сопротивления швов, Wp = Jp / rmax , здесь Jp − полярный момент инерции швов, Jp = Jx + Jy; Jx и Jy − осевые моменты инерции швов относительно осей x и y; rmax − расстояние от центра тяжести до наиболее удаленной точки швов.

моментом соединения с лобовым швом (рис. а) имеем Wp = hb2/6. Для соединения с фланговыми швами (рис. б), если выполняется условие Lф < b, расчет Wp выполняют по приближенной формуле Wp ≈ hbLф. Для комбинированного шва соединения при выполнении условия Lф < 0.5b имеем Wp = hb(Lф + b/6).

а б

силой и моментом T пользуются принципом независимости действия сил. Сначала определяют напряжения от силы, затем максимальные напряжения от момента T. Далее полученные напряжения геометрически суммируются.

а б

рис. б, растягивающие напряжения от момента T = QL в верхней точке шва направлены вправо, а напряжения от силы Q вниз (по направлению силы Q). Результирующие напряжения равны

Для соединения, показанного на рис. а, растягивающие напряжения от момента T в верхней точке шва суммируются с растягивающими напряжениями от силы F:
τ = τF + τT = F /(bh)+ 6T/(bh2) ≤ [τ’].

Соединение нагружено изгибающим M и крутящим T моментами.

Напряжения в шве от крутящего момента
Напряжения в шве от изгибающего момента M равны
M = τM / Wx ≈ 4M / (πhd2).
С учетом того, что напряжения τT и τM взаимно перпендикулярны, суммарные напряжения определим по формуле

Детали машин