Заклепочные и сварные соединения по назначению и расчету

 

Рис. 5. Нахлесточное соединение: а — соединение лобовыми швами;

б — соединение фланговыми швами 

 

Рис. 6. Соединения с накладками

Рис. 7. Соединения тавровые и угловые

 

Стыковые соединения выполняют  так называемыми стыковыми швами, а остальные — угловыми.

     Нахлесточные соединения и соединения с накладками сваривают угловыми швами. По своей прочности нахлесточные соединения уступают стыковым. Их применяют, когда по конструктивным соображениям стыковые швы применить невозможно. Соединения с накладками применяют, когда сварные швы не обеспечивают необходимой равнопрочности. В конструкциях, подверженных действию вибрационных и знакопеременных нагрузок, нахлесточные соединения и соединения с накладками применять не рекомендуется (создается значительная концентрация напряжений). Для обеспечения нормальных условий работы нахлесточных соединений размер перекрытия шва (нахлестку) принимают lп < 48 (см. рис. 5, а). Длину накладок принимают конструктивно.

      В настоящее  время сварные соединения почти  полностью вытеснили заклепочные  соединения. Сварка применяется для соединения элементов сосудов, испытывающих давление (резервуары, котлы); для изготовления турбин, доменных печей, мостов, химической аппаратуры; с помощью сварки изготовляют станины, рамы и основания машин, корпуса редукторов, зубчатые колеса, шкивы, звездочки, маховики, барабаны и т. д. Сварку широко применяют как способ получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве, а также в ремонтном деле.

 

 

 

4. Расчет  сварных соединений

     Расчет стыковых соединений. Швы этих соединений работают на растяжение или сжатие в зависимости от направления действующей нагрузки (рис.8, а и б). Основным критерием работоспособности стыковых швов является их прочность. Соединение разрушается в зоне термического влияния и рассчитывается по размерам сечения детали по напряжениям, возникающим в материале детали.

Рис. 8. К расчету стыковых соединений

 

Проверочный расчет прочности шва на растяжение.

Условие прочности:

   (1)

Где ,  — расчетное и допускаемое напряжения на растяжение для шва (табл.1); F — нагрузка, действующая на шов; δ — толщина детали (толщину шва принимают равной толщине детали); lш — длина шва.

Проектировочный расчет. Целью этого расчета является определение длины шва. Исходя из основного условия прочности (1), длину стыкового шва при действии растягивающей силы определяют по формуле:

    (2)

Таблица 1. Допускаемые напряжения для сварных соединений деталей из низко- и среднеуглеродистых

сталей при статической  нагрузке

Вид деформации, напряжение	Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом	Ручная дуговая электродами
		Э50А, Э42А	Э50, Э42
Растяжение			0,9[σ]р
Сжатие
Срез

 

Расчет  угловых швов нахлесточных соединений. При действии осевой растягивающей (или сжимающей) силы считают, что срез угловых швов происходит по сечению I-I (рис.9), проходящему через биссектрису прямого угла.

Рис. 9. К расчету соединения внахлестку. Лобовой шов

Опасным напряжением считают  касательное напряжение, и расчет ведут на срез (напряжениями изгиба пренебрегают). Для нормальных угловых  швов длина биссектрисы:

 (3)

где h — длина биссектрисы (высота шва в опасном сечении); К — катет шва (принимается не менее 3 мм).

Проверочный расчет. Условие прочности одностороннего лобового шва на срез:

   (4)

где   — расчетное и допускаемое напряжения среза для шва (см. табл.1); lш — длина шва; F — нагрузка, действующая на шов.

Проектировочный расчет. Длину одностороннего лобового углового шва (см. рис. 8) при осевом нагружении определяют по формуле:

  (5)

длина двустороннего лобового углового шва:

   (6)

Фланговые угловые швы  рассчитывают по уравнению (6), т. е. аналогично рассмотренному случаю расчета двустороннего  лобового шва. Во фланговых швах нагрузка по длине шва распределяется не­равномерно (по концам шва увеличивается), поэтому  длину фланговых швов стараются  ограничить. l_ш < (50 ÷ 60)К.

Расчет  точечных сварных соединений. Для сваривания тонкостенных листовых конструкций часто используются точечные сварные соединения. Такие соединения проверяют на срез. Условие прочности имеет вид:

(7)

где d – диаметр сварных точек; z – число сварных точек.

Расчет  тавровых швов. Рассмотрим наиболее характерные случаи нагружения тавровых швов, которые могут встречаться также и в комбинациях.

Рис. 10

а) нагрузка моментом в плоскости  шва

Если привариваемая деталь круглая (рис.10, а) (шов круглый кольцевой), то расчет шва проводится на кручение в кольцевом сечении, расположенном под углом 45° к основанию шва.

где - полярный момент инерции расчетного сечения;

R - расстояние до наиболее удаленного от центра волокна, сечения шва.

Если сечение шва не круглое (рис.10, б),  то оно всё же условно рассчитывается по уравнение  кручения для круглых стержней. В  этом случае принято пренебрегать возникающим  при такой расчетной схеме  короблением сечения и нелинейный характером   эпюр напряжений:

 
где    - условный полярный момент инерции сечения; - допускаемое напряжение кручения для наплавленного металла шва.

б) внецентренно приложенная нагрузка или нагрузка моментом

Рис. 11

Нагрузка состоит из изгибающего  момента M = M₀ или M = Pl и перерезывающей силы Р (при нагрузке только моментом M₀ перерезывающая сила отсутствует). Шов рассчитывается на изгиб и срез, но не по нормальным, а по касательным напряжениям в наклонных сечениях под углом 45° к основанию шва. Полное касательное напряжение равно векторной сумме напряжений от момента и перерезывающей силы

;  .

Последовательность  проектировочного расчета сварных  соединений.

1. Выбирают конструкцию  шва (стыковой, угловой), вид сварки  и марку электродов.

2.  Определяют допускаемые напряжения для сварного соединения (см. табл.1).

3.  По формулам (2), (5), (6) определяют длину шва.

4. При соединении комбинированными  швами определяют длину лобовых  и фланговых швов.

5.  Вычерчивают сварное  соединение и уточняют размеры  соединяемых деталей. 

 

 

 

 

 

Выводы

Достоинства и недостатки заклепочных соединений по сравнению с другими видами неразъемных соединений.

Достоинства:

- высокая надежность соединения; - удобство контроля качества клепки; - повышенная сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам; - возможность соединения деталей из трудносвариваемых металлов, например из алюминия; - не дают температурных деформаций; - детали при разборке не разрушаются.

Недостатки:

- высокая стоимость, так  как процесс получения заклепочного  шва состоит из большого числа  операций (разметка, продавливание  или сверление отверстий, нагрев  заклепок, их закладка, клепка) и  требует применения дорогостоящего  оборудования (станки, прессы, клепальные  машины). - повышенный расход материала для этого соединения (из-за ослабления соединяемых деталей отверстиями под заклепки требуется увеличение их толщины, применение накладок и т. п.); - детали ослаблены отверстиями; - высокий шум и ударные нагрузки при изготовлении; - невозможность соединения деталей сложной конфигурации.

      В настоящее время в связи с бурным развитием сварки заклепочные соединения имеют ограниченное применение (в конструкциях, для которых методы сварки и склеивания еще недостаточно разработаны или мало эффективны, а также в соединениях, работающих при больших вибрационных или ударных нагрузках при высоких требованиях к надежности соединения). Также в соединениях окончательно обработанных деталей, в которых применение сварки недопустимо из-за их коробления при нагреве.

Достоинства и недостатки сварных соединений по сравнению с за­клепочными .

Достоинства:

-  простота конструкции  сварного шва и меньшая трудоемкость в изготовлении, обусловленной сравнительной простотой технологического процесса сварки.

-  значительное снижение  массы конструкции при тех  же габаритах. При замене заклепочных  соединении сварными экономия  в весе получается за счет  отказа от применения различных  накладок, необходимых в заклепочных  соединениях, а также части веса самих заклепок; при замене литых деталей сварными конструкциями вес их уменьшается за счет более высоких механических свойств прокатного металла.

- возможность соединения  деталей любых форм;

-  герметичность и плотность  соединения;

-  бесшумность технологического  процесса сварки;

-  возможность автоматизации  сварочного процесса;

-  сварное соединение  дешевле заклепочного.

- соединение деталей может  выполняться встык без накладок.

- возможность сварки толстых  профилей.

Недостатки:

-  возникновение остаточных  напряжений в свариваемых элементах;

-  коробление деталей  из-за неравномерного нагрева  в процессе сварки;

- зависимость качества шва от исполнителя и трудность контроля; применение автоматической сварки устраняет этот недостаток.

- склонность к образованию трещин в местах перехода от шва к цельному металлу вследствие термических напряжений, возникающих при остывании. Трещины особенно опасны при динамических нагрузках (вибрационных и ударных), поэтому в таких случаях сварные швы стараются не применять, заменяя их заклепочными соединениями. Термические напряжения могут быть частично или полностью устранены термообработкой сварного соединения (низкотемпературным отжигом). Термическая обработка исключает также последующее коробление сварных конструкций.

         Из вышесказанного можно сделать  вывод, что в настоящее время сварные соединения почти полностью вытеснили заклепочные соединения. Сварка применяется для соединения элементов сосудов, испытывающих давление (резервуары, котлы); для изготовления турбин, доменных печей, мостов, химической аппаратуры; с помощью сварки изготовляют станины, рамы и основания машин, корпуса редукторов, зубчатые колеса , шкивы, звездочки, маховики, барабаны и т. д. Сварку широко применяют как способ получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве, а также в ремонтном деле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

План

Введение                                                                                                                                         .

1.Назначение и классификация  заклепочных соединений                                                        .

2.Расчет заклепочных соединений                                                                                             .

3.Назначение и классификация  сварных соединений                                                                .

4.Расчет сварных соединений                                                                                                       .

Выводы                                                                                                                                            .

Список литературы                                                                                                                         .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы: