Методики выбора допускаемых напряжений

 

Разрушение деталей современных машин приводит, как правило, к возникновению аварийных ситуаций. Поэтому в расчеты закладывают не предельные характеристики материалов, а допускаемые напряжения, отличающиеся от них в некоторое число раз, называемое запасом прочности.

Определение допускаемых напряжений является ответственной задачей, поскольку искусственное их занижение ведет к перегрузке конструкции, а завышение может повлечь преждевременное исчерпание ее несущей способности.

В прикладных расчетах используют метод частных коэффициентов или табличный метод.

1. Метод частных коэффициентов. Определяется запас прочности в зависимости от различных конструкторско-технологических факторов. Основой для определения допускаемых напряжений по методу частных коэффициентов запаса прочности служат предельные характеристики материалов, получаемые в результате проведения механических испытаний:

- предел прочности s_в (для хрупких материалов);

- предел текучести s_т (для пластичных материалов);

- предел выносливости s_R (при циклическом нагружении).

2. Табличный метод применяется достаточно редко, что в первую очередь обусловлено широким спектром режимов нагружения, реализующихся на практике.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Каковы основные критерии работоспособности деталей машин?

2. Какие типы расчетных задач рассматривает дисциплина “Детали машин ”?

3. Какие существуют методики выбора допускаемых напряжений и определения коэффициентов запаса прочности?

Тесты к главе 1

1.1 Перечислите основные критерии работоспособности детали:

а) Прочность  

б) Жесткость  

в) Долговечность  

г) Теплостойкость  

д) Виброустойчивость  

е) Безотказность  

ж) Ремонтоспособность  

 

1.2 Как называется расчет, определяющий фактические характеристики главного критерия работоспособности детали?

а) Проектный расчет  

б) Проверочный расчет  

 

1.3 Укажите детали, которые относятся к деталям машин общего     

назначения:

а) Ротор    

б) Поршень   

в) Клапан   

г) Патрон токарного станка   

д) Детали общего назначения не перечислены   

 

1.4 Что называется прочностью?

а) это способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под действием нагрузок    

б) способность детали сопротивляться действующим нагрузкам без разрушения или пластического деформирования    

в) способность сохранять форму и размеры поверхности трения в течении срока эксплуатации         

 

1.5 Что называется жесткостью?

а) это способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под действием нагрузок    

б) способность детали сопротивляться действующим нагрузкам без разрушения или пластического деформирования    

в) способность сохранять форму и размеры поверхности трения в течении срока эксплуатации         

 

Глава 2

Соединения. Неразъемные соединения.

Общие сведения и классификация

В зависимости от требований, предъявляемых к сборочной единице, ее назначения и конструктивных особенностей, входящие в нее детали образуют два широких класса соединений, различающихся по принципу возможности демонтажа.

Соединения, допускающие повторную сборку-разборку без нарушения работоспособности как деталей, так и элементов крепежа, называют разъемными. К таким соединениям относятся резьбовые (болтовые, винтовые, шпилечные), лицевые, шпоночные, профильные и т.д.

Соединения, не допускающие разборку без повреждения деталей или элементов крепежа, считают неразъемными. В данную группу входят сварные, заклепочные, паяные, клеевые и ряд других соединений.

 

Сварные соединения

Сварными называются соединения деталей, связанных в зоне контакта межатомными силами, которые возникают при местном сплавлении или совместном пластическом деформировании. Поэтому различают два вида сварки – плавлением и давлением.

При сварке плавлением детали в месте соединения доводятся до расплавленного состояния. Остывая, расплав формирует сварной шов.

При сварке давлением шов образуется в месте соединения деталей, доведенных до пластического состояния за счет приложения внешней силы.

Сварные соединения обладают высокой прочностью при статическом нагружении, хорошей технологичностью, герметичностью. Сопротивление сварных соединений усталости понижено вследствие наличия в швах концентраторов напряжений – трещин, непроваров, и т.д.

а)                                         б)                                                      в)

                                                  Рис. 2.1

 

По взаимному расположению соединяемых деталей различают    стыковые, нахлесточные и угловые сварные соединения (рис. 2.1).

Сварные соединения проверяют на прочность по номинальным сечениям соединяемых деталей без учета утолщения швов.

Условие прочности имеет вид –

 

                                                                                     (4)

 

 

                                                                                 (5)

 

                                                                  (6)

                                                                                                                      

Нахлесточные сварные соединения подразделяют по взаимному положению сварного шва и направлению действующей нагрузки на лобовые, фланговые и комбинированные.

Для флангового шва (рис.2.1, а) можно получить –

или ,                                            (7)

где k - катет,

 l_сум  - суммарная длина сварного шва.

    В прикладных расчетах лобовых швов используют условие прочности (2), пологая l_сум = 2b (рис. 2.1 б).

h = k cos 45⁰ = 0,7 k

l_сум = 21

В случаем применения комбинированного шва приложенная нагрузка F воспринимается как его лобовой, так и фланговой частями - 

                              

,                                                                                                   (8)                  

где F_л = 0,7kl_сумлt_ср¢, а F_ф=0,7kl_сумфt_ср¢. Если ввести обозначение l_сум  = l_сумл +l_сумф, то при расчетах комбинированных сварных швов можно использовать условие прочности (2).

Для сваривания тонкостенных листовых конструкций часто используются точечные сварные соединения. Такие соединения проверяют на срез, принимая гипотезу о равномерном распределении нагрузки между силовыми точками.

Условие прочности имеет вид –

                                                                                 (9)                      

где d – диаметр, z – число силовых точек.

 

Заклепочные соединения

Для соединения листовых и профильных элементов конструкций корпусов, ферм, резервуаров давления и т.д. используется заклепочные соединения. В соответствии с обычными условиями эксплуатации основными нагрузками для них служат продольные силы, стремящиеся сдвинуть соединяемые детали одну относительно другой.

Заклепочные соединения обладают большей, чем сварные, прочностью при повторных ударных и вибрационных нагрузках, легче контролируются.

Рис. 2.2

Заклепка (Рис 2.2) представляет собой стержень круглого поперечного сечения с головками той или иной формы (в зависимости от условий работы соединения). Одну из них, закладную, выполняют на заготовке заранее. Вторую, замыкающую, формируют посредством обжимки при сборке. Располагалась в определенном порядке, заклепки образуют заклепочные швы. В соответствии с эксплуатационными требованиями (прочность, герметичность и т.д.) заклепочные соединения выполняют прочными, плотными, прочно-плотными, одно-, двух- и многорядными. Рядность соединения определяется количеством рядов отверстий под заклепки в детали, непосредственно воспринимающей нагрузку. По количеству одновременно перерезываемых в заклепке сечений различают одно-, двух- и многосрезные заклепочные соединения. По взаимному расположению соединяемых конструктивных элементов заклепочные соединения делятся на нахлесточные и стыковые – с одной или двумя накладками (рис. 2.3).

Рис. 2.3

Основные виды заклепочных соединений (Рис. 2.3): нахлесточные (а); стыковое (однорядное, односрезное) (б); стыковое (двухрядное, двухсрезное) с двумя накладками (в).

В прикладных расчетах полагают, что заклепки работают на смятие и срез. Действие напряжений изгиба и растяжения учитывают, как правило, с помощью поправочных коэффициентов, понижая допускаемые напряжения [s]_см и [t]_ср. Условие прочности на срез можно записать в виде –

                                                                        (10)

Т.к. напряжения смятия в зоне контакта двух цилиндрических тел определяют поверхностью, равной площади проекции цилиндра на плоскость, перпендикулярную направлению действующей силы, условие прочности на смятие принимает вид –

                                                                          (11)

Вопросы для самоконтроля

 

1. Какие виды сварки получили распространение в промышленности?

2. Какие различают типы сварных швов?

3. Как проводят расчет стыковых сварных швов?

4. Как выполняют расчет угловых сварных швов – лобовых, фланговых, комбинированных?

5. Какими преимуществами обладают сварные соединения по сравнению с заклепочными?

6. Какие различают заклепки по назначению и по форме их головок?

7. Какие заклепочные швы различают по назначению и по конструкции?

8. Что учитывается коэффициентом прочности заклепочного шва?

9. Как рассчитывают прочные и прочноплотные заклепочные швы? 

 

Тесты к главе 2

2.1  Из перечисленных деталей назовите детали, которые относятся к группе “детали соединения”:

а) Муфты                           д) Валы          

б) Шпонки         

в) Заклепки        

г) Подшипники 

2.2  Какой способ сварки рекомендуется применить для соединения                               

толстых стальных листов внахлестку? 

а) Газовую  

б) Электродуговую  

в) Контактную          

      

2.3  Укажите наиболее простую конструкцию сварного соединения:

а) Внахлестку  

б) Стыковое  

в) Тавровое  

г) Угловое  

д) С накладками  

 

2.4  Где применяются заклепочные соединения?

а) В корпусах судов  

б) В фермах железнодорожных мостов  

в) В авиастроении  

г) В автомобилестроении  

 

   2.5 Какой вид неразъемного соединения стальных деталей имеет в      

         настоящее время наибольшее распространение

         а) Заклепочное     

         б) Сварное            

Глава 3

 

Разъемные соединения