КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Ход урока.

 

1.При помощи учебника, автор О.А.Ряховский - самостоятельно законспектировать тему.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.

КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

1.1 Цель работы:

Изучение конструкций сварных соединений и методов их расчета.

1.2 Оборудование и инструменты:

Модели сварных соединений, штангенциркуль, линейка.

1.3 Общие сведения:

Сварные соединения являются наиболее распространенным и совершенным видом неразъемных соединений. Почти исключительно в сварном исполнении изготавливают резервуары, котлы и сосуды высокого давления, металлические конструкции подъемнотранспортных машин, рамы, тележки и части кузовов транспортных машин. Сваркой соединяются рельсы бесстыкового пути, металлическая обшивка вагонов и локомотивов, многооборотные металлические контейнеры. Свариваются крупногабаритные корпуса редукторов, зубчатые колеса, барабаны лебедок.

В зависимости от расположения свариваемых деталей различают четыре вида сварных соединений: стыковое, нахлесточное, тавровое и угловое. Названные сварные соединения выполняют двумя видами швов: стыковыми и угловым и рассчитывают на прочность по допускаемым напряжениям. Допускаемые напряжения для сварных соединений:

		;			1,	(1.1)
где	и, — коэффициенты, зависящие от вида и марки
электрода (табл. 1.1);
							Таблица 1.1
		Коэффициенты и
						Коэффициенты, принимаемые
Вид технологического процесса			при
		сварки				растяжении и	сжатии		срезе
						изгибе
Автоматическая под флюсом, ручная
электродами Э42А и Э50А,							0,65
контактная стыковая
Ручная дуговая электродами Э42 и			0,9			0,6
Э50, газовая сварка
Контактная точечная и шовная				-	-		0,5

— коэффициент понижения допускаемого напряжения при переменной нагрузке,

								(1.2)
здесь R — коэффициент асимметрии цикла,
R	F min		min		min.	(1.3)
	F		max			max
	max

При постоянной нагрузке R = +1 и = 1;

— эффективный коэффициент концентрации напряжений ), определяется по табл. 1.2;

		Таблица 1.2
	Коэффициенты концентрации напряжений
	Расчетный элемент	Коэффициент Кэф
	Стыковые швы с полным
	проваром корня без механической	1,4
	обработки
	Угловые лобовые швы с плавным	2
	переходом при ручной сварке
	Угловые фланговые швы,
	лобовые швы при наличии	3,5
	выпуклого валика и небольшого
	подреза

 

II р и м е ч а н и е: При наличии в сварном соединении нескольких
элементов в расчетах учитывается элемент с наибольшим Кэф.
	- допускаемое напряжение на растяжение для материала
соединяемых деталей при статической нагрузке:
	Т,	(1.4)
	s
	где σ Т — предел текучести, МПа; σ Т и	принимают по табл.
П. 1;	s — коэффициент запаса прочности, для металлических
конструкций принимают s = 1,4... 1,6.
	Нахлесточное соединение выполняется	угловыми швами.

Независимо от вида нагрузки расчет угловых швов ведется по наиболее опасным касательным напряжениям. Основной размер - катет шва k (рис. 1.1, а, б). Он обычно принимается равным толщине

свариваемых листов при	10 мм. Опасное сечение направлено по
биссектрисе прямого угла. Высота опасного сечения:
h = k sin 45° 0,7 k.	(1.5)

Шов называется лобовым, если он расположен перпендикулярно действию нагружаемой силы F (рис. 1.1, а, б), и фланговым, если расположен параллельно ей (рис. 1.1, б). Комбинированный шов (рис. 1.1, б) содержит лобовые и фланговые швы.

Условное изображение и обозначение швов сварных соединений выполняют по ГОСТ 2.312 — 72. Сварной шов независимо от способа сварки изображают на чертеже соединения: видимый — сплошной

основной линией, невидимый — штриховой. От изображения шва проводят линию-выноску, заканчивающуюся односторонней стрелкой. На полке линии-выноски приводят следующие условные обозначения.

Рис 1.1. Нахлесточное сварное соединение

1.Обозначение стандарта на типы и конструктивные элементы сварных соединений. Ручную дуговую сварку регламентирует ГОСТ5264—80. Стандарты на другие виды сварки — в справочниках [1, 2].

2.Буквенно-цифровое обозначение шва по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (табл. П. 2).

3.Знак и размер катета (для угловых швов).

4.Вспомогательный знак О — шов по замкнутой линии. Диаметр знака 3...5 мм.

Пример условных обозначений приведен на рис. 1.1, в.

В лобовом сварном шве (рис. 1.1, а)при действии комбинации нагрузок касательные напряжения от каждой нагрузки определяются по формулам

(1.6)

(1.7)

(1.8)

Следует обратить внимание на то, что в формулах (1.6)...(1.8) левые части содержат только касательные напряжения, а правые — формулы сопротивления материалов, соответствующие действующим нагрузкам. Результирующее напряжение определяется как геометрическая сумма касательных напряжений от различных нагрузок:

. (1.9)

Для рассматриваемой схемы (рис 1.1, а) модуль результирующего напряжения в опасной точке А:

		`
`	(F M)2 Q2	(1.10)

Формула (1.10) реализует основную методику расчета сварных соединений: задаются размеры сварного шва, принимается катет шва, а расчет ведется как проверочный.

Если действует одна нагрузка, то расчетные формулы принимают вид:

(1.11)

и расчет можно вести как проектный с определением допускаемой нагрузки или одного из размеров шва.

В комбинированном сварном шве (рис. 1.1, б), выполненном по замкнутому контуру, касательные напряжения от сил F и Q равны:

	,	(1.12)
где	и - суммарные длины соответственно	лобовых и

фланговых швов; в частных случаях = 0 или = 0.

Напряжения от момента М рассчитываются двумя способами: уточненный способ (по полярному моменту инерции) и приближенный способ (для коротких фланговых швов).

В комбинированном шве с длинными фланговыми швами момент М, являющийся изгибающим для основного материала, будет крутящим для сварного шва, опасное сечение которого представляет собой прямоугольную замкнутую ленточку шириной 0,7 k со

сторонами b и .

Под действием крутящего момента М ленточное сечение будет стремиться повернуться относительно центра тяжести опасного сечения С (находится на пересечении диагоналей). Напряжения направлены перпендикулярно радиус-векторам, проведенным из центра тяжести в любую точку опасного сечения в сторону, противоположную направлению внешнего момента М.

Величина напряжения пропорциональна длине радиусавектора ρ. Максимальные напряжения возникают в угловых точках прямоугольника (например, в точке А), удаленных от центра тяжести на расстояние ρ mах. Величина максимального напряжения

, (1.13)

где - полярный момент инерции опасного сечения сварного

шва,

,

(1.14)

где и — моменты инерции опасного сечения относительно координатных осей с началом координат в точке С.

Моменты инерции удобно рассчитывать для составного сечения с размерами наружного контура (b + 0,7k)( +2 0.7k) и внутреннего контура b l. Отсюда моменты инерции:

						;	(1.15)
I			(b 1,4k)3	(l 1,4k)		b3l	(1.16)
y	12	12
Максимальный радиус-вектор
								(1.17)
Результирующее напряжение	определяется по	формуле (1.9),

которую трудно реализовать одним действием. Рекомендуется геометрическое сложение выполнять последовательно: вначале суммировать напряжения от сил, затем к суммарному вектору добавить напряжение от момента (рис. 1.2).

Рис. 1.2 Схема расчета результирующего напряжения

.

			Q
. 1
arctg			; (1.19)
		F

b

1arctg;

l

' 2 M 2 max 2 M max cos '.

(1.18)

(1.20)

(1.21)

Короткие фланговые швы характеризуются длиной l <0,5 b и катетом k b. Предполагается, что напряжения от момента направлены

вдоль швов и по их длине распределены равномерно. При наличии фланговых швов напряжение от момента

ф ' M (0,7 kbl) (1.22)

Вкомбинированном шве (рис. 1.3)

(1.23)

Рис. 1.3 Нахлесточное сварное соединение с короткими фланговыми швами

Рис. 1.4 Приварка уголка к косынке

Результирующее напряжение определяется по формуле (1.10).
При действии растягивающей нагрузки на уголок (рис. 1.4):
,	(1.24)

где - общая длина фланговых швов;

(1.25)

Так как сила F прикладывается асимметрично по ширине полки (по линии, проходящей через центр тяжести С сечения уголка), то

длины и фланговых швов должны быть обратно пропорциональны длинам плеч. При отношении

(1.26)

выполняется условие равнопрочности шва.

В проектном расчете длины фланговых швов и определяются решением системы уравнений (1.25) и (1.26). Размеры сечений уголков приведены в табл. П.3 и П.4.

 

3. Законспектировать тему в тетради и составить отчет.