Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Расчёт сварных соединений и конструкций примеры и задачи

..pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
15.14 Mб
Скачать

Здесь F0 площадь сечения болта по внутреннему диаметру

резь-

бь*, см2.

 

При затяжке в болте возникают еще напряжения среза

 

т

(Д)

где g — приведенный коэффициент трения (принимаем £ = 0,12); d и cL — соответственно наружный и внутренний диаметры резьбы, см. Тогда

0,12 • 1470- 1,6

635 кгс/см2.

0,2 1,383

Запас проннос.»; болта по пластическим деформациям

/ о 2 + Зт2 У 10862 + 3 •5352

Полученный Запас прочности можно считать достаточным.

Пример 2ЛЗ. Раскос железнодорожного моста, состоящий из двух швеллеров № 16 (сталь марки СтЗ), соединен своими концами с фасонками (рис. 69) при помощи угловых швов (правый конец) и высоко* прочных болтов А118 (левый конец). Поверхности трения в состоянии после прокатки.

Раскос нагружен растягивающим усилием Р = 32 тс. Определить количество высокопрочных болтов, прикрепляющих раскос.

Р е ш е н и е . Поскольку в рассматриваемом случае при затяжке одного болта образуются две поверхности трения, то суммарное коли­ чество их будет в два раза больше количества болтов. Определим нор­ мативное осевое усилие натяжения болта по формуле (2.35)

NH= 0,6F0RU= 0,6 ■1,74 •12 000 = 12 500 кгс.

Максимальное усилие сдвига, которое может быть воспринято одной плоскостью трения,

S, = 0,78АГН/Н= 0,78 . 12 5 0 0 .0 ,3 3 = 3200 кгс. Тогда требуемое количество болтов

Р32 000

п25, 2 •3200 = 5 ШТ.

Из соображений симметричного распределения болтов (рис. 69) прини­ маем п = 6 щт.

Задачи для самостоятельного решения

 

2.42.

Сжатый раскос стропильной фермы прикреплен к узловой фасонке заклеп­

ками. Сечение раскоса составлено из двух уголков 130 X 90 X 10 мм (рис. 70). До мо­

мента усиления соединения на раскос Действовала сжимающая сила Pi =

40 тс. Опре­

делить длину

усиливающих швов

k и

/2, если дополнительная

нагрузка Ра

на раскос равна

25 тсШвы с катетом К =

7 мм выполнены электродами типа Э42.

Материал

всех

элементов — сталь

марки

СтЗ. Расчет выполнить по

предельному

состоянию,

приняв п =

1,2; т = 0,9.

 

 

Ответ,

h =

190 мм;

12 = 80 мм.

 

 

 

2.43.

Два листа из стали марки СтЗ соединены между собой двумя наклаДкэМи

с помощью клепки (рис. 71). Листы сечением 400 Х 20 мм предназначены для переДачи

усилия Р =

100 тс. В процессе эксплуатации четыре заклепки с каждой стороны на"

кладки вышли из строя (на рис. 71 они зачернены), что привело к потере несущей спо­

собности соединения на J Q Р. Для усиления соединения к листам приварены накдадки

угловым швом электродами типа Э42. Определить катет шва из условия полного вос­ становления несущей способности соединения. Расчет выполнить по допускаемым на­ пряжениям.

Ответ. К = 5,8 мм; принять К = 6 мм.

2.44.

Кронштейн из стали марки СтЗ (рис. 72) присоединен к колонне через угол­

ки 80 X

80 X 8 мм с помощью черных болтов M l8 и угловых швов 1 и 2, выполненных

электродами типа Э42. На кронштейн действует сила Р = 10 тс. Выполнить проь^роч-

НЫЙ

расчет всех

соединений, если ух =

100 мм; у2 = 200 мм; утах =

300 мм; Кг =

555 6

мМ; УС2 = 8

мм, болты изготовлены

из стали 45

(ат = 3400 кгс/см2);

Расчет

вы­

полнить

по

допускаемым

напряжениям.

 

 

 

 

 

 

Ответ.

Условие прочности

выполнено, так как для шва 1 тQ

=

340

кгс/см2 <

< lV j;

для

шва

2 трез =

648

кгс/см2 <

[т']; запас

прочности для

болтов п =

1,67.

2.45. Растянутый элемент из двух уголков 180 X ПО X 10 мм прикреплен к фасонке высокопрочными болтами М22. Поверхности трения уголков и фасонки обра­ ботаны огневой чисткой (рис. 73). Определить максимальное усилие, допустимое для соединения.

Ответ. ■Ртах = 53 тс-

2.46. Раскосы тяжелой фермы прикрепляются к узловым фасонкам с помощью высокопрочных болтов М24 (рис. 74). Фасонки соединены с поясом посредством угло­

вых швов, выполненных автоматической сваркой под флюсом. Все элементы узла фер­ мы изготовлены из стали марки СтЗ. Выполнить проверочный расчет всех соединении, если Pi = 90 тс; Р2 = 39 тс; Р8 = 135 тс; катет угловых швов К = 8 мм. Контактные поверхности между фасонками и раскосами зачищены стальными щетками. Расчет

выполнить по допускаемым напряжениям.

 

 

 

 

Ответ. Условие

прочности всех соединений обеспечено:

 

 

гш

— 232

кгс/см2 <

[т'];

2 Sx — 168

тс >

90

тс;

2 S2 =

96 тс > 39

тс;

2 5 3 = 168

тс >

135

тс.

§ 6. Расчет паяных соединений

Расчет паяных элементов и конструкций в настоящее время может быть выполнен лишь с относительным приближением, так как проч* ность паяного соединения определяется не только прочностью основ­ ного материала, припоя или шва, но и способностью соединения сопро­ тивляться в определенных условиях действующим нагрузкам.

Рис. 75

В большинстве случаев паяные соединения работают на срез (рис. 75), поэтому проверку прочности их проводят по касательным напряжениям

х =

-у- < [х'1,

(2.36)

где N — силовое воздействие

(усилие, крутящий , момент и

т. п.);

F — геометрическая характеристика шва (площадь среза,

поляр­

ный момент сопротивления);

 

[т'1 — допускаемое напряжение паяного шва на срез.

 

Допускаемое напряжение [т'1 не имеет строгой регламентации, поэтому в каждом конкретном случае оно задается.

Часто паяные соединения, работающие на срез, рассчитывают по

условию равнопрочности шва и основного металла

 

^срFш= a6Fo.M,

(2.37)

где тср — сопротивление срезу паяного шва, кгс/см2;

 

оь — предел прочности основного металла, кгс/см2;

 

р

ш иFOM— соответственно геометрические характеристики площадей разрушения шва и основного металла.

В табл. 6 и 7 приведены значения сопротивлений срезу и предела пР^Нности образцов, паянных в стык (аь), для некоторых типов припоев и паяных металлов.

 

 

 

 

Таблица 6

Сопротивление срезу тср для образцов, паянных внахлестку

оловянно-свинцовыми

припоями, кгс/смг

 

 

 

 

 

Марка припоя

 

 

Металл

ПОС40

посзо

ПОС18

 

 

Сталь

(СтЗ и др.)

270

330

280

Сталь

Х18Н9Т

230

220

Латунь Л62

240

320

270

Основными конструктивными типами паяных соединений являются соединения внахлестку (с односторонним перекрытием или с наклад­ ками), показанное на рис. 75, а, б и стыковое (прямые и косые швы), показанное на рис. 75, в, г.

Величина нахлестки (рис. 75, а, б) принимается не более пяти тол­ щин (б) паяемых деталей.

 

 

 

 

Таблица 7

Предел прочности аь образцов, паянных в стык различными

припоями,

ктс/см2

 

 

 

Металл

Марка припоя

 

 

посзо

|

СК-7

 

ПОС40

Сталь

200—1020

710—1250

 

200—670

Латунь

650—1160

640—1270

 

370—540

Медь

870—1370

400—840

 

400—600

Для одностороннего соединения внахлестку, подвергаемого дей­

ствию растягивающего или сжимающего усилия (рис. 75, а),

условие

прочности по формуле (2.36) будет иметь вид

 

т = - ^ - < [ т '] ,

(2.38)

где I — длина зоны спая (длина нахлестки), см;

 

В — ширина зоны спая, см;

 

для соединения с двумя накладками (рис. 75, б)

 

т = -2 Х ё -< [т'].

(2.39)

Для стыкового соединения с прямыми кромками (рис. 75,

в) условие

прочности будет иметь вид

 

а = Ж < [а']:

(2-40)

азга =

Уо» +

Зт*<[о,1,

(2.41)

где

 

т

 

та

l©*];

[х ].

© = — -------<

х = — -------- <

- Л В

 

- Л — В

 

sum ш

 

sin а

 

В формулах (2.40) н (2.41)

 

 

1<вг"1— jp iy o jm e

напряжение паяного шва на растяжение

(сжатие)» нгс/см*;

 

 

Т = Р <сшш— касательное усилие, воспринимаемое косым швом, кгс;

N— Р sm ш — триальное усилие, воспринимаемое косым швом, кгс.

О^щешршшшгмх методов расчета паяных соединении при цикличе-

(гипипс шжрузжаж н настоящее время нет.

Пряшр 2.14. Дне шшлосы из стали марки СтЗ соединены между собой шитом шршшммПСОО (рис. 75, а). Определить величину нахлестки Z,

исхода ш уокшшя раннонрочносга соединения и основного металла. Предел шротюостм стали СтЗ о&= 4200 кгс/см*.

Р е ш е н и е . Определим максимальное усилие, которое может шмршшвлпь пшиш, вго формуле (2.38)

 

 

ш

 

Pm—1ВТф,

Нагрузка» которую

воспринять основной металл, опреде-

■ШШППГЯ1 (QHtTHDUHTgWUHtfMr

р

л mm

ав

©гауда

Р а* = 8&&.

будет обеспечено тогда, когда

Рщ = РоМ*

Тедда

Ш1ф = бВа^.

тср

№ ) Ttti&IIL б ШаЖВДИМ» ЧТО ДЛЯ з я д я в т л т у сл о в и й пайки тС1>«

— ЗШ© щпс/уЬ м2.

Ш = 12,36.

за©

Т ш юме2лвшжш©быть< 56» то обеспечить равнопрочность соединения

Ш(ЩПВШННИПШ шсттяшшнв Щрн ЗЭДЖЕВЕБКШ ПрННОв НеЛЬЗЯ.

Црпяф 2.15. Д ж шшпгшш из стали 1Х 18Н9Т соединены методу сда®ш& ппашивй пропоем 1ЮС4® с помощью косого шва (рис. 75, г).

©лчрВДЁШИПгь мшвсшиапшгшое усилие, допустимое для соединения, если

В = 200 мм; S = 10 мм; а = 45°; [т'] = 150 кгс/смг; 1ст'] =

=320 кгс/смг.

Ре ш е н и е . Так как паяный шов косой, то проверку несущей способности его необходимо проверять по эквивалентным, касательным

инормальным напряжениям по формуле (2.41).

Условие прочности шва

по

касательным

напряжениям

запишем

в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р cos a sin а

,

.

,,

 

 

 

 

 

т ----------т ------<

I*

J,

 

 

 

откуда

найдем силу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р =

6В [т ;]

 

=

1 ,0 .2 0

150

 

 

 

 

 

 

cos a sin а

 

 

Л_--------= 6000 кгс.

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

Условие прочности шва по нормальным напряжениям

 

 

 

а =

Р sin a sin а

<

и

,

 

 

 

 

 

 

 

 

SB

 

 

 

 

 

 

откуда

найдем

силу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

_ бВ[ о' ]

_

1>0 * 20 « 320

12 8 0 0

 

 

 

Г

sin2 а

 

0,5

 

 

 

l^O U U КГС.

 

Условие прочности шва по эквивалентным напряжениям

 

 

 

V^sin4 а +

3 sin2 а cos2 а < |а'|,

 

 

откуда

найдем силу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р =

бВ [o']

 

 

 

1,0 •20 •320

6400

кгс.

 

 

•cos2 а

)Л),25 +

0,75

 

■/sin4 а + 3 sin2 а

 

 

Таким образом, максимальное усилие, допустимое для паяного соеди­ нения, определяется условием среза шва и равно 6000 кгс.

Задачи для самостоятельного решения

2.47.

Две пластины из латуни марки Л62, соединенные между собой пайкой при­

поем ПОСЗО (рис. 76), подвергаются действию изгибающего момента М. Определить

максимальную величину

изгибающего момента, допустимого для соединения, если

В = 200 мм;

б =

14 мм;

[o'] = 500 кгс/см2.

Ответ.

М =

46750

кгс-см.

Г1

 

\

Г1

= м‘о1 -

2.48. Кронштейн из алюминиевого сплава марки АМгб, соединенный с поперечи" ной пайкой припоем ПЗОО, нагружается вертикальной силой (рис. 77). Определить длину зоны спая I из условия равнопрочности соединения и основного металла, если

Гт'1

В = 120 мм; б = 10 мм; - jjjj- = 0,4.

Ответ. I = 12,5 мм.

2.49. Трубчатый вал из титанового сплава ОТ4, соединенный со ступицей диска пайкой припоем ПСР72, подвергается действию крутящего момента Мк (рис. 78). Определить длину зоны спая / из условий равнопрочности соединения и основного ме-

талла

(вала),

если

D = 200 мм; б =

6 мм; т^р = 1500 кгс/см2; т0 м = 4000 кгс/см2.

Ответ. /=

19,4

мм.

 

2

.50.

Наружный сферический медный кожух сосуда Дьюара изготавливается из

двух

полусфер

пайкой припоем ПОС40

(рис. 79). Из сосуда выкачивается воздух до

давления 10“ 6 мм рт. ст. Определить минимально допустимую величину нахлестки / если D = 500 мм; о = 0,7 мм; [т'] = 100 кгс/см2. *

Ответ. /min = 1,25 мм.

2.51. Конец трубы заглушен донышком, впаянным в трубу припоем СК-7 (рис. $0)

Определить допустимое давление в трубе, если D =

25 мм; I =

10 мм; [т'] = 6 0 кгс/е^’

Ответ, р — 96 кгс/см2.

 

момент Мк на диск

2.52. Вал из стали марки 10ХСНД передает

крутящий

соединенный с ним пайкой припоем ПОСЗО (рис. 81). Определить, сколько процентов

D

Гт']

составляет прочность соединения от прочности вала, если -т =

2; б = d; ——

= 0,1.

М =

 

Ответ. 40% .

Г л а в а III

РАСЧЕТ СОПРЯЖЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ, РАБОТАЮЩИХ НА ИЗГИБ И СЛОЖНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Взаимное соединение (сопряжение) элементов конструкции может быть шарнирным или жестким. В практике проектирования сварных конструкций наиболее распространен жесткий тип сопряжения, обес­ печивающий повышенную жесткость и устойчивость всей конструкции.

Расчет сопряжений производится по известным силовым воздей­ ствиям (изгибающему моменту, поперечной осевой силе). Если силовое воздействие не может быть определено на основе статического расчета, то сопряжение конструируют равнопрочным основным сечениям эле­ ментов.

§ 1. Расчет типовых соединений

Присоединение одного элемента к другому осуществляется, как правило, с помощью угловых швов, выполняемых горизонтально (рис. 82, а), вертикально (рис. 82, б) или по контуру торца (рис. 82, в и 83).

Под действием изгибающего момента М, нормальной N и касатель­ ной Т сил (рис. 82 и 83) в угловых швах возникает сложное напряжен­ ное состояние, точное определение которого затруднено. Поэтому уг­ ловые швы сопряжений условно рассчитывают на срез. Если элемент

приварен только горизонтальными швами (рис. 82, а),

то величину

напряжений среза в них можно определить так:

 

1.

От действия изгибающего момента М:

 

а)

по первому способу

 

 

М

(3.1)

 

т — ™

w ш

Момент сопротивления угловых швов относительно оси х (рис. 82, а)

Г ш=

где /ш— момент инерции биссекторных сечений швов относительно оси х, см4;

i/max = -у В + ftp — расстояние от оси х до наиболее удаленной точки

шва, см.

Момент инерции биссекторных сечений швов

 

Уш= 2/ 0 + 2Fm(-г + 4 ) 2 " 2

+ 21К { т

+ 4 • <3-2>

где J Q— момент инерции биссекторных сечений швов относительно

 

собственной оси;

 

 

Fm =

— расчетная площадь сечения углового шва,

см2.

D *

 

 

При

> 10 значением У0, а также всеми членами, содержащими ве­

личину катета К в степени больше первой, пренебрегают ввиду малого

значения их. Тогда выражение (3.2) упрощается

г/М2

б) по второму способу

м

2

HFu

(3.3)

 

 

где Н = В + К — плечо пары сил Р, см.