Биргер И А , Шорр Б Ф , Иосилевич Г Б - Расчет На Прочность Деталей Машин Справочник (1993.4 Изд)(Scan) (947315), страница 25
Текст из файла (страница 25)
В отличие от стыковых иахлесточные соединения имеют более высокую концентрацию напряжений. На рис. )2 показано распределение радиальных и„, окружных оз и касательных т„а напряжений в нахлесточных соединениях с лобовыми швами. При уменьшении и до 45' концентрация напряжений возрастает, а усталостная прочность снижается на 20о% . Применение пологих катетов (6 ) 60') в сочетании с механической обработкой швов позволяет повысить предел выносливости соединений на 30о4. Значения теоретических коэффициентов концентрации напряжений в соединениях с лобовыми швами даны в табл. 6.
Соединения с фланговыми швами имеют большую концентрацию напряжений, чем соединения с лобовыми швами. Последнее связано с неравно- ,а ад' л ш Сварные и ппянме соединения 1!8 носливости соединений возрастает, так как максимум нагрузки смещается а этом случае в сторону основного листа с плшцадью поперечного сечения Рв (рис.
13, 6). В нахлесточных соединениях низко- легированные высокопрочные стали не имеют преимущества по сравнению с углеродистыми конструкционными сталями. Сопротивление усталости нахлесточных соединений, полученных контактной сваркой (точечной и шовиой), низкое, что связано с высокой концентрацией напряжении в шве (табл. 7). Тавровые соединения.
Концентрация напряжений в тавровых соединениях существенно выше, чем в стыковых, и зависит от подготовки кромок и степени проплавлекня (рис. 14). )(ифрами на рис. И показаны значения нормальных напряжений в МПа в различных сечениях шва. Эффективные коэффициенты концен. трации напркжений в тавровых соединениях с неподготовленными кромками и без проплавления изменяются от 2 до 4,5, а теоретические — от 3,4 до 5.
Йля тавровых соединений с малой глубиной проплавления (рис. 15, а — в) менее прочным является сечение по сварному шву. В соединениях с разделкой кромок элементов прн наличии глубокого яроплавлеиия (рис. 15, г— г) эффективные коэффициенты концентрации напряжений й изменяются от 1,1 до 1,7. Меньшие значения йп получают при тщательном выполнении сварки со сквозныы проплавлением. В соединениях толстых листов получение полного провара затруднено и 6. Теоретические коеффминемты конпеитрепнм непременна в и клссто мы* соедниеннкк с лобовымн швлми п.о кром. ки у кор- ив 2.5 3,5 4.0 3.0 2,5 3.5 4.0 З.о !.5 3,5 3.0 4.0 4.0 4.0 мерным распределением нагрузки вдоль шва (ряс, 13, а).
Поэтому в динамически нагруженных конструкциях нежелательно использовать соединения с фланговыми швами. В соединении с фланговыми и лобовыми швами последние улучшают распределение нагрузки и повышают предел выносливости соединений на 34 — 50% . Предел выносливости таких соединений с необработанными швами составляет в ряде случаев 30 — 4504 предела выносливости цельной пластины. Высокий отпуск после сварки иахлесточных соединений не изменяет прочности. Поверхностный наклеп повышает предел выносливости на 25% соединений с фланговыми швами и на 50% — с лобовыми швами.
С увеличением площади поперечного сечении наклютки г"т (иапРимеР, эа счет толщины накладки) предел вы- б ж р ш Рнс. 45. Респредевение нагрузки по длине Хвректеристнке усково~о шве Р =- 60' !см, Ркс. |2) 6=45' Р = 45'. шов с непроввром Р = 45', шов с глубоким непровером Твнгеициелькый вогнутый профиль Нетвнгенпивльиый вогну- тый профиль Вмпуклый профиль ивклесточяого соединение Влияние оснокчь п факторов на сопротивление усталости 119 пспрпп ение рис.
14. Напрнмекн» а ~воровок соеднненнн: в — детали перед сварю а Оеэ скоса кромок, 6 детавк с двусторонним скосом промок 5>10ни уостпппм пспрпбпр ппи Впр 5 а17-00мм 5 12-буны Рнс. 1В. Тавровые соеднменна 72О Сварные и паяные соединения 7. Эффектмены«яоеффицненты концентренмн напряжений е соединениях, получсмных контактной сеареой Мерке стеля нлн сплава Толщина листов, мм Состокнне метериала !О Нормелизоеанная 3 — 3 7,575 12Х16НОТ ЗОХГСА Нагертоееииая Высокнй отпус» 1,5 — 1.5 ВТ1 Д!ОТ В состояннн постеекн П р и м е ч е н и е. В числятеле дробя указаны знеченнн 5 для ~очечной сееркн, ° а знаменателе — для шоеной.
6. Сопротнеленне усталостн соеднненмй с конструктненымн элементемн 1277,5 ! 2!в 1075 5,577,25 Влияние основных факторов на сопротивление усталости !2! Продал кение табл. В от „ МПв Освоввой мгт лл Эсяив соедивекяя р Л 7! 160 — 170 0,2 Углеродистая стель. ое = 530 МПв: !тт =- 360 МПе — 1,0 55 2.9 СтЗсо: ов = 403 МПв; ,тс . чкс)з а = 42 МПв; 116 =тЯ Стзсг' оэ — 430 МПв: и = 305 МПв т — !.0 й. Максимальные овэрушаюшие ивпрямеивя ош „— — о + о для сварных соедяненнй яэ ниэкоуглеродистых сталей !лг = 1в' циклов) о „, МПв. прк г Соединение -1-О,з Стыкояое, выполиеяиое ввточвтической илк ручкой Сверкая, при обычном усилении швв Стыковое в случае перегечеикя его продольны» шве» Со вспокогетел иы ! элемента (плвикэ !я, ребрэчв а т.
д 1, лобовы и швэ и при отпошеипв катетов 1 . 1 Н вхлесточкое с обввркоа по контуру Нахлесточное с флэяговыыи швами 186 69 130 106 90 52 40 120 35 23 69 68 удорожает изготовление сварных конструкций, Наиболее рациональным в тавровых соединениях при больших толп!инат принята считать применение частичного скоса нромок с сохранением непроваренной щели (см. рис. )б, В), отрицательное влияние которой можно сномпенснровать повышенной прочностью сварных швов.
Исследования показали, что при ширине шели до 80% толщины листов несушая способность соединений не сйнжается. Соединения с конструктивнымн элементами. В ряде конструкций к основным силовым элементам приварнвают Различные конструктивные и связую- шие элементы (косынки, ребра, планки, накладхи и др.), образующие обычно тавровые и угловые соеднне.
ння. В тзких ховструхпиях через сварные швы, ках правило, не передается нагрузка на основной элемент. Однако при иагружении основного элемента в зоне присоединения дополнительного элеыента создается значительная нонцентрация напряжений из-за резкого изменения сечения. Прочность конструкции в результате присоединения элементов может снизиться в несколько раз (табл. 8), Фланговые швы снижают прочность в большей степени, чем лобовые. 122 Сварные и лллнис соединения Для уменыпения концентрации напряжений следует применять косынки с плавным очертанием и механической обработкой места перехода. Сопоставление пределов выносливо.
сти однотипных сварных соединений нэ низколегированных сталей показывает, что химический состав и механические свойства сталей практически мало влияют на сопротивление усталости соединений в исходном состоянии (беэ обработки). Сопротивление усталости соединений практически не изменяется даже после термического упрочнения сталей н зависит главным образом от амплитуды переменных напряжений цикла (табл.
9, при коэффициенте асимметрии г = 0 о, 1720„, лри г = — 1 о, = о,). РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАГРУЗКАХ Если среднее напряжение цикла пт и амплитуда о возрастают пропорционально прн нагружении соедине. ния, то запас прочности ла =-, ', (15) пайа + Фант гле о., — предел выносливости материала с учетом масштабного фактора; Ьа — эффективный коэффициент концентрации напряжений (см. табл. 4); фа — коэффициент, учиты. вающий влияние на сопротивление усталости асимметрии никла; фо = =- 0,!ер0,2 для стыковых соединений из ннзкоуглероднстых сталей, фа = = 0,2 —:0,3 — то же для средне- и низкоуглеродистых сталей.
Если прн нзгружении соединения возрастает лишь амплитуда переменных напряжений, то запас по переменным напряжениям (например, в случае резонансных колебаний сварных деталей) и-с фант (!5] Пода Обычно ла 2, ла ~ 2,5. В крана. и мостостроении расчет сварных конструкций прн пеоеменных яагрузках выполняют по допускаемым напряжениям, которые получают умножением допускаемых значений на- пряжений при статических нагрузках (п)р на коэффициент у, получаемый опытным путем: где 11,2 Ьа Для предварительной сценки Л!г,. можно пользоваться нормами для кра новых конструкций, установленными Европейской административной федерацией (4]: Интенсивность есаольвоввввв и (чехлов! Р в.з.|о 2.0-!О 0.3 !О Случвввое, оерволвчесвое Постовввое веввтевсвввое ввтевсвввое Иеврермввое очень ввтевсев вос 2.0.
30е Расчет на сопротивление усталости соединений, полученных контактной сваркой, выполняют аналогично. ПАЯНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Паяные конструкции получили широкое распространение в различных отраслях машиностроении н в ряде у= (айа ~ Ь) — (лба ~ Ь) г ' (17] где и н Ь вЂ” коэффициенты, характеризующие материал, в краностроенин дли углеродистой стали пронимают а = 0,6; Ь = 0,2,' в мостостроенни для низкоуглероднстых сталей а = 0,9; Ь =. = 0,3 и для ниэколещсровзнных ста.
лей и.= 0,95, Ь = 0,35; Ьо — эффек. тинный коэффициент концентрации напряжений, г — ноэффициент асимметрии цикла. Верхние знаки в знаменателе дроби формулы (17) гоответствуют расчету при растягивающих отсы нижние— прн сжимаюсцих пт!в, Если конструкция рассчитывается на ограниченный срок службы; Ь(рч„сУ0 (где АСР и Фб — соответственно число циклов от. работки конструкции за ресурс и базовое число циклов, соответствую. щее перегибу кривой усталости на уровне предела выносливости), то формула (17) уточняется: Палимые соединения 123 Мариа припон Основа оа, МПа Назначение ВПр! ВПр 2 ВПР 4 840 — 900 330 в 440 690 — 760 12 — 18 22 — 46 9 — 13 Медь Лбз !проиолока! 450 Медь ПОС 90 ПОС 61 ПОС 40 Олово и свинец 34 32 43 41 36 !О. Механические «арактернстнки н бласти случаев вытесняют сварные соеднне.
иия. Пайкой изготовляют не только отдельные детали, но и сложные крупногабаритные узлы. При конструировааии паяных изделий важное значение имеют выбор припоя и способа пайни. При выборе основного металла следует учитывать паяемость его приноями, обеспеииваюшиыи требуемую прочность, чувствительность основного металла к нагреву и склонность его к образованию трешин под действием расплавленных припоев, проникающих между кристаллами по граияцам зерен. Например, пайку сталей латунью применяют в ограниченном масштабе, так как медь является основным компонентом, вызываюшим охрупиивание соединений. Поэтому в серебряные и никелевые припои для деталей, работаю!цих при повышенной температуре, не вводят медь (2!.
Для уменьшения склонности к хрупкому разруюенню реномендуется наносить иа детали никелевое покрытие. При паянни разнородных металлов необходимо учитывать разлниие в коэффициентах их термического расширения. прим и нн ра пр трвненных припаса Припои теплостоякие для парки трубопроводов. лопаток гааовых турбин и других деталей н узлов из коррозиоино.стоакоа стали Для пайки стальных нчделнз иеответствеииого назначения, а так, е дл» пааки сталей с иагартовкоа при неравномерном иагрсяе Внутренние швы медицинской аппаратуры, детали злектротетннческоо и приборостраительиов проьгы ячеииости При высокотемпературной пайке ряда разнородных металлов (например, титана с медью и никелем, магния со сталью, алюминия с медью и др.) невозможно получить пластичные и прочные соединения без нанесения иа них барьерных покрытий, предохраияюших разнородные металлы от активного взаимодействия и, кан следствие, возникновения в ивяном шве хрупких интерметаллидов.
В качестве барьерного покрытия наносят такой металл, который легко пэяется и образует прочные связи с основным конструкционным материалом. Припои должны хорошо смачивать покрытие и другой металл (без по. крытия), ие образуя с ними иитерметаллиды. Например, для пайки стали с титаном иа последний наносят молибденовое покрытие, затем осуществляют пайку медными или серебряными припоями. В табл. !О приведены мехэиииеские харвнтернстнки и области применения прнпоев. Для пайки жаропроиных сталей и сплавов используют припон на основе никеля, марганца и палладия с добавками других элементов (хрома, кобальта, цнрконня 124 Сварные и даяние соединения Зазпры причеииечые при пайке металлов Основа приппа Зазор, мм Осноинпй металл У глеродистые стали Медь Латунь Серебро 0 02 — 0 15 005 — 0 ЗО 005 — 015 Коррозионно стониие стали Медь Латунь Серебро Никель— «ром 0 05-0!2 005 — 050 0 05 — 0 12 О 05 — О 1О Нинель Палладин Жаропроч ные стали и сплавы ОО5-О !О О 05 — 010 Серебро Серебров марганец Титаиавые сплавы 0 ОЗ вЂ” О 10 о оэ — о !о Медь и медные сплавы 0 !О-О ЗО О 02 — 0 15 0 ОЗ -О!5 Медь— цзин Медь— фосфор Серебро Алюмиииевые Алюмииий сплавы о !о-о зо !2 Прочность при срезе оааиыа соединений МПа длв припоев Основной метзлл ПГ 40 ПСр 45 1 2 Х !а 1.! 9 Т 4ОХН МД зохгсд Медь 240 — 290 550-450 ЗОΠ— 450 250 150 — 250 550 в 4!О 250 н др ), а также твердые н газообразные флюсы Пайку в атмосфере газообразных флкюов (фторнстый водород, трехфторнстый бор н др ) производят в герметнчных контейнерах, нагре ваемых в печах Пайку короознонно стойкнх сталей, жаропрочных н титановых сила вов, керамнкн н тугоплавкнх металлов производят часто в вакууме (в вакуумных печах) На качество соединения существенное влияние оказывает размер паяльного зазора (табл ! 1) н условия течення припоя в нем Чем лучше пряной смачивает поверхность основного металла, тем меньшим можно назначнть зазор Прн активном растворения основного металла расплавленным припоем зазоры устанавлнвают большими, так как припоя повышают температуру плавления н хуже растекаются Прн увеличении зазоров прочность паяного соединения уменьшается нз-за образования пустот, не заполненных припоем, флюсовых включеннй н т и Указанные втабл 1! зазорыдолжны быть выдержаны прн нагреве до тем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
