Расчет соединений.
Студенты должны приобрести практические навыки к решению задач различных соединений.
Типовые задачи. Задача 1.
Определить диаметр болтов соединения крышки с резервуаром по следующим данным: давление газа в резервуаре р = 1,7 МПа, диаметр горловины резервуара D = 400 мм, количество болтов z = 12. Между крышкой и горловиной предусмотрена мягкая прокладка.
Решение.
Для соединения крышки примем болты из стали Ст 3 (Т= 235 МПа). Если взять коэффициент запаса прочности болтов s = 2,3, то допустимое напряжение растяжения
[] Р = Ởт / s = 235/2, 3 = 102 МПа.
Общая сила, действующая на крышку резервуара,
R = PП D2 / 4 = 1,7 * 3,14 * 4002/4 = 213628 Н.
Внешняя осевая сила, приходящаяся на один болт,
F = R / z = 213 628/12 = 17 802 Н.
Необходима сила затяжки каждого болта по формуле
F0 = Ка (1-х) F = 2 (1-0,45) * 17802 = 19582 Н.
Здесь принято коэффициент затяжки болтов K3 = 2, а коэффициент внешней нагрузки при наличии мягкой прокладки х = 0,45
Расчетная сила для болта при В = 1,3 по формуле
Fp = F0В + ХF = 19582 * 1,3 +0,45 * 17802 = 33467 Н.
По условию прочности и растяжение нужен внутренний диаметр резьбы болта согласно формуле
D1 ³ = 20,44 мм.
На основе данных можно взять для данного соединения болты М24, для которых d1 = 20,752 мм.
Задача 2. Крышка цилиндрического котла прикреплена болтами диаметром 30 мм.
Диаметр крышки котла 2 м, давление внутри котла 0,6 МПа. Определить количество болтов, необходимых для прикрепления крышки, если допускаемым напряжение на растяжение стали болта [σ] = 125 МПа.
Рисунок 1 — Схема котла к задаче 1:
1 — котел, 2 — крышка, 3 — болт, 4 — трубка с краном.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ.
Определяем силу, которая действует на крышку, по формуле: F = QА =
= 0,6 х1063, 14 = 1884000 Н,
Где q — давление внутри котла, Па; по условию задачи q = 0,6 МПа = 0,6 10 Па;
А — площадь крышки, на которую действует давление, м2; определяем по формуле:
м2
Где D — диаметр крышки котла, м; по условию задачи D = 2 м. Определяем силу, которую воспринимает один болт, по формуле: F1 = [σ] А1, = 125х106 • 0,0007065 = 883125 Н, где [σ] р — допускаемым напряжение на растяжение стали болта, Па; по условию задачи [Σ ] = 125МПа = 125х106Па;
А1 — площадь сечения одного болта, м2; определяем по формуле:
м2
D — диаметр болта, м; по условию задачи d = 30 мм = 0,03 м.
Определяем количество болтов n, необходимых для прикрепления крышки к котлу, по формуле:
болтов, принимаем n = 22шт. болтов.
2.Типы задачи
№ 1 Определить диаметр болтов, соединяющих фланцы муфты. Исходные данные для расчета; Крутящий момент, который передает муфта Т = 220 Нм; болты размещены на окружности диаметром D0 = 110 мм, количество болтов z = 4.
|
Рис. 2. Болтовое соединение фланцев муфты
№ 2 Стальное зубчатое колесо соединяют с валом с помощью призматической Шпонки скругленными торцами.
Рис. 3. Соединение вала с Зубчатым колесом с по- Гой шпонки. |
Определить размеры шпоночного соединения по следующим данным: номинальный крутящий момент, передает соединения, Т = 180 Нм, диаметр вала, на котором установлено зубчатое колесо d = 36 мм; нагрузки на соединение с резкими переменами.
№ 3 Чугунный шкив закреплен на валу с помощью сегментной шпонки.
Рис. 4. Соединения вала с
Валом с помощью
Сегментной шпонки
Выбрать размеры шпонки и проверить прочность шпоночного соединения по следующим данным: номинальный крутящий момент, передает соединения, Т = 52 Нм, диаметр вала d = 24мм, нагрузка постоянно.
№ 4 Определить катет К двух сварных швов, которыми кронштейн соединен с корпусом. Данные для расчета: F = 18 кН, а = 300, а = 160 мм, h = 120мм, L = 80мм. Материал деталей соединения-сталь, допустимое напряжение, по которому произведен расчет кронштейна [Ờ] р = 140 МПа. Швы выполнены ручной дуговой сварочными электродами Е42.Зовнишне нагрузка на кронштейн постоянное.
|
Рис. 18.26. Сварное соединение кронштейна с корпусом
Детали, которые служат для соединения отдельных элементов машин или строительных конструкций (штифты, заклепки, болты, шпонки и т. д.), во многих случаях воспринимают нагрузки, перпендикулярные их продольной оси. Разрушение соединяющих деталей (в случае недостаточной прочности) происходит в результате их перерезания по плоскости, совпадающей с поверхностью соприкосновения соединяемых деталей. Условие прочности на срез:
Tзр = = [Tзр]
Где tзр — расчетное напряжение среза;
Q — поперечная сила, при нескольких одинаковых соединительных деталях
Где F — Общая нагрузка соединения,
И — Количество соединительных деталей — болтов, заклепок и т. п.);
Αψ — Площадь среза одной детали (болта, заклепки и т. д.);
[Τψ] — допустимое напряжение среза, которое зависит от материала соединительных элементов и условий работы конструкции.
В машиностроении при расчетах штифтов, болтов, шпонок и т. п. принимают
Где σ, ι [σρ] — предел текучести и допустимое напряжение растяжения соответствии с материалом штифта, болта т. д.. Расчет на срез обеспечивает прочность соединительных деталей, но не гарантирует.
Типовые задачи. Задача. № 1. Рассчитать болтовое соединение, если сила Р = 800 кг толщина соединенных деталей b = 8 мм, допустимое напряжение среза [σ] = 60МПа и допустимое напряжение смятия [σ] = 200МПа.
1.
3 Вопросы для самопроверки.
Что называется соединением? Какая разница между разъемным и неразъемным соединением? К которым соединений относятся сварочные соединения? Для чего используют шпоночные соединения? Укажите преимущества сварочных соединений.