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.