Расчет на прочность нахлестного соединения

1. Фланговый шов (рис. 22.6).

Основными напряжениями фалангового шва являются касательные напряжения t в сечении m-m. По длине шва касательные напряжения распределены неравномерно. На концах они больше, чем в середине. Это можно доказать следующими рассуждениями. Предположим, что деталь 2 абсолютно жесткая, а деталь 1 и швы податливые.

Тогда относительное перемещение точек b под действием силы F больше относительного перемещения точек а на значение удлинения детали 1 на участке ab. При этом деформация сдвига и напряжения в шве непрерывно уменьшается по всей длине шва справа налево. Если обе детали упругие, но жесткость их различна, то напряжение в шве распределяется по закону некоторой кривой. При одинаковой жесткости деталей эпюра напряжений симметрична. Неравномерность распределения напряжений возрастает с увеличением длины шва и разности податливостей деталей. На практике длину фланговых швов ограничивают условием l £ 50 к.

Расчет таких швов выполняют по среднему напряжению, а условие прочности записывают в виде

,

где 0,7 k – толщина шва в сечении по биссектрисе m-m.

Если в нахлесточном соединении угловые швы не обеспечивают требуемой прочности, то дополнительно к угловым применяют пробочные (рис. 22.7, а), прорезные (рис. 22.7, б), и проплавленные швы (рис.22.7, в).

Пробочный шов получается путем заполнения расплавленным металлом отверстий круглой формы в одной или обеих соединяемых деталях. Прорези прорезных швов могут быть закрытыми или открытыми. Из-за высокой трудоёмкости изготовления, низкой прочности и негерметичности – это один из худших видов соединений. Проплавленные швы – более производительны.

Рассмотрим соединение деталей фланговыми швами различной длины.

В случае несимметричных угловых фланговых швов, посредством которых приваривают деталь несимметричного профиля, например уголок, каждый из этих швов рассчитывают по своей нагрузке (рис.22.8). Сила F проходит через центр тяжести сечения уголка. Силы F₁ и F₂, действующие на швы, определяют так:

F1 + F2 = F l1 F1= l2 F2

;

Очевидно, что длины швов в этом соединении при одинаковых сечениях должны быть пропорциональны нагрузкам

.

2. Лобовой шов (рис. 22.9).

Основными являются касательные напряжения t в плоскости стыка деталей и нормальные напряжения s в перпендикулярной плоскости. В инженерной практике лобовые швы рассчитывают только по касательным напряжениям. За расчетное сечение также принимают сечение m-m, что подтверждается экспериментально.

Условие прочности будет

.

Рассмотрим случай, когда лобовой шов нагружен моментом (рис. 22.10).

Касательные напряжения в сечении m-m определяются как ,

где - момент сопротивления сечения изгибу.

Тогда .

Остальные виды нахлесточных швов и их нагружение рассматривать не будем.

III. Тавровые соединения (рис. 22.11). В этом соединении детали расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Это соединение выполняют стыковым швом с разделкой кромок (рис. 22.11, а) и без разделки (рис. 22.11, б) кромок угловым швом.

Напряжения в соединении определяются по следующим зависимостям:

- для стыкового шва;

- для углового шва.

Существует множество других нагружений силами, изгибающими и крутящими моментами. Для каждого из случаев составляется свое условие прочности, которые в одной лекции охватить невозможно.