книги / Сварные конструкции.-1

Из опытов известно, что по мере приближений к ctÿftHUè ÿfiêличивается и величина напряжений в сечении диска. Поэтому при конструировании сварных зубчатых колес сварные швы сле­ дует располагать по возможности дальше от ступицы.

Как ребра, так и диафрагмы являются концентраторами напря­ жений, поэтому их следует по возможности избегать.

Для уменьшения влияния жесткости контура на сварочные напряжения применяют технологический подогрев.

После сварки до механической обработки и нарезки зубьев колеса подвергают термической обработке (отпуску) для снятия сварочных напряжений.

В результате анализа раз­ личных конструкций сварных зубчатых колес можно сде­ лать заключение, что свар­ ные колеса редукторов в осо­ бенности больших диаметров имеют преимущество по весу и трудоемкости изготовления как перед литыми колесам, так и перед колесами болто­ вой конструкции.

Колеса с бандажами еще более трудоемки в изготов­

лении и испытывают как в ободе, так и в диске значительные дополнительные напряжения от посадки бандажа.

Предпочтительнее делать колеса цельносварными. Возможность сварки сталей различных марок позволяет изготовлять зубчатые колеса с приваренным ободом, на котором нарезаются зубцы.

Отсутствие удовлетворительных методов расчета сварных швов зубчатых колес затрудняет определение возникающих в них напряжений. Для практических целей может быть использован следующий метод расчета сварных швов дисковых зубчатых колес.

Швы, соединяющие диск с ободом и ступицей (фиг. XII. 12), воспринимают напряжения среза т^,, вызываемые касательным

усилием Т, приложенным к зубу зацепления, и т“ — вызываемые крутящим моментом МК. Прочность этих швов проверяется по формуле

в угловом шве.

Крутящий момент определяется из формулы

где R — радиус начальной окружности колеса; N — передаваемая мощность, /сет;

п — число оборотов колеса в минуту. Расчетная площадь круговых швов равна: угловых

1Ш— длина шва; г — расстояние от центра колеса до центра тяжести шва;

Лш — катет углового шва; е — коэффициент шва, принимаемый согласно указаниям

§1 гл. V;

£— коэффициент, равный отношению длины работающей

Приближенное значение полярного момента сопротивления кругового шва может быть определено по формуле

W%^ Fmr. (XII. 5)

При расчете сварных швов зубчатых колес номинальную на­ грузку умножают на поправочный коэффициент, зависящий от условий работы механизма. Кроме того, сварные швы колес меха­ низмов среднего и тяжелого режимов работы должны проверяться на выносливость.

При расчете сварных зубчатых колес со спицами принимают, что при числе спиц пс < 4 касательное усилие Т полностью вос­ принимается одной спицей, работающей как консольная балка,

защемленная одним концом (фиг. XII. 13), и вызывает в ней попе­ речную силу Q = Т и изгибающий момент.

Ми —T (R — г),

Срезывающие напряжения от поперечной силы обычно весьма малы; поэтому ими можно пренебречь и вести расчет только по

изгибающему моменту. Тогда наибольшие нормальные напряже­ ния в месте заделки спицы будут равны

* = ТГ7 = Ушах < Y Ю]. (XII. 6)

где Jx и Wx — моменты инерции и сопротивления сечения спицы относительно оси х —х\

Утах — расстояние от нейтральной оси х — х сечения спицы до ее наиболее удаленного волокна.

Напряжения в угловых швах, присоединяющих спицу к сту­

Здесь Fm— площадь поперечного сечения швов, привариваю­ щих стенку профиля спицы к ступице;

Wx — момент сопротивления швов, приваривающих все сечение спицы к ступице, относительно оси х—х.

Если число спиц пс •> 4, то принимают

Конструкции сварных тормозного шкива, канатного блока и маховика, показанные на фиг. XII. 14, состоят из обода, свальцо­ ванного из проката (полоса или квадратная сталь), диска (листовая сталь марки Ст. 3) и ступицы (литье или поковка).

Все эти конструкции выполняются цельносварными. При сварке их в зависимости от используемых марок стали следует применять типы электродов, обеспечивающие высокие пласти: ческие свойства металла шва, как, например, электроды типов Э42А, Э46А, Э50А.

Принимая эффективный коэффициент концентрации напряжений для угло­ вых швов, выполненных ручной сваркой, р = 1,3 (п. 17 приложения V), находим по формуле (IV. 24) коэффициент у

Условие прочности угловых швов имеет следующий вид

* ™ * < Y К ‘ ] =Y0,7[o]

Предполагая, что диск изготовлен из Ст. 3, а ступица из 25Л1 с пределом текучести От = 2400 кгс/см2 (дан/см2) и принимая минимальный запас проч­ ности k = 2,5, находим фактический запас прочности

тшах

Ва р и а н т 2. Предполагается, что диск приваривается к ступице и ободу

^шах

Таким образом, при конструкции по варианту 2 запас прочности значительно выше, чем по варианту 1. Однако технологически вариант 2 труднее выполним, чем вариант 1, так как в этом случае требуется обработка кромок диска и большая точность изготовления. Нетрудно убедиться в том, что напряжения в швах, соеди­ няющих обод с диском.,, весьма малы; поэтому эти швы не рассчитываются.

§ 4. Сварные барабаны

Барабаны для канатов используются в шахтных подъемных машинах, в лебедках грузоподъемных машин и т. п. Чаще всего применяют барабаны с винтовой канавкой и однослойной навив­ кой каната. Если же при большой высоте подъема диаметр и длина

ный износ каната и создает неравномерную скорость его навивки.

Гладкие барабаны применяются также для ленточных транспор­ теров.

Вбольшинстве случаев барабаны изготовляют литыми — из чугуна или из стали. В настоящее время крупные барабаны часто выполняются сварными из листов (ст. 3 по ГОСТ 380—60), так как они легче литых и, как правило, не дают брака. Барабаны малых диаметров экономичнее изготовлять литыми или же использовать для них трубы. Размеры барабанов бывают весьма различными

изависят от их назначения.

Вбольшинстве случаев сварные барабаны состоят из обечайки

идиафрагм — торцовых и промежуточных (фиг. XII. 15). Обе­ чайка свальцовывается из листов, которые свариваются затем стыковыми швами. По торцам к обечайке привариваются круглые листы с вырезами, а внутрь вставляются и привариваются диа­ фрагмы жесткости. По центрам торцовых листов делают отверстия для установки ступиц, через которые проходит вал. Если вал сплошной, то соответствующие отверстия вырезаются и в проме­ жуточных диафрагмах.

При значительной длине барабана сплошной вал утяжеляет

иудорожает его конструкцию; поэтому иногда применяют короткие раздельные валы (фиг. XII. 16). В этом случае необходимо при­ нимать меры к обеспечению надлежащей жесткости и надежности крепления цапф к торцовым листам.

Передача крутящего момента на барабан обычно производится

спомощью зубчатого венца (фиг. XII. 15) или же посредством спе­ циальной зубчатой муфты. Под действием натяжения каната 5 обечайка барабана подвергается совместному действию сжатия, изгиба и кручения.

Сжатие обечайки вызывается силами, возникающими вследствие того, что канат при навивке сжимает обечайку, и направленными

нормально к ее поверхности.

На изгиб обечайка работает как балка на двух опорах; при этом изгибающий момент определяется для наиболее неблагоприят­ ного расположения каната относительно опор.

Скручивание обечайки вызывается натяжением каната, при­ ложенным на плече, равном ее радиусу.

Изгибающие и крутящие моменты на барабанах определяются по схемам фиг. XII. 17.

Результирующие напряжения от изгиба и кручения при длине барабана I < 3D (D — диаметр обечайки барабана) не превышают 10—15% от напряжений сжатия, и в таких случаях обечайки достаточно считать только на сжатие.

Натяжение каната S определяется с учетом кратности полиспа­ ста подвески груза т и числа ветвей навиваемого на барабан ка­

При шаге навивки каната t напряжение сжатия (наибольшее на в н у т р е н н е й п о в е р х н о с т и с т е н к и ) д л я б а ­ р а б а н а д и а м е т р о м D с толщиной стенки Ô (без учета гребней нарезки) составит

(XII. 10)

ôt 1

где %— коэффициент, учитывающий ослабление натяжения ранее навитых витков вследствие сжатия стальной обечайки

С учетом ослабления навитых слоев каната вследствие его по­ перечного упругого сжатия можно принимать:

Допускаемое напряжение сжатия для стальных обечаек при нимается

К ж ] = - ^ -

Сварные барабаны больших размеров следует также проверять на устойчивость стенок при радиальном сжатии под действием на­ ружного давления от каната q (фиг. XII. 18) по формуле

где qKp— критическое наружное давление (табл. XII. 2); ky — коэффициент запаса устойчивости (ky > 1,5).

Стыковые.швы, соединяющие кромки свальцованной обечайки, работают также на сжатие, поэтому при выполнении автомати­ ческой, полуавтоматической или ручной сваркой электродом не ниже типа Э42 их следует считать равнопрочными основному ме­ таллу обечайки (см. гл. V, § 1 ).