POŁĄCZENIA
POŁĄCZENIA NITOWE:
W złączach nitowych elementów stalowych stosuje się nity ze stali plastycznych St2N, St3N, St4. Do innych łączonych metali stosować nity z podobnego materiału co materiały łączone.
ZALETY: brak zmian strukturalnych mat. Łączonego, brak naprężeń wewnętrznych i odkształceń w elementach łączonych
WADY: znaczny ciężar połączenia, osłabienie przekroju elementów łączonych (od13do40%), pracochłonność połączenia, trudność uzyskania szczelności połączenia.
Zakuwanie odbywa się na zimno (stalowe < 8-10mm, mosiężne, aluminiowe, miedziane), lub na gorąco 1000stC
Połączenie nitowe może ulec zniszczeniu na wskutek: ścinania,
zbyt dużych nacisków na ścianki otworów, zerwanie elementu łączonego w miejscu osłabionym otworami.
POŁĄCZENIA SPAWANE:
ZALETY: umożliwiaj ą łączenie części metalowych bez użycia dodatkowych elementów zwiększających ciężar całości, pozwalają uzyskać szczelność bez dodatkowych zabiegów, nie wymagają rozbudowanego zaplecza i umożliwiają łączenie przy małym nakładzie robocizny.
WADY: Naprężenia wewnętrzne wywołane gradientami cieplnymi, zmiany strukturalne w materiałach w obszarze złącz, odkształcenie elementów łączonych.
Wytrzymałość spoiny zależy od jakości wykonania spoin- zwykłej jakości, mocne, specjalne.
Spoiny mocne wykonuje się w ważnych złączach narażonych na naprężenia spowodowane obciążeniami statycznymi lub zmiennymi o dużej amplitudzie. Ich wykonanie wymaga wysokich kwalifikacji spawacza i stosowania metod gwarantujących dobrą jakość spoiny (kontrola wyrywkowa).
Spoiny specjalne stosowane w odpowiedzialnych złączach takich jak naczynia ciśnieniowe lub przy znacznych naprężeniach zmiennych- pełna kontrola.
Jakość spoin uwzględnia się we współczynniku Z (kt’=z*z0*kt) (z-jakość spawania (z=0.5-zwykła jakość, z=1 spoina mocna badana radiologicznie, z0-rodzaj spoiny (1.czołowa-rozciąganie 0.75, ściskanie 0.85, zginanie 0.8, ścinanie 0.65 2.pachwinowa-wszystkie obciążenia-0.65.)
Współcześnie wprowadza się tylko jeden współczynnik s (k’t=s*kt), dla spoin czołowych (s=1-ściskanie,zginanie), (s=0.8-1-rozciąganie, zginanie), (s=0.6- ścinanie) a dla spoin pachwinowych s=0.65.
OBLICZANIE POŁ SPAWANYCH (STANEM GRANICZNYM):
Metoda obowiązuje w konstrukcjach stalowych hal, mostów, suwnic, jezdni podsuwnicowych, dźwignic. Ogólna postać warunku d=Fobl/AsÍRs Fobl- uogólnione obciążenie obliczeniowe, Rs- wytrzymałość obliczeniowa spoiny, d- uogólnione naprężenie obliczeniowe (normalne, styczne), As- uogólniony wskaźnik wytrzymałości przekroju spoiny.
Obciążenia obliczeniowe- są sumą iloczynów tak zwanych obciążeń charakterystycznych i odpowiednich współczynników uwzględniających dynamiczny charakter obciążenia oraz prawdopodobieństwo wystąpienia obciążeń bardziej niekorzystnych od obciążeń charakterystycznych bądź równoczesnego wystąpienia kilku obciążeń o maksymalnych wartościach.
Wytrzymałość obliczeniowa spoin- jest iloczynem wytrzymałości obliczeniowej stali R i współczynnika s. Rs=s*R.
Wytrzymałość obliczeniowa stali R- otrzymuje się przez podzielenie minimalnej gwarantowanej granicy plastyczności Re przez współczynnik materiałowy R=Re/gs (gs(Re<355Mpa)=1.15
Współczynnik s określa się w zależności od rodzaju spoiny i naprężenia, granicy plastyczności oraz jakości złącza.
W przypadku konieczności uwzględnienia wpływu zmęczenia materiału wartość wytrzymałości obliczeniowej R mnoży się przez współczynnik zmęczeniowy mzm. Jego wartość zależy od rodzaju materiału, rozwiązania konstrukcyjnego węzła, przewidywanej trwałości oraz charakterystyki cyklu zmęczeniowego R* mzm.
Zastosowanie metody stanów granicznych w konstrukcjach maszynowych jest ograniczone brakiem informacji o obciążeniu obliczeniowym.
POŁĄCZENIA ZGRZEWANE:
Zgrzewaniem nazywamy nierozłączne połączenie materiałów przez miejscowe podgrzanie łączonych części do stanu ciastowatości i dociśnięcie do siebie.
Podział sposobów zgrzewania:
a)według źródeł ciepła-ogniowe, gazowe, mechaniczne (tarcie, zgniot), elektryczne b)wg kształtu zgrzeiny- punktowe, garbowe, liniowe
Połączenia zgrzewane należy tak kształtować aby występowały tylko naprężenia ścinające.
POŁĄCZENIA KLEJOWE
Zalety: równomierny rozkład naprężeń, brak skurczu i własnych naprężeń, gładka powierzchnia, nie wymagają wysokich temperatur, nie powodują zmian strukturalnych, istnieje możliwość łączenia dużych materiałów .
Wady: mała odporność na rozwarstwienia, mała odporność na temperaturę, konieczność stosowania zacisków i pras przy niektórych klejach.
Wytrzymałość połączeń klejowych zależy od- mechanicznych i technologicznych własności klejonego materiału i kleju, warunków wykonania konstrukcji złącza i rodzaju obciążeń.
Współczynnik spiętrzenia naprężeń bt=f(c1/c2*cs/c1) (c1/c2=E1*g1/(E1*g1)) (cs/c1=(G*l/s)/(E1*g1/l)=G*l2/(E*g1*s)) E1-Young G- Kirchoff l-długość
POŁĄCZDENIA ŚRUBOWE:
Są to połączenia spoczynkowe.
H=Q*tg(g±r)- siła od momentu
Mt=0.5*d2*Q*tg(r1+g) + Q*dp*m/2
Gamma podana jest w radianach należy pomnożyć 180/pi żeby mieć stopnie.
Zakres samohamowności od 0 do trochę poniżej sprawności równej 0.2 stosujemy na złącza śrubowe, a gdzieś trochę poniżej granicy sprawności 0.5 znajdują się podnośniki śrubowe.
W zakresie nie samohamowności znajdują się prasy śrubowe (ok. 15 do 25 stopni).
Obliczenia:
a)Przypadek 1 Śruba obciążona jedynie siłą osiową Q
b)Przypadek 2 Śruba obciążona siłą osiową Q i momentem skręcającym Ms (podnośniki i prasy) w praktyce wystarczy sprawdzić tą śrubą na naprężenia wywołane siłą osiową Qz=(1.25-1.3)*Q (tylko dla gwintu metrycznego)
c)Przypadek 3. Śruba obciążona naciągiem wstępnym Qo a następnie siłą osiową Q (Śruby pokryw naczyń ciśnieniowych)
ls=es*ls=sr*ls/Es=Qo*ls/(Fs*Es)=Qo*1/cs
dk=sc*lk/Ek=Qo*lk/(Fk*Ek)=Qo*1/ck
cs=Qo/ls= Fs*Es/ ls=tga
ck=Qo/dk = Fk*Ek/ lk=tgb
ls-długość śruby, Es- moduł sprężystości śruby, Fs- pole przekroju śruby, cs- sztywność śruby (analogicznie dla kołnierza)
Sztywność ściskanych elementów oblicza się biorąc pod uwagę przenoszenie nacisków wgłęb materiału poprzez tzw. STORZKI WPLYWU o kącie rozwarcia 90st. Stożki te zamienia się następnie na zastępcze walce o powierzchni przekroju Fk, które przyrównuje się do powierzchni przekrojów stożków. Podziałaniem zewnętrznej siły osiowej Q śruba wydłuża się dodatkowo o odcinek Dls jej całkowite wydłużenie osiągnie wartość ls+Dls odpowiadającą wypadkowej sile na nią działającej Qw . Kołnierze natomiast ze względu na wydłużenie śrub odprężą się o tę samą wielkość Dls, a i wypadkową odkształcenie będzie wynosiło dk-Dls. W związku z tym działająca pierwotnie na nie siła naciągu wstępnego śruby Qo zmaleje do wartości Qo’.
Qw=Qo’+Qd
Qo’=Qw+Q
Qo’=(1.5-2)Q – pokrywy ciśnieniowe
Qo’=(0.2-0.6)Q – pokrywy łożyskowe
AC=Qd*ctga, AC=(Q-Qd)*ctgb
Qd*ctga=(Q-Qo’)*ctgb
Qd=Q*ctgb/(ctgb+ctga)=Q*1/(1+ctga/ctgb)=Q*1/(1+ck/cs)
Wzrost naciągu w śrubie pod odciążeniem Q jest tym większy im stosunek ck/cs dla zmniejszenia obciążenia Qw należy zmniejszyć sztywność śruby.
Obliczenia wytrzymałościowe: Qw=Qo+Qd
Przypadek 4. Połączenia śrubowe obciążenia siłą poprzeczną
a)Śruba pasowana (tylko na ścięcie i dociski powierzchniowe)
b)Śruby luźne: Obciążenie P jest przenoszone dzięki sile tarcia T wywołanej naciągiem śrub Qo T=Qo*m>P
OBLICZENIA POŁĄCZEŃ ŚRUBOWYCH
Przy obliczaniu połączeń w których zastosowano większą liczb śrub należy ustalić rzeczywisty rozkład obciążeń na poszczególne śruby i obliczyć najbardziej obciążone. Dla prostych obliczeń przyjmuje się równość naciągów wstępnych w śrubach, dostateczną sztywność kołnierzy, oraz równomierny rozkład docisków, a więc i sił tarcia na całej powierzchni styku.
POŁĄCZENIA SWORZNIOWE
Dla sworznia ciasno pasowanego liczymy na ścięcie i sprawdzamy na dociski powierzchniowe. A dla luźno pasowanego liczymy na zginanie.
Sworznie jednostronne utwierdzone obciążone siłą skupioną oblicza się na zginanie i naciski powierzchniowe o rozkładzie prostokątnym od sił i trójkątnym od momentów.
Materiały na sworznie: własności 4.8 (Rm=400Mpa HB=105) lub 5.8 (Rm=500 MPa HB=145)
ZMĘCZENIÓWKA
Wykres Wöhlera
Zk- obszar wytrzymałości zmęczeniowej przy małej ilości cykli
Zo- obszar wytrzymałości zm. przy ograniczonej ilości cykli
Zz- obszar wytrzymałości zm. przy nieograniczonej ilości cykli
Sposoby obliczenia współczynnika w poszczególnych obszarach:
1.Nc<104-obszar obciążeń statycznych d=Re/smax
2.104<Nc<107 – obszar wytrzymałości ograniczonej dz=Zo/smax (Zo-wyznaczone doświadczalnie lub obliczone Zo=Zg(107/Nc)^V)
3.Nc>107 – obszar wytrzymałości nieograniczonej d=Zg/smax
Liczba całkowita cykli
Nc=n(1/min)*60*h(ilość godzin)*z(liczba zmian)*D(dni)*l(lat)
sm=(smax+smin)/2- naprężenie średnie
sa=(smax-smin)/2- amplituda naprężeń
R=smin/smax –współczynnik asymetrii cyklu
Kappa=sm/sa- współczynnik stałości obciążenia
Wykres Haigha
Wykres Smitha
Aby narysować wykres potrzeba Re, Zo,Zj.
Jeżeli przy wzroście obciążenia stosunek amplitudy sa do naprężenia średniego sm będzie stały to wartość wytrzymałości zmęczeniowej określa punkt k1
sa/sm=const, x2=z1/smax=E*k1/CD
Jeśli przy wzroście obciążeń naprężenie średnie cyklu pozostaje stałe to wytrzymałość zmęczeniowa odpowiadająca punktowi D określona jest punktem k2, współczynnik bezpieczeństwa
sm=const x2=Z2/sz=Ck2/CD
D-punkt pracy.
CZYNNIKI WPŁYWAIĄCE NA WYTRZ. ZMĘCZENIOWĄ
Pod pojęciem KARBU należy rozumieć wszelkie nieciągłości poprzecznych przekrojów przedmiotu lub zmiany krzywizn powierzchni ograniczających przedmiot (rowki, otwory, gwinty)
Rozkład naprężeń w obszarze karbu zależy od geometrii karbu, związanej z wymiarami przedmiotu. Charakterystykę zmęczeniową karbu ujmujemy w tzw. współczynniku kształtu ak . Wartość współczynnika ...
dawiddd93