BLACHOWNICA:

Siła przenoszona przez nit łączący kątownik ze środnikiem:

Co po przekształceniu pozwala obliczyć podziałkę połączenia nitowego:

gdzie: Q - siła poprzeczna obciążająca rozpatrywany przekrój,

I _xc - moment bezwładności całego przekroju blachownicy,

S _x - moment statyczny przekroju odrzucanego pola A.

W procesie projektowania trzeba rozstrzygać problemy:

• techniczne,

• ekonomiczne,

• społeczne.

Do zagadnień technicznych trzeba zaliczyć:

• technologiczność konstrukcji,

• ekonomiki eksploatacji

• koszty zużycia energii i paliw,

• koszty zużycia materiałów,

• koszty obsługiwania,

• koszty remontów, podatność obsługowa i naprawcza,

• bezpieczeństwa eksploatacji,

• ergonomii i estetyki,

• niezawodności i trwałości,

• kryterium masy urządzenia.

Rys. Historia życia obiektu technicznego.

Przydatność materiału do odpowiedniej części maszynowej określają jego właściwości:

Bierze się pod uwagę:

• właściwości mechaniczne (sprężystość, plastyczność, twardość),

• właściwości wytrzymałościowe (wytrzymałość doraźną, wytrzymałość zmęczeniową, kruche pękanie),

• właściwości fizyczne (rozszerzalność cieplną, przewodnictwo cieplne, przewodnictwo elektryczne),

• właściwości technologiczne (skrawalność, tłoczność, spawalność, właściwości odlewnicze),

• właściwości chemiczne (odporność na korozję, odporność na działanie czynników chemicznych, żaroodporność).

Klasyfikacja i cechy użytkowe części maszyn:

Części maszyn podzielić możemy na trzy grupy:

• części połączeń,

• łożyskowanie (osie, wały, łożyska),

• części napędów (przekładnie zębate, cięgnowe, cierne oraz mechanizmy śrubowe)

PRZEŁĄCZENIEM - nazywamy fragment konstrukcji, w którym części łączone są powiązane za pomocą łączników tworząc połączenie pośrednie. Stosowane też są połączenia bezpośrednie (bez łączników)kształtowe lub wciskowe.

Połączenia

Ruchowe Spoczynkowe

Rozłączne Nierozłączne

Nitowanie na zimno i gorąco:

temperatura podgrzania nitu:

- 700C - nitowanie maszynowe,

- 1000 - 1100C - nitowanie ręczne.

Proces kończymy przy temperaturze 500C.

Na gorąco - d ≥ 10 [mm] Na zimno - d ≤ 8 [mm]

Średnice otworów pod nity (d_o):

d_o = d + 1 - nitowanie na gorąco,

d_o = d + (0,1 ÷ 0,2) - nitowanie na zimno

Rodzaje połączeń nitowych:

• mocne (konstrukcje stalowe, duże obciążenia),

• szczelne (zbiorniki niskociśnieniowe),

• mocno - szczelne (zbiorniki wysokociśnieniowe),

• nieznacznie obciążone (drobne konstrukcje).

Wady połączeń nitowych:

• bardzo ograniczone możliwości konstrukcyjne,

• osłabiają przekroje zasadnicze,

• znaczna robocizna,

• trudność uzyskania szczelności połączenia,

• duże koszty nakładowe.

Zalety:

• łączymy materiału trudno spawalne,

• przenoszą duże drgania,

• tradycja,

• wytrzymałość przy niskich temperaturach.

Wytrzymałość połączenia nitowego

Warunek na ścinanie nita:

Gdzie: k_n - umowne dopuszczalne naprężenie tnące w nicie obejmuje zarówno dopuszczalne obciążenie nita z racji jego ścinania, jak i obciążenie wynikające z istniejących sił tarcia w złączu; wartość k_n ustalana jest empirycznie;

m - liczba przekrojów ścinanych w nicie.

Warunek na naciski powierzchniowe:

Gdzie: k₀ - umownie dopuszczalne naciski powierzchniowe obejmujące zarówno dopuszczalne obciążenie powierzchniowe otworu nitowego, jak i obciążenie wynikające z sił tarcia; wartość k₀ ustalana jest empirycznie;

d - średnica otworu nitowego.

Warunki wytrzymałościowe połączeń nitowanych mocnych

• połączenia zakładkowe

Rys. Połączenie zakładkowe i jego podstawowe zalecane wymiary: podziałka t = 3 d, odległość między rzędami nitów a = (0,6 ÷ 0,7)t, ścięcia odciążające

α = 35 ÷ 40, e₁ = e₂ = (2 ÷ 2,5)d, e₃ = (1,5 ÷ 2)d, rzędy nitowe I, II, III.

Ścinanie nitów:

Nacisk na powierzchnię otworów:

• połączenia nakładkowe

Rys. Połączenie nakładkowe: grubość elementów łączonych g, grubość nakładek g_n

• Wytrzymałość pasa:

Gdzie: n - ilość otworów nitowych w rozpatrywanym rzędzie nitowym,

k_r - dopuszczalne naprężenia rozciągające w pasie.

• Ścinanie nitów:

Zakłada się, że każdy nit w złączeniu przyjmuje jednakowe obciążenie.

• Naciski na ściany otworów nitowych:

Wartości przyjmowanych wskaźników k_n i k_o :

• przy dopuszczalnym poślizgu blach po sobie dla połączeń zakładkowych przy ilości rzędów nitowych poniżej 5: k_n = 150 - 10i, gdzie i - ilość rzędów nitowych,

• dla połączeń nakładkowych: : k_n = 125 - 5i,

• Dla wszystkich połączeń: k_o = 2,5k_n.

Złącze optymalne

Warunki wytrzymałościowe na ścinanie i naciski:

• dla łączy zakładkowych
  

• dla złączy nakładkowych
  

Przykład obliczenia wytrzymałościowego złącza zakładkowego według rys.

Rys. przebieg siły F w poszczególnych rzędach nitowych

Naprężenia w poszczególnych rzędach nitowych:

Blachownice

Rys. blachownica: a) z jednym środnikiem, b) z dwoma średnikami.

W zależności od źródła ciepła rozróżniamy spawanie:

• gazowe - coraz mniejszy zakres stosowania. Temperatura uzyskiwania - 3200C, płomień uzyskujemy - acetylen + tlen, w stosunku 1 ÷ 1,2;

• łukowe - temperatura na biegunach zależy od rodzaju prądu (np. prąd zmienny  6000C). najczęściej stosowane ze względu na szybkie nagrzewanie się części, obejmuje mniejszą powierzchnię niż przy gazowym.

Rodzaje spawania łukowego:

• elektrodą stapiającą się lub niestapiającą,

• jedną lub dwiema elektrodami, w strumieniu argonu lub helu,

• łukiem bezpośrednim lub pośrednim,

• prądem stałym lub zmiennym,

• łukiem otwartym z ochroną żużlową lub gazową,

• z metalem dodatkowym lub bez,

• ręcznie, automatycznie lub półautomatycznie.

Stosowane są bardziej nowoczesne rodzaje spawania:

• spawanie atomowe,

• spawanie plazmowe,

• spawanie elektronowe,

• spawanie laserowe,

• spawanie gorącym powietrzem tworzyw termoplastycznych.

Połączenia spawane

Rys. elementy z obrzeżami zukosowanymi: a) przygotowane do spawania, b)po spawaniu z zaznaczeniem obszaru wtopienia spoiny w elementy łączone.

Rys. obszar wtopienia spoiny

Zalety:

• zmniejsza ciężar konstrukcji,

• upraszcza konstrukcję,

• zmniejsza pracochłonność,

• łatwość uzyskania szczelności połączeń,

• zmniejszenie kosztów wykonania,

• wielokrotnie brak elementów dodatkowych w połączeniu.

Wady:

• wprowadza się do konstrukcji naprężenia spawalnicze,

• występują odkształcenia konstrukcji,

• nie wszystkie materiały dobrze się spawają,

• brak 100% pewności o poprawności połączenia (trzeba stosować drogie metody kontrolne),

• łączyć można w zasadzie materiały jednakowe.

Naprężenia dopuszczalne:

k' = z  k

gdzie:

k' - naprężenia dopuszczalne dla spoiny (k'_r , k'_{r j}, k'_r.e),

z - współczynnik wytrzymałości spoiny (jakość spoiny),

k - naprężenia dopuszczalne dla materiału części łączonych (k'_r , k'_{r j}, k'_r.e).

Orientacyjne wartości współczynnika wytrzymałości spoin z 0,8

Spoiny	Rodzaj obciążenia	z	Przykład zastosowania
czołowa	Rozciąganie Ściskanie Zginanie Ścinanie	0,8 1,0 0,9 0,65
pachwinowa	Wszystkie rodzaje obciążeń	0,65

Obliczenia grubości spoiny

a = h  cos 45 = 0,7h gdy h = g  a = g  cos 45  a = 0,7  g

Rodzaje spoin I ich oznaczenie:

Rozróżniamy:

• spoiny nośne (mocne),

• spoiny szczelne,

• spoiny złączne (szczepne).

Tablica: rodzaje spoin i ich umowne znaki

Lp.	Nazwa spoiny	Kształt spoiny	Umowny znak
1	Spoina brzeżna z krawędziami podwiniętymi przetopionymi całkowicie
2	Spoina brzeżna z krawędziami podwiniętymi przetopionymi częściowo
3	Spoina I
4	Spoina grzbietowa
5	Spoina ½ U
6	Spoina pachwinowa
7	Spoina otwarta okrągła
8	Spoina otworowa podłużna
9	Spoina bezotworowa punktowa
10	Spoina bezotworowa liniowa

Dla spoin czołowych:

Dla spoin pachwinowych

Przykłady obliczeń spoin

• spoina czołowa rozciągana lub ściskana

Rys. spoina kołowa obciążona siłą rozciągającą

a - grubość spoiny, a = g,

l₀ - długość obliczeniowa spoiny, l₀ = b - 3a,

3a - tzw. Kratery końcowe.

• spoina czołowa ścinana

Rys. spoina czołowa obciążona siłą tnącą

a = g

l₀ = b - 3a

• spoina czołowa zginana

Rys. spoina czołowa obciążona momentem M_g

a = g

l₀ = b - 3a

Dla spoin czołowych, gdzie występuje zginanie M_g i ścinanie τ naprężenia zastępcze:

• spoina pachwinowa obciążona symetrycznie

Rys. spoina pachwinowa obciążona symetrycznie

a = 0,7g dla spoiny pachwinowej,

l₀ = l - 3a

Rys. spoin pachwinowa obciążona symetrycznie

a = 0,7g

l₀ = l - 3a

Rys. spoina pachwinowa obciążona symetrycznie

• Łączenie kątowników rozciąganych lub ściskanych z blachą węzłową

Rys. łączenie kątownika spoinami obciążonymi siłą F leżącą w środku ciężkości kształtu kątownika

Zakłada się, że siła F przenoszona przez kątownik działa wzdłuż osi w proporcji e₂/e₁ na szerokość kątownika. Powoduje to niesymetryczne obciążenie spoin. W celu uzyskania w spoinach jednakowych naprężeń przeprowadza się następujące rozwiązanie:

F₁ + F₂ = F przy czym F₁e₁ = F₂e₂

F₁ = F e₂/b, F₂ = F e₁/b, ale F₁ = a₁l₁k'_t, F₂ = a₂l₂k'_t

Długości spoin są następujące:

Usuwanie naprężeń przez:

• Wyżarzanie odprężające w piecach elektrycznych dla stali węglowych w temperaturze 600 - 650C w czasie 2 min na 1 mm przekroju, a następnie chłodzenie razem z piecem,

• Stabilizowanie - kilkakrotne nagrzewanie i chłodzenie razem z piecem w temperaturze 150 - 200C,

• Odprężenie wibracyjne o częstotliwości 50 - 100 Hz wykonywane na stanowiskach wibracyjnych, a przy dużych konstrukcjach - odprężenie miejscowe.

Założenia konstrukcyjne

Projekty wstępne

PROJEKT TECHNICZNY

Badanie prototypu

Wykonanie prototypu

Szczegółowy model obliczeń

Wyrób

Eksploatacja

Złomowanie

Badania eksploatacyjne

Przyjęcie modelu obliczeń

19

---