Рамы входят в состав различных машин и конструкций — стан­ков, вагонов, крановых тележек, фундаментов, кузнечно-прессовых и прокатных машин, автомобилей, тракторов, в металлические конструкции зданий. Рамы и станины служат для связи в одно

Рис. 22.16. Простейшие узлы рам из уголков (а), из швеллеров (б) и из двутавров (б)

целое отдельных частей меха­низма или станка. Они долж­ны обеспечивать необходимую жесткость и прочность кон­струкции и удовлетворять тре­бованиям рациональной ком­поновки изделия. При расче­тах на прочность рамы и ста­нины представляют в виде си­стемы соединенных балок.

а] да

А-А

~1 8)

утттш

Б-Б

Ґ?

Простейшие узлы сварных рам приведены на рис. 22.16. Для увеличения жесткости рам в горизонтальной плоскости рекомендуется ставить рас­порки. В целях снижения мас­сы при сохранении жесткости целесообразно применять для легких рам тонкостенные гну­тые штампованные уголки, швеллеры и другие профили. Для соединения указанных элементов применяют не толь­ко дуговую, но и контактную сварку. Так, например, лонже­роны — продольные балки сварной рамы автомобиля — выполняют из штампованного швеллера, а поперечные — из эле­ментов замкнутого трубчатого сечения. Привариваются они к лон­жеронам контактной сваркой тавровым соединением (рис. 22.17,6)

и при выштамповке и отбраковке лонжеронов — стыковым^ (рис. 22,17,а). Несмотря на резкий переход в сечении трубчатой кон­струкции к лонжерону, сварная конструкция по прочности превос­ходит клепаную.

А-А

Рис. 22.18. К примеру расчета рамы

J 300.^

*2500 л

Пример расчета. Требуется определить прочность рамы (рис. 22.18,а) при следующих условиях: средние поперечные балки 2 двутаврового профиля про­летом /= 1 м нагружены <по длине равномерной нагрузкой <7=60 кН/м (рис. 22.18,6); собственным весом балок пренебрегаем. Продольные балки 1 имеют коробчатое сечение. Они обладают большой жесткостью на кручение. Поэтому поперечные балки можно считать защемленными в продольных. Опорный момент балки, защемленной двумя концами,

Л1=^2/12=60-12/12=5,0 кН-м.

Момент инерции поперечной балки по сечению Б—Б составит

/=203-1 /12+2 (16-М 0,б2+13 • 16/12)=4197 см4.

Момент сопротивления поперечной балки

№=4197/11=381 см3.

Напряжение в поперечной балке

<т=М/№=0,005/(381 — Ю-8) =13,1 МПа.

Поперечная сила в балке

Q= <7//2= 60 • 1 /2=30 кН.

Статический момент горизонтального листа относительно центра тяжести се­чения

S=16-1-10,5 = 168 см3.

Касательные напряжения в поясных швах с катетом /С=6 мм поперечной балки у опоры при Р=0,8 составят

х-QS/(21$К) = 0,03• 168• 10-6 /(4197• 10-8• 2• 0,8• 0,006) =12,5 МПа.

Прикрепление поперечных балок к продольным ‘спроектировано следующим образом. Кромки горизонтальных листов поперечной балки скошены и приваре­ны стыковым соединением. Вертикальная стенка обварена угловыми швами с ка­тетом /С=б мм. В прикреплении предусмотрена косынка 3, показанная на

рис. 22,18,0. При определении напряжений учитываем в соединении только сты­

ковые и вертикальные угловые швы. Швы, приваривающие косынку 3, в учет не принимаем. Момент, воспринимаемый двумя стыковыми горизонтальными швами, определяется по формуле

Mc7s=ioF г (^ів—J—■$г), (22.28)

где FT — площадь сечения горизонтального листа.

Момент, воспринимаемый двумя вертикальными угловыми швами,

Мг = 2xg/CA2B/6. (22.29)

Расчетный момент вычисляется по формуле

М = оFr (hB + sr) + 2z$Kh? B/e. (22.30)

Примем в запас прочности, что о по значению равно т.

При этом касательное напряжение при Р—0,8

М 0,005.10е

Х— Л — (ЛВ + 5Г) +2*р/С/г2в/6 = 16-1 (20+ 1) +2-0,8-0,6-202/6 =

= 12,5 МПа.

Продольные балки рассчитывают по схеме рис. 22.18,в:

В сварных конструкциях рам применяются сопряжения балок разного типа. Расчетным усилием для них, как правило, является изгибающий момент. Если момент не может быть определен на основе статического расчета, то соединение целесообразно конст­руировать равнопрочным основным сечениям изгибаемых элемен­тов. При этом расчетный момент

M=W[g]v, (22.31)

где W — момент сопротивления поперечного сечения прикрепляе­мого элемента; [о] р —допускаемое напряжение. Условие прочно­сти сопряжений можно записать различными способами, необходи­мо только отразить условие, что сумма моментов внутренних сил, допускаемых при расчете прочности соединения, равна или боль­ше расчетного момента М. Иногда балку небольшой высоты при­крепляют к более высокой, обваривая ее по периметру поперечно­го сечения угловыми швами. В этом случае рационально усилить соединение балок косынками трапецеидального очертания (рис. 22.19,а). Опора в виде столика облегчает монтаж балок. Толщины косынок и вертикальной стенки, как правило, равны; остальные размеры стенки устанавливаются с учетом требований жесткости соединения и прочности швов прикрепления. Подобная конструк­ция может быть рекомендована при статических нагрузках.

Основную долю момента М воспринимают швы, обваривающие поперечное сечение по периметру,

Мп=х1п/Ушах, (22.32)

где In — момент инерции периметра шва с учетом его ширины, рав­ной величине |3/(; г/max — расстояние от оси прикрепляемой балки до крайнего волокна шва. Косынки дополнительно повышают проч­ность и жесткость соединения.

Рассмотрим расчет на прочность усиленного косынкой прикреп­ления балки, работающей на изгиб (рис. 22.19,г). При этом целе­сообразно сделать две проверки прочности.

Первую проверку производят по сечению О—О; в рабочую пло­щадь швов следует включить швы, обваривающие по периметру двутавровый профиль и вертикальные участки швов длиной ho’.

/=/п+4 (V2+W 2], (22.33)

где /п — момент инерции швов, обваривающих двутавр по контуру.

Ііішшшшішіїшїїїїш* дтпптпЖ

Я

‘a.

iiiiiiiiiiiiiiiiiiijiiinnmi

г+Ал

Рис. 22.19. Примеры сварных соединений двутавровых балок разной высоты

шш/х

J>1

7±Z^h=Z±

hk

Напряжение в швах

т=М<,юах//<[т’], (22.34)

где г/тах=А/2+/г0.

Вторую проверку надлежит сделать с учетом возможного раз­рушения на ломаной линии BCED. Момент инерции швов при про­верке прочности этого сечения

7=/n+4«p/C(A/2-f-/C/2)2. (22.35)

Напряжение в швах

т=Л^юах//<[ т’], (22.36)

где г/тах=(/г+/С)/2.

Прочность с учетом разрушения по линии BCED можно опре­делить и по способу расчленения соединения на составляющие:

301

швы, обваривающие периметр, и горизонтальные швы длиной а, в которых образуется пара сил, уравновешивающая в некоторой части момент М. В этом случае

М=Мп+Мг. ш=т/п/г/тах+4т|Ш (А/2+К/2), (22.37)

откуда

Т=М/ [Uymax+^Ka (h+K/2) ] < [%’]. (22.38)

Для сварных соединений балок, воспринимающих переменные нагрузки, более рационален тип конструкции, приведенный на рис. 22.19,6. Увеличением длины шва а можно значительно повысить несущую способность конструкции, а устройством выкружек с ра­диусом R — достигнуть снижения концентрации напряжений.

Рис. 22.20. Тра­верса

Для соединения балок одинаковой высоты, воспринимающих статические и переменные на­грузки, может быть рекомендована конструкция (рис. 22.19,в), которая обеспечивает жесткость и устраняет концентрацию напряжений.

В рамных конструкциях нередко используют­ся траверсы, которые отличаются от балок зна­чительно меньшими пролетами и более сложны­ми профилями поперечных сечений. Поперечные сечения траверс часто состоят из двух толстых плит (поясов) и заполнения из переборок мень­шей толщины. Пример сварной траверсы пресса с отверстиями для гидроцилиндров приведен на

рис. 22.20.