книги / Расчёт сварных соединений и конструкций примеры и задачи
..pdfЗначения коэффициента <р от вида сварного соединения и сварки
Вид сварного соединения |
Ввд электродуговой сварки |
|
ф |
|||
Стыковое с двусторонним про- |
Автоматическая под флюсом |
. . . |
1 |
|||
варом |
Ручная, |
выполненная |
качественным |
0,95 |
||
|
электродом |
повышенными............................... |
требованиями |
|||
|
Ручная с |
|
||||
Стыковое на подкладке |
контроля |
|
|
|
1 |
|
Ручная ......................... |
|
|
|
0,9 |
||
Стыковое при одностороннем |
Автоматическая под флюсом |
|
0,8 |
|||
шве |
Ручная |
............ |
|
|
0,7 |
|
Тавровое со сплошным проваром |
Автоматическая под флюсом |
|
1 |
|||
Тавровое с угловыми швами без |
Ручная |
|
|
|
0,95 |
|
Автоматическия под флюсом или ручная |
0,8 |
|||||
сплошного провара |
||||||
Внахлестку с двумя швами |
То же |
|
|
|
0,8 |
|
Оболочку газгольдеров первого типа рассчитывают, тогда как тол щину листовой обшивки газгольдеров низкого давления выбирают из конструктивно-технологических условий.
По условиям работы газгольдеры первого типа относятся к ответ ственным конструкциям второй группы, расчет, проектирование, изго товление и эксплуатация которых производится по специальным нор малям под надзором контролирующих организаций.
Для расчета прочности и определения толщины листов шаровых газгольдеров постоянного объема правила Гостехнадзора рекоменду ют применять зависимости:
о |
(8. 25) |
где
<Р =
* - 4 |
+ ' . |
(8-26) |
р — избыточное давление, |
кгс/см2; |
|
R — внутренний радиус оболочки; |
|
|
6 — толщина оболочки, см; |
|
|
[<х] — допускаемое напряжение на основной металл, которое опре деляется по формуле
ов — предел прочности основного металла, кгс/смг; п — коэффициент запаса прочности, равный для шаровых
газгольдеров 3,5;
/1
jy----- коэффициент снижения допускаемых напряжений на свар
ное соединение по сравнению с допускаемым напряжением на основной металл;
с — прибавка к расчетной толщине стенки, которая назначае тся в зависимости от толщины оболочки и условий рабо ты конструкции, см.
Для цилиндрических газгольдеров постоянного объема расчет элементов их Гостехнадзор предписы вает производить по следующим формулам:
толщина цилиндрической части
|
|
|
|
|
х _ |
PR |
|
(8.27) |
|
|
|
|
|
|
|
1,15 Мф + с; |
|||
|
толщина сферического днища определяется как и в |
||||||||
|
случае расчета шарового сосуда по формуле (8.25). |
||||||||
|
Толщина днища эллипсоидальной формы (рис. 213) |
||||||||
|
|
|
|
|
* ■ |
- 5 |
и Г |
Т ' |
<8'28> |
где b |
— величина выступа внутренней поверхности днища (рис. 214). |
||||||||
Расчет цилиндрических котлов, согласно инструкции Гостехнад |
|||||||||
зора, |
производится по формулам: |
|
|
|
|
||||
|
g |
_ |
|
2р Я« |
|
L г - |
|
( 8 . 2 9 ) |
|
|
° ц |
230 [<т] ф— р |
V C ' |
|
|||||
|
|
|
|||||||
|
п |
|
|
230 (бц — с) ф[а] . |
( 8 . 3 0 ) |
||||
|
^ |
max |
|
2У?ц + |
(б — |
С) |
* |
||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Р [2 Я ц + |
(бц - с ) ] . |
( 8 .3 1 ) |
|||
|
О прив — |
2 3 0 ( 6 — с) |
Ф |
|
|||||
|
|
|
|||||||
|
с |
_ |
|
2/>Яц |
|
|
. |
( 8 . 3 2 ) |
|
|
сф |
|
|
400 [а] ф— р |
Ь |
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
Здесь |
бц — толщина |
|
стенки |
цилиндрической части, |
мм; |
||||
|
р — давление, |
кгс/см2; |
|
|
|
|
|||
|
Rn — внутренний |
радиус цилиндра мм; |
|
||||||
|
[о] — допускаемое напряжение, кгс/мм2; |
|
|||||||
|
ср — коэффициент прочности, учитывающий наличие мест |
||||||||
|
ных швов, не укрепленных отверстиями; |
||||||||
|
с — прибавка |
к |
расчетной толщине стенки, |
мм; |
|||||
|
Оприи — приведенное напряжение, кгс/см2; |
|
|||||||
|
боф — толщина |
|
стенки |
днища, мм; |
|
|
|||
|
R№— внутренний радиус днища, мм; |
|
|
||||||
|
b — высота выпуклой части днища (по внутренней поверх |
||||||||
|
ности), |
мм. |
|
|
|
|
|
|
|
Формулы (8.29) — (8.32) применимы при |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
< 1,6, |
|
|
|
|
|
|
|
|
'внутр |
|
|
|
|
|
ГД0 |
неш И /?внутр — соответственно внешний |
и внутренний радиусы |
|||||||
|
оболочки. |
|
|
|
|
|
|||
Задачи для самостоятельного решения
8.1. Какое максимальное внутреннее давление р выдержит шаровой воздухосбор
ник, схематически изображенный на рис. |
215. |
||
Л |
= |
1,6[ог] |
сварены в стык электродуговой сваркой |
Ответ, р |
— gQQ— . Листы оболочки |
||
под флюсом.
8.2. Определить напряжения в стыковых швах шарового воздухосборника (рис. 216) при внутреннем давлении р = 0,5кгс/см 2.
Ответ, а = 500 кгс/см2.
8.3. Определить, в каких стыковых швах (продольных, кольцевых или на сфере)
будет иметь место наибольшее напряжение воздухосборника |
при ртах = 6 кгс/см2. |
||
Форма и размеры |
конструкции показаны |
||
на рис. 217. |
|
|
|
0твет- <Wu = °.5<V стсф = |
% . |
||
8.4. |
Определить, какое соотношение |
||
между толщинами |
цилиндрической |
части |
|
6Цисферического днища оСфпри |
одина |
||
ковом радиусе кривизны следует принимать для того, чтобынапряжения в продоль ных швах цилиндрической части и на сфере были одинаковыми (рис. 218).
Ответ. 6сф= 0,56ц.
8.5. |
Определить величину напряжений в кольцевых швах резервуара, изображен |
||
ного на рис. 219, если соединение днища сцилиндрической частью выполнено внахле |
|||
стку и р = |
12 |
кгс/см2. |
|
Ответ, |
т = |
514 кгс/см2. |
|
f |
|
|
Л |
1 |
/ |
1 |
J |
|
г |
||
|
|
Рис. 217 |
|
8.6. Резервуар, изображенный схематически на рис. 220, предназначен для хра”
нения нефти, у = 0,8 кгс/см3. Рассчитать минимально необходимую толщину листов
для поясов /, //, ///. Материал — сталь СтЗ, [о] = 1600 кгс/см2. Соединения
листов выполнены в стык автоматической сваркой под флюсом.
Ответ. 6х = 8 мм (с = 0,4 мм); 62 = 7 мм (с = 0,5 мм); 63 = 6 мм (с = 0,6 мм).
8.7. Резервуар водонапорной башни укреплен на опоре, как показано на рис. 221. Принимая размеры резервуара, показанные на эскизе, проверить прочность кольцевые ипродольных стыковых швов в узлах 1 и 2, если [o'] = 1600 кгс/смOi2. Собственный BeQ
конструкции не учитывать.
Ответ. Имеет большой запас прочности, так как о1к = <*2к5= 77кгс/см2; а1пр = 40 кгс/см2;
а2пр = 120 кгс/см2.
.8.8. Определить, под каким максимальным давлением можно подавать в резервуар (рис. 221) воду, если все швывыполнены стыковыми, [o '] = 1400 кгс/см2.
Ответ. ртах = 5 кгс/см2 (по прочности продольного шва в узле 2).
8.9. Сварная горизонтальная цистерна из стали СтЗ (рис. 222) уложена на песча ном основании и заполнена жидкостью с плотностью у = 1,2 под давлением р =
= 6 кгс/см2, [o'] = [а] = 1600 кгс/см2. Определить толщину листов цилиндри ческой части и днища.
Ответ. Рассчетная толщина листов 6Ц= 6сф= 13,5 мм. ПоГОСТ 19903—74
выбираем горячекатаный лист ближайщей большей толщины.
8.10. В резервуар каплеобразной формы(рис.223) закачивается жидкость под давлением 1кгс/см2. Определить
нормальные напряжения в стыковых швах, расположенных на сферической поверхности оСф, а также напряжения
Oi и оа в швах на тороидальной поверхности вблизи точки Л. Гидростатическое дав ление в учет не принимать.
Ответ. аСф= 1500 кгс/см2; 0\ — 1050 кгс/см2; а2 = 1570 кгс/см2.
8.11. Сварной сосуд с плоским днищем и сферической крышкой изготовлен из стали СтЗ, [а] = 1600 кгс/см2. Соединения выполнены ручной дуговой сваркой элек-
тродами типа Э42, [а'] == 0,9 [а]. Коэффициент заделки днища К = |
0,4. Сосуд запол |
||
нен жидкостью у = 1,4 г/см3 под давлением |
р = |
2 кгс/см2 (рис. |
224). Рассчитать |
толщины стенок крышки бкр, цилиндрической части 6Ци днища 6Дн. |
|
||
Ответ. 6кР 55= 0,42 см, принимаем 0,6 см; 6Д = |
0,28 см, принимаем 0,5 см; 6ДН= |
||
3,8 см, принимаем 4 см. |
|
|
|
8.12. Сосуд (рис. 225) сварен из стали |
СтЗ, |
[а] = 1600 кгс/см2. Соединения Ци |
|
линдрической части выполнены в стык ручной дуговой сваркой электродами типа Э42, с одной стороны [а']= 0,8[а].
Полотнища |
Для |
штам |
|
|
||||
повки, |
крышку и |
днища |
|
|
||||
сваривались с двух |
сторон |
|
|
|||||
дуговой сваркой под флю |
$ |
3 d |
||||||
сом |
[o'] = |
[а]. |
Опреде |
|||||
лить, |
под |
каким |
макси |
V |
‘V |
|||
мальным давлением р до |
|
|
||||||
пустимо нагнетать в сосуд j$| |
\ |
, К ш |
||||||
жидкость |
с |
плотностью |
||||||
у = |
1,2 г/см3. |
|
|
|
if |
|||
|
|
|
|
|||||
|
Ответ. Слабым местом |
|
||||||
конструкции является про |
|
|||||||
дольный сварной |
шов ци |
|
||||||
линдрической |
части. |
Из |
|
|
||||
условия |
его |
прочности |
03000 |
|
||||
Ртах ^ |
5,82 |
Кгс/см2. |
Из |
|
|
|||
условия прочности крыш |
Рис. 224 |
|
Рис. 225 |
|||
ки и днища можно было |
|
|
|
|||
бы допустить соответственно р]___ = 7.1 кгс/см2,ртах , = |
8,4 кгс/см2. |
|||||
|
8.13. Сварной сосуд реактора (рис. 226), изготовленный |
из стали НЛ1, [о] = |
||||
= |
2000 |
кгс/см2, |
заполнен |
раствором с плотностью у = |
2 г/см3 под давлением р =* |
|
= |
1,6 |
кгс/см2. |
Определить |
требуемую толщину листов для |
сферической камеры, |
|
цилиндрической части и крышки. Все сварные соединения — стыковые. Для цилинд
рической части камеры [а'] |
= |
0,9 [а], для крышки [а'] = |
[а]. |
|
Ответ. 8кр = 0,24 см, |
принимаем 6кр = 4 мм; 6сф = |
0,46 см, принимаем 6Сф = |
||
= 6 мм; |
6ц = 0,785 см, принимаем 6Ц = 10 мм. |
|
||
8.14. |
Кожух колонны химического аппарата (рис. 227) сварен из листовой стали |
|||
СтЗ стыковыми швами, [o'] = |
0,9 [а]. Испытание кожуха производится заполнением |
|||
кожуха водой под давлением 6 кгс/см2. |
Проверить прочность |
продольных |
сварных |
|||
швов на цилиндрической части и швов в нижней части сферы. |
|
|
||||
|
Ответ. Оц = 1200 < 1600 |
0,9 = |
1440 |
кгс/см2; асф = |
1000 < 1440 |
кгс/см2. |
|
8.15. Сиарной корпус регенерационной колонны (рис. 228) изготовляется из стали |
|||||
СтЗ, швы стыковые, [o'] =** М = |
1600 кгс/см2. |
При испытании корпус заполняется |
||||
15 |
6—2004 |
|
|
|
|
225 |
водой под давлением 6,2 кгс/см2. Определить требуемую толщину стенсж цилинд рической части до отметки 1500 и выше и катет швов, соединяющих цилиндрическую часть с плоским днищем, если на колонну во время испытаний может действовать вет ровой напор с усредненной интенсивностью q = 0,5 тс/м.
Ответ. 6i = |
1,35 см, принимаем 6i = 15 мм; 62 = 1»И см; принимаем = 12 ММ1 |
Ктреб = 2 см. |
Налагать швы, имеющие катет больше толщины соединяемых листов, |
не рекомендуется. Основание колонны следует укреплять обвязочным уголком.
|
6000 |
12000 |
6000 |
|
|
|
|
/ |
. |
ш |
11 |
'-- |
/ |
|
R1300- |
|
|
||||||
|
|
i! |
гп |
7 |
4-§ |
|
|
|
ж Ш. s |
mm |
|
\ |
^е- |
|
|
|
|
|
Рис. 230 |
||||
|
Рис. 229 |
|
|
|
|
||
8.16. Проверить прочность кольцевых стыковых швов цилиндрической части со суда (рис. 229), сваренного из стали СтЗ ручной электродуговой сваркой электродами типа Э42. Толщина листов в цилиндрической части 6 = 1 0 мм. Сосуд заполняется жидкостью, имеющей плотность у = 1,2 г/см3- под давлением р = 12 кгс/см2. Гидро статическим давлением пренебречь.
Ответ. а2 = 844 < 0,9 [а]. |
|
|
|
8.17. Барабан котла высоких параметров |
(рис. |
230) |
предполагается изготовить |
из жаропрочной стали, имеющей при Т = 20° С |
ав = |
6600 кгс/см2, а при температуре |
|
эксплуатации Т =* 400° С ат = 3300 кгс/см2. |
Рабочее |
давление р = 200 кгс/см2. |
|
Определить требуемые толщины стенок цилиндрической части 6Ц и днища 6Дн> если
все |
швы проектируются стыковыми |
и должны свариваться электродуговой односто |
|
ронней многослойной сваркой под флюсом. |
|||
|
Ответ. 6ц = 80 мм; 6ДН = 200 мм. |
|
|
|
8.18. Проверить |
прочность продольных сварных швов котла (рис. 231), Работаю |
|
щего при Т = 350° С и давлении р = |
200 кгс/см2, если котел сварен из стали с а = |
||
= |
6000 кгс/см2 при 20° С и ат = 3000 кг/см2 при температуре эксплуатации. Сварка |
||
электрошлаковая, <р = |
1. |
|
|
|
|
60 |
17,1 кгс/мм2; ац = 11,8 < 17,1 кгс/см* |
|
Ответ. При с = 1 мм [а] = у у = |
||
8.19. Определить |
максимально допустимое давление ртах в |
котле |
(рис. 232)> |
||||||||
сваренном из |
жаропрочной стали, |
имеющей ав = |
7500 кгс/сма |
при |
Т — 20° С и |
||||||
3400 кгс/сма |
при |
температуре |
эксплуатации. Днища |
штампованы |
из |
целого |
листа, |
||||
цилиндрическая |
часть |
сварена |
электродуговой многослойной сваркой |
под |
флюсом |
||||||
с одной стороны. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ответ. ртах = 2 1 5 |
кгс/сма. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
8.20. Барабан котла ТП-80 (рис. 233) сварен стыковыми швами из стали 09Г2С. |
|||||||||||
Рабочее давление р = |
100 кгс/см2, рабочая температура стенок Т = |
400° С. Прове |
|||||||||
рить прочность продольных швов цилиндрической части, учитывая |
собственный вес |
||||||||||
барабана, если [а] = |
1000 кгс/см2. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ответ. Моп = 32,8 тс • м; |
Mt^ = 18 тс • м; |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
а2 = |
+ а Р == 35 + 920 = 955 кгс/см2; |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
= |
955 < 1000 кгс/сма. |
|
|
|
|
|
|
Г л а в а |
IX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РАСЧЕТ СВАРНЫХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН |
|
|
|
|
|
|
|||||
Расчет сварных деталей машин производится, как правило, по до пускаемым напряжениям (см. гл. II, § 1).
На детали машин действуют статические и динамические нагрузки. При определении расчетного усилия Рр динамическая нагрузка умно-
Таблица 15 |
||
Динамическиз коэффициенты для деталей машин |
|
|
Вид машины |
|
л |
Электромашины, шлифовальные станки |
|
1— 1.1 |
Двигатели внутреннего сгорания, поршневые насосы, компрес |
1,2— 1,5 |
|
соры |
||
Прессы рычажные, пилорамы |
1,5— 2,0 |
|
Станы прокатные, камнедробилки |
2,0— 3,0 |
|
жается на динамический коэффициент г|, принимаемый |
в |
зависи |
мости от вида машины и характера ее работы (табл. 15): |
|
|
Рр= Р п+ Р л% |
|
(9.1) |
где Рп — усилие от постоянных нагрузок; |
|
|
Рл — усилие от динамических нагрузок. |
|
|
Сварные соединения рассчитывают по напряжениям, |
которые |
|
сравнивают с допускаемыми [o'] Р> [У] ([o'] г, [т']г при вибрацион ных нагрузках).
§ 1. Расчет сварных деталей, зубчатых колее и шкивов
На рис. 234 приведены примеры сварных деталей машин; проуши на (а), тяги (б, в, г), рычаг (д), кронштейн (в), корпус подшипника (ок). Большинство сварных соединений таких деталей являются связую-
щими или нагружены весьма слабо и не подлежат расчетуДля Рас четных швов требуемые сечения определяют по формулам:
треб . |
Рп + ЧРд . |
(9.2) |
||
[<у%у |
’ |
|||
|
|
|||
^треб ^ |
м„ + |
Т]МЛ |
(9.3) |
|
[о']р? |
||||
|
|
|||
где г] — динамический коэффициент; |
|
|
||
у — коэффициент, учитывающий |
вибрационный (циклический) |
|||
характер нагрузок. |
|
|
|
|
Вне зависимости от нагрузок в соединениях с угловыми швами рекомендуется брать катет не менее 4 мм, но не менее половины мень шей из двух свариваемых толщин.
Пример |
9.1. Рассчитать сварное соединение тяги пилорамы |
|
(рис. 234, |
в), изготовленной из стали СтЗ, |
при толщине полосы б === |
“ 8 мм и фланговых швах с катетом К = 4 |
мм, выполненных электро |
|
дами типа Э42. Нагрузка Рл изменяется циклически от 0 до 1000 кгс. Р е ш е н и е . Принимаем по табл. 15 т] = 1,8. Тогда
Рр = рдТ) = Ю00 • 1,8 = 1800 кгс.
Для фланговых швов эффективный коэффициент концентрации
Дэф = |
3,4 (см. приложение 7, п. 7). |
Характеристика цикла |
|
|
m in |
= — ___= о |
|
|
|
1000 |
|
Коэффициент понижения допускаемых напряжений (см. гл. I) |
|||
|
1 |
_ |
1 |
У ~ |
О.бвк^ф -ь 0,26 — г (О.бвЛГэф — 0,26) |
0,58 |
3,4 + 0,26 — и.447. |
Требуемое |
сечение |
шва |
|
|
|
|
|
|
/чреб = |
4а'0,7/С > |
; |
|
|
„/ \ ____ рр |
Л |
________1°0° ' 1’8________ з 7С |
см |
|||
а > |
4 •0,7К [т'] V ~ |
4 •0,7 •0,4 •960 •0,447 “ 0 ,0 |
им* |
|||
где а'— а — 10 мм; а = |
47,5 мм, принимаем а = 50 мм. Для полосы, |
|||||
ввариваемой между щеками, |
определяем: |
|
|
|||
^треб = b b > -pjpp ,
где у = 0,447 для основного металла вблизи фланговых швов вычисля ется по Кзф = 3,4 (см. приложение 7);
1000 • 1,8
0,8 1600 •0,447 « 3,2 см = 32 мм,
принимаем b = 40 мм.
Примеры конструкций сварных зубчатых колес, шкивов показаны на рис. 235. Колесо (рис. 235, а) состоит из обода 1, центра или диска 2 и ступицы 3. Центр и ступицу изготавливают из малоуглеродистой стали, а обод из легированной или среднеуглеродистой. Обод, а иног да и ступица, свальцованы из полосы и сварены в стык. Двустенчатый центр (рис. 235, б) обеспечивает большую жесткость. Расчетными
являются швы, соединяющие диск со ступицей. Расчет ведут по каса тельным напряжениям от кручения, определяемым по формуле Бредта. Для соединений с разделкой кромок
т |
Мкр |
(9.4) |
26ftn < М , |
где б — толщина диска;
п— количество кольцевых швов (здесь количество дисков);
м= — 5------ площадь, охваченная средней линией контура шва.
При соединении |
угловыми |
швами |
|
|
|
_ |
М*Р |
< |
гт»1 |
|
Т “ |
2n$KQ |
^ |
1т Ь |
где п — количество |
угловых |
швов; |
|
|
К — катет углового шва.
При динамических нагрузках крутящий момент следует умножить на динамический коэффициент г|. Вибрационные нагрузки (например,
всварных зубчатых колесах) учитывать расчетом по
т< [т'] у.
На рис. 235, в показан диск, приваренный непосредственно к выступу вала 4. Сварной шкив со спицами 5 показан на рис. 235, г. При расчете условно считают, что при количестве спиц не более четырех все усилие Т передается через одну спицу, а при количестве спиц п > 4 каждая из них рассчитывается на усилие
4МКР |
(9.5) |
7\ = nR |
Спицу и ее соединение со ступицей рассчитывают по напряжениям от момента М = Т1 и перерезывающей силы Q = Т (расчет по М и Q см. в гл. II).
Пример 9.2. Проверить прочность сварного соединения зубчатого колеса сельскохозяйственной машины (рис. 235, в). Диск колеса изго товлен из стали СтЗ, вал из стали 30. Сварка под флюсом с двух сторон
по Х-образной |
разделке, [o'] |
= |
la] |
= |
1600 |
кгс/см2. Колесо передает |
||||||
постоянный крутящий момент Мкр = |
0,1 тс |
м. Динамический коэф |
||||||||||
фициент принять т] = |
2,0. |
Толщина диска 6 = 8 мм. Диаметр окруж |
||||||||||
ности сварного соединения |
|
= |
60 мм. |
|
|
|||||||
Р е ш е н и е . |
Напряжения среза в шве |
|
||||||||||
т |
26Q |
0.1 |
•10е |
2,0 |
= |
442 |
кгс/см2 < [т'] = 0 ,6 [а] = |
|||||
2 • 0,8 |
3,14 |
6г |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
= |
|
0,6 • 1600 = |
960 |
кгс/см2, |
||||||
следовательно, |
соединение |
нагрузку |
выдержит. |
|||||||||
§ 2. Расчет сварных барабанов и корпусов редукторов
Конструкция барабана (рис. 236) работает на изгиб и кручение, а стенка еще и на сжатие от усилия натяжения, каната. Стенку барабана необходимо проверять на устойчивость.
Если барабан с длиной L между опорами предназначен для навивки каната диаметром d, нагруженного силой Р, то расчетными усилиями будут
Р\ Мт |
P L |
; МКр = PRB. |
|
4 |
|