Материал электрода и метод сварки. Расчет сварного соединения. Допускаемое касательное напряжение на срез

Задача №1.

Рассчитать сварное соединение и определить размеры h и δ листов 1 и 2, приваренных к швеллерам колонны (рисунок 1), если известно, что F = 26 кН, а

l = 850 мм.

Материал электрода и метод сварки выбрать самостоятельно.

Рисунок 1 – Сварное соединение

Решение:

Материал пластины 1 и пластины 2 – ст.3

Примем δ = 20 мм, [σ_u] = 85 МПа [1].

Из условий прочности на изгиб по пониженным допускаемым напряжениям определим требуемый момент сопротивления W_u сечения пластин:

W_u =  , где h – высота швеллера; h =200 мм.

W_u =  = 327731 мм³.

Высота пластин:

h _пл. =  =  = 222 мм.

 

Вид сварки – ручная дуговая электродами Э42.

Допускаемое касательное напряжение на срез [τ*] определим по формуле:

[τ*_ср] = 0,5 · [τ*] = 0,5 · 144 72 МПа.

[τ_р] =  =  = 144 МПа.

σ_m = 240 МПа (табл. 1.1 [2]);

[β] – коэффициент безопасности ([β] = 1,5):

ε = 0,9 – масштабный фактор;

К_σ = 1 – коэффициент концентрации напряжений.

Катет сварного шва: k = 15 мм

А_шв = 2,8 · k· h_пл. = 2,8 · 15 · 222 = 9324 мм².

Касательные напряжения от силы F:

τ*_F =  =  = 2,79 МПа.

Внешний изгибающий момент:

М = F · L = 26000 · 850 = 22,1 · 10⁶ Н·мм

Расстояние между пластинами b = 200 мм.

Осевой момент инерции сварных швов:

I_p = 2,8 · k · []

I_p = 2,8 · 15 · [] = 39470823 мм⁴.

Максимальное расстояние от центра тяжести сечения сварных швов до наиболее удаленной точки сварных швов:

ρ_max = = = 250 мм.

Полярный момент сопротивления:

W_p =  =  = 157883 мм³.

Касательные напряжения τ*_m от действия внешнего изгибающего момента М:

τ*_m  =  =  = 140 МПа.

Проверим прочность сварного соединения:

τ* =  ≤ [τ^*]

τ* =  ≤ 144,55 МПа

τ* = 144,55 ≥ [τ*_ср] = 72 МПа следовательно, условие прочности не выполняется.

Задача № 2.

Определить диаметр нарезной части вала дисковой пилы, которая удерживается между двумя шайбами посредством сил трения, возникающих при затяжке гайки на конце вала (рисунок 2). Пила преодолевает сопротивление резанию — силу F, исходные данные: F = 750 H, D = 700 мм, D₁ = 300 мм.

Рисунок 2 – Расчетная схема вала.

Решение:

Примем материал вала – сталь 45, коэффициент трения между шайбой и пилой f = 0,15.

Гайка должна быть затянута так, чтобы момент сил трения был приблизительно на 20 % больше момента сил сопротивления резанию, который определяется из равенства: М = F·  [3, стр. 120]

Момент сил трения (при условии, что их равнодействующая приложена по касательной к окружности среднего диаметра шайб).

М_тр = V · f·

по условию М_тр = 1,2 Н·м

V · f ·  = 1,2 · F · , отсюда усилие затяжки:

V =  =  = 14000 Н.

По таблице 4.5 [3] принимаем резьбу М20

 

α /2

Рисунок 3 –

Нормальная сила  больше чем осевой момент , соответственно больше и сила трения.

Задача №3.

Рассчитать клиноременную передачу, работающую в различных нагрузочных режимах (рисунок 4), используя исходные данные: Р₁ = 4 кВт, ω₁ = 77 рад/с,  ω₂ = 28 рад/с.

Работа   односменная,   пусковая   нагрузка   до   140%   от   номинальной.

Рисунок 4 – Схема клиноременной передачи.

Решение:

По рисунку 7.3 [4] при n₁= 730 об/мин примем сечение клинового ремня Б.

Вращающийся момент:

Т =  =  = 51,3 · 10³ Н·мм.

Диаметр меньшего шкива определяем по формуле (формула 7.25, [4]):

d₁ ≈ (3÷4)· = (3÷4) ·  = 111÷148 мм.

примем d₁ = 140 мм (табл. 7.8 [4]).

Диаметр большего шкива находим по формуле (формула 7.3, [4]):

d₂= і_р · d₁ ·(1 - ε) = 2,75 · 140 · (1 – 0,015) = 379

і_р =  =  = 2,75

ε = 0,015 – скольжение ремня.

Примем d₂ = 450 мм (4, стр. 120).

Уточним передаточное число:

i_p =  =  = 2,75

ω₂ =  =  = 28 рад/с

d₁ = 140 мм, d₂ = 450 мм.

Определим межосевое расстояние по формуле (формула 7.26, [4]):

a_min = 0,55 · (d₁ + d₂) + T_o = 0,55 · (140 + 450) + 10,5 = 335 мм.

a_mах = d₁ + d₂ = 140 + 450 = 590 мм.

Т_о = 10,5 мм – высота сечения ремня (табл. 7.7 [4]), a_р = 600 мм.

Расчетная длина ремня определяется по формуле (формула 7.7, [4]):

L = 2 · a_p + 0,5 · π· (d₁ + d₂) +

L = 2 · 600 + 0,5 · 3,14 · (140 + 450) +  = 2126,4 мм.

примем L = 2240 мм.

Уточним значение межосевого расстояния:

а_р= 0,25 · [(L - w) + ]

w = 0,5 · π · (d₁ + d₂) = 0,5 · 3,14 · (450 + 140) = 926,3

y = (d₁ – d₂)² = (450 - 140)² = 96100

а_р = 0,25 · [(2240 – 926,3) + ] = 675 мм.

При монтаже необходимо обеспечить возможность уменьшения межосевого расстояния на (0,01 · L), следовательно: (0,01 · L) = 0,01 · 2240 = 22,4 мм для облегчения надевания ремней на шкивы и возможность увеличения его на  (0,025 · L), следовательно: (0,025 · L) = 0,025 · 2240 = 56 мм для увеличения натяжения ремней.

Угол обхвата меньшего шкива определяется по формуле (формула 7.28, [4]):

α₁ = 180^о – 57^о ·  = 180^о – 57^о ·  = 157^о; [α] = 120^о.

Коэффициент режима работы, учитывающий условия эксплуатации передачи (табл. 7.10 [4]): С_р = 1,1 – при односменной работе, пусковая нагрузка до 150%.

Коэффициент, учитывающий влияние длины ремня (табл. 7.9 [4]):         С_L = 0,99.

Коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата при α₁ = 157^о,          С_α = 0,94.

Коэффициент, учитывающий число ремней в передаче С_z = 0,9.

Число ремней в передаче определяется по формуле (формула 7.29, [4]):

Z =

P_o – мощность, передаваемая одним клиновым ремнем, из табл. 7.8 [4] находим, что P_o= 1,86 кВт;

Z =  = 2,8

примем Z= 3 (ремень Б-2240 Т 12841-80).

Натяжение ветви клинового ремня определяется по формуле (формула 7.30, [4]):

F_o =  + Θ ·v²

 

где     v = 0,5 · w₁· d₁ = 0,5 · 77 · 140·10^-3 = 5,39 м/c;

Θ – коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил, Θ = 0,18

F_o =  + 0,18 ·5,39² = 249 Н.

Давление на валы определяется по формуле (формула 7.31, [4]):

F_в = 2 · F_o· Z · sin  = 2 · 249· 3 · sin  = 1464 H.

Ширина шкивов В_ш определяется по табл. 7.12 [4].

В_ш = (Z – 1) · e + 2 · f = (3 – 1) · 19 + 2 · 12,5 = 63 мм.

Рабочий ресурс передачи определяется по формуле (формула 7.32, [4]):

Н_о =  > [H] = 2000 ч. (4, стр. 136)

где     N_оц = 4,7 · 10⁶ – базовое число циклов;

С_i = 1,5 ·  - 0,5 – коэффициент, учитывающий влияние передаточного отношения:

С_i = 1,5 ·  - 0,5 = 1,75, С_н = 2 (4, стр. 124)

σ_-1 = 7 МПа – предел выносливости;

σ_max – максимальное напряжение в сечении ремня;

σ_max = σ₁ + σ_u + σ_v

σ₁ =  =  = 1,7 МПа – напряжение от растяжения;

σ_u = E₄ ·  = 50 ·  = 3,75 МПа – напряжение от изгиба ремня;

σ_v = р · v² · 10^-6 = 1100 · 5,39² · 10^-6 = 0,00032 МПа – напряжение