Расчет фланцевого соединения при совместном действии

Расчет фланцевого соединения при совместном действии нормальной и
поперечной силы
Исходные данные:
Усилия:
- Нормальная сила в соединении N = 2 тс = 2 / 0,001 = 2000 кгс;
- Местная поперечная сила в соединении Qloc = 1 тс = 1 / 0,001 = 1000 кгс;
Болты внутренней зоны:
- Количество болтов внутренней зоны ni = 2 ;
Участки болтов наружной зоны:
- Ширина участка 1 w1 = 150 мм;
- Ширина участка 2 w2 = 60 мм;
- Расстояние от оси наружной зоны сварного шва на участке 1 b 1 = 70 мм;
- Расстояние от оси наружной зоны сварного шва на участке 2 b2 = 60 мм;
Размеры во фланцевом соединении:
- Толщина фланца t = 30 мм;
- Минимальное расстояние от центра отверстия под болт до грани фланца a = 50 мм;
- Катет сварных швов kf = 20 мм;
Результаты расчета:
1) Определение величины предварительного напряжения болтов внутренней зоны
Болты - М24.
Наружный диаметр стержня болта:
d=24 мм .
Наружный диаметр шайбы:
ds=56 мм .
Нормативное значение площади болта:
Abn=352 мм2 .
Временное сопротивление стали болтов:
Rbh=110 кгс/мм2 .
Расчетное усилие натяжения болта:
Bp = Rbh Abn=110 · 352 = 38720 кгс .
Величина предварительного натяжения болта:
Bo = 0,9 Bp=0,9 · 38720 = 34848 кгс .
2) Назначение прочности стали фланца
Марка стали фланца - 09Г2С-15.
Расчетное сопротивление стали фланца:
Ry=29,5 кгс/мм2 .
3) Определение требуемого количества болтов наружной зоны (при их предварительном назначении)
Предельное усилие на болт внутренней и внешней зоны:
Ni = 0,9 Bp=0,9 · 38720 = 34848 кгс .
Отношение усилий в болтах внутренней и внешней зоны принимается по табл. 79 k = 1,5 .
Требуемое количество болтов наружной зоны без округления:
ne1 = k (N/Ni-ni)=1,5 · (2000/34848-2) = -2,91391185 .
Т.к. ne1 r 0 :
Болтов наружной зоны для восприятия действия нормальной силы не требуется. Исходя из требований
п. 27.14, предварительно принимаем минимальное количество болтов наружной зоны для восприятия действия
поперечной силы.
Число болтов наружной зоны должно быть - четным.
Количество болтов наружной зоны:
ne=2 .
4) Конструктивные требования к расположению болтов во фланцевом соединении
a=50 мм t 0,8 ds=0,8 · 56=44,8 мм (111,60714286% от предельного значения) - условие выполнено .
b1=70 мм r 3,5 d=3,5 · 24=84 мм (83,33333333% от предельного значения) - условие выполнено .
w1=150 мм r 4 b1=4 · 70=280 мм (53,57142857% от предельного значения) - условие выполнено .
b1=70 мм t kf+ds/2+2=20+56/2+2=50 мм (140% от предельного значения) - условие выполнено .
b2=60 мм r 3,5 d=3,5 · 24=84 мм (71,42857143% от предельного значения) - условие выполнено .
w2=60 мм r 4 b2=4 · 60=240 мм (25% от предельного значения) - условие выполнено .
b2=60 мм t kf+ds/2+2=20+56/2+2=50 мм (120% от предельного значения) - условие выполнено .
5) Рачет болтов наружной зоны
=242
X1 = d2 (b1/t)3/(w1 (t+d/2)) =
· (70/30)3/(150 · (30+24/2)) = 1,16148148 .
По табл. 80 в зависимости от t/d
a = 0,425 .
По табл. 80 в зависимости от t/d
b = 0,278 .
m1 = 5,4 Bp b1/(Ry W1 t2)=5,4 · 38720 · 70/(29,5 · 150 · 30 2) = 3,67511864 .
По табл. 81 или из уравнения в зависимости от X1 и m1
g1 = 1,361654 .
Расчетное усилие на болт из условия прочности соединения по болтам для участка 1:
Nb1 = (a-b log(X1)) Bp=(0,425-0,278 · log(1,161481)) · 38720 = 15756,19924795 кгс .
Расчетное усилие на болт из условия прочности фланца на изгиб для участка 1:
Nf1 = 1,3 (1+1/g1) Bp/m1 =
=1,3 · (1+1/1,361654) · 38720/3,675119 = 23755,09651404 кгс .
Расчетное усилие на болт наружной зоны участка 1:
N1 = min(Nb1 ; Nf1)=min(15756,2;23755,1) = 15756,2 кгс .
=242
X2 = d2 (b2/t)3/(w2 (t+d/2)) =
· (60/30)3/(60 · (30+24/2)) = 1,82857143 .
По табл. 80 в зависимости от t/d
a = 0,425 .
По табл. 80 в зависимости от t/d
b = 0,278 .
m2 = 5,4 Bp b2/(Ry W2 t2)=5,4 · 38720 · 60/(29,5 · 60 · 302) = 7,87525424 .
По табл. 81 или из уравнения в зависимости от X2 и m2
g2 = 1,144869 .
Расчетное усилие на болт из условия прочности соединения по болтам для участка 2:
Nb2 = (a-b log(X2)) Bp=(0,425-0,278 · log(1,828571)) · 38720 = 13634,58634718 кгс .
Расчетное усилие на болт из условия прочности фланца на изгиб для участка 2:
Nf2 = 1,3 (1+1/g2) Bp/m2 =
=1,3 · (1+1/1,144869) · 38720/7,875254 = 11974,54739777 кгс .
Расчетное усилие на болт наружной зоны участка 2:
N2 = min(Nb2 ; Nf2)=min(13634,59;11974,55) = 11974,55 кгс .
SNj = 15756,2 + 11974,55 = 27730,75 кгс.
N=2000 кгс r ni N+SNj=2 · 2000+27730,75=31730,75 кгс (6,30303412% от предельного значения) условие выполнено .
6) Расчет фланцевого соединения на действие местной поперечной силы.
Способ обработки (очистки) соединяемых поверхностей - 1. Дробеметный или дробеструйный двух
поверхностей без консервации.
Коэффициент трения поверхностей фланцев принимается по табл. 36 СНиП II-23-81 m = 0,58 .
Фланцевое соединение - элементов открытого профиля.
SNbj = 15756,2 + 13634,59 = 29390,79 кгс.
SRj = ne Bp-1,2 SNbj=2 · 38720-1,2 · 29390,79 = 42171,052 кгс .
Местная поперечная сила в узле - имеется.
Qloc=1000 кгс r m SRj=0,58 · 42171,05=24459,209 кгс (4,08843965% от предельного значения) условие выполнено .