Детали машин РГР Расчет сварных конструкций

РАСЧЕТ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
http://www.detalmach.ru/kontrol3.htm
Содержание
1 Варианты заданий
1
2 Методические указания к решению задач
37
3 Примеры решения задач
41
3.1 Пример 1
41
3.2 Пример 2
42
3.3 Пример 3
43
1 Варианты заданий
Задача 1.
Рассчитать на равнопрочность швы сварного соединения косынки с
растяжками (рисунок1) в виде двух уголков, подобрав при этом номер уголков. На
соединение действует сила Q. Нагрузка статическая. Сварка ручная. Данные брать
из таблицы 1.
Рисунок 1 – Сварка косынки с растяжками
1
Таблица 1 – Исходные данные для задачи 1
Q, кН
Электрод
1
60
2
70
3
80
Э42
Варианты
5
6
100 110
4
90
7
120
8
130
Э34
9
140
10
150
Задача 2.
Проверить напряжения в сварных швах кронштейна, составленного из двух
укосин (рисунок 2) сечением b×δ, плиты и швеллерной балки. Нагрузка P
приложена на конце кронштейна длиной L. Угол наклона укосин α. Материал
конструкции сталь Cт3. Сварка ручная электродом Э42. Данные брать из таблицы
2.
Рисунок 2 – Сварные швы кронштейна
Таблица 2 – Исходные данные для задачи 2
P, кН
L, м
α, рад
b×δ, мм
1
65
1,8
π/4
30×8
2
60
1,7
π/3
25×10
3
55
1,6
π/4
30×6
4
50
1,5
π/5
25×8
Варианты
5
6
45
40
1,4
1,3
π/5
π/6
30×6 25×6
7
35
1,2
π/3
25×8
8
30
1,1
π/4
25×6
9
25
1,0
π/5
20×8
10
20
0,9
π/6
20×8
2
Задача 3.
Рассчитать сварной шов А барабана (рисунок 3). Усилие каждой ветви каната
Q, окружное усилие на колесе P, диаметр делительной окружности колеса dw,
диаметр барабана D, толщина стенки δ. Материал конструкции Ст3. Данные брать
из таблицы 3.
Рисунок 3 – Сварные швы барабана
Таблица 3 – Исходные данные для задачи 3
P, Н
dw, мм
δ, мм
D, мм
1
140
1000
30
750
2
130
800
30
600
3
120
900
30
200
4
110
850
25
650
Варианты
5
6
100
90
750 650
25
25
600 600
7
80
800
25
500
8
75
650
15
500
9
70
600
15
400
10
60
700
15
400
Задача 4.
Рассчитать сварное соединение (рисунок 4) стойки ручной лебёдки с плитой.
Сила натяжения каната Q направлена под углом α. Положение каната по длине
барабана принять самым тяжёлым для швов. Толщина стойки δ = 12 мм,
расстояние между стойками l = 0,6 м, высота оси барабана H, крайнее положение
каната от стойки a = 100 мм. Нагрузка статическая. Материал плиты и стойки сталь
Ст3. Сварка ручная. Данные брать из таблицы 4.
3
Рисунок 4 – Стойки ручной лебедки
Таблица 4 – Исходные данные для задачи 4
Q, кН
H, мм
α, рад
Электрод
1
36
700
π/4
2
26
700
π/6
3
37
700
π/9
Э42
4
27
600
π/12
Варианты
5
6
48
28
600 600
π/9
π/4
7
39
600
π/6
8
49
500
π/9
Э34
9
20
500
π/6
10
50
500
π/4
Задача 5.
Проверить прочность швов сварного зубчатого колеса (рисунок 5),
соединяющего диск с ободом и со ступицей. Материал диска сталь Ст3, а ступицы
и обода Сталь35. Передаваемая валом мощность N при угловой скорости ω,
диаметр делительной окружности dw, толщина швов: δ1 = 10 мм, δ2 = 8 мм.
Нагрузка постоянная. Сварка ручная электродом Э42. Данные брать из таблицы 5.
Рисунок 5 – Сварное зубчатое колесо
4
Таблица 5 – Исходные данные для задачи 5
N, кВт
ω, рад/с
dw, мм
D1, мм
d, мм
1
36
π/4
650
580
140
2
26
π/5
670
650
130
3
37
π/3
660
590
150
4
27
π/4
720
650
170
Варианты
5
6
48
28
π/6
π/7
710 730
640 660
160 150
7
39
π/8
750
690
140
8
49
π/9
680
610
140
9
20
π/8
650
680
160
10
50
π/6
760
630
180
Задача 6.
Определить допускаемую силу Q, которая может быть приложена, исходя из
прочности сварных швов, на конце клеммового рычага (рисунок 6). Размер рычага
у места сварки a. Толщина шва K. Материал рычага сталь Ст3. Сварка ручная,
нагрузка статическая. Данные брать из таблицы 6.
Рисунок 6 – Клеммовый рычаг
Таблица 6 – Исходные данные для задачи 6
a, мм
L, мм
K, мм
1
35
500
5
2
45
650
5
3
55
800
6
4
60
700
6
Варианты
5
6
70
80
700 850
7
7
7
90
800
8
8
90
900
8
9
100
950
10
10
100
1000
10
5
Задача 7.
Рассчитать сварные швы хомута с двутавровой балкой (рисунок 7) и
подобрать сечение хомута b×δ, изготовленного из стали Ст3. нагрузка P
статическая. Данные брать из таблицы 7.
Рисунок 7 – Хомут на двутавровой балке
Таблица 7 – Исходные данные для задачи 7
P, кН
1
110
2
120
3
130
4
140
Варианты
5
6
150 160
7
170
8
180
9
190
10
200
Задача 8.
Рассчитать сварное соединение растяжки с косынкой (рисунок 8),
приваренной к плите. Подобрать сечение растяжки, выполненной из уголков. Угол
наклона растяжки α. Действующее усилие Q статическое. Толщина косынки
δ = 10 мм. Сварка ручная. Данные брать из таблицы 8.
6
Рисунок 8 – Сварка растяжки с косынкой
Таблица 8 – Исходные данные для задачи 8
Q, кН
α, рад
1
150
π/6
2
155
π/4
3
160
π/3
4
140
π/6
Варианты
5
6
130 120
π/4
π/3
7
165
π/6
8
135
π/4
9
145
π/3
10
125
π/6
Задача 9.
Выбрать самостоятельно номер профиля равнобокого стального уголка по
ГОСТ 8509-72 и рассчитать сварное соединение (рисунок 9) листа 1 с равнобоким
стальным уголком 2. Сварные швы с обеих сторон. Силу Q считать постоянной.
Данные брать из таблицы 9. Необходимые параметры задать самостоятельно.
Рисунок 9 – Консольный кронштейн
7
Таблица 9 – Исходные данные для задачи 9
Q, кН
a, мм
b, мм
α, рад
1
10
250
12
π/3
2
11
260
13
π/4
3
12
270
14
π/5
4
13
280
15
π/3
Варианты
5
6
14
15
300 320
17
20
π/4
π/5
7
16
340
18
π/6
8
17
380
21
π/5
9
18
390
22
π/4
10
20
380
15
π/4
Задача 10.
Выбрать самостоятельно номер профиля двутавровой балки по
ГОСТ 8239-72 и рассчитать сварное соединение (рисунок 10) двутавровой балки
длиной L с колонной. Балка нагружена постоянной силой Q. Данные брать из
таблицы 10. Необходимые параметры задать самостоятельно.
Рисунок 10 – Балка, приваренная к колонне
Таблица 10 – Исходные данные для задачи 10
Q, кН
L, м
1
6
1,5
2
7
1,4
3
8
1,3
4
9
1,2
Варианты
5
6
10
11
1,1
1,2
7
12
1,3
8
13
1,4
9
14
1,5
10
15
1,6
8
Задача 11.
Проверить прочность сварного соединения (рисунок 11). Соединение
выполнено двумя угловыми швами с катетом k . Соединение нагружено силой F
(таблица 11). Материал деталей – сталь Ст3. Сварка ручная.
Рисунок 11 – Балка, приваренная к колонне
Таблица 11 – Исходные данные для задачи 11
F, кН
l, мм
h, мм
δ, мм
Электрод
1
30
400
160
2
35
500
190
3
40
300
170
4
45
500
220
5
Э42
Варианты
5
6
50
60
400 500
180 210
7
Э50
7
55
400
190
8
80
400
220
9
90
400
230
8
Э42А
10
100
300
220
Задача 12.
Проверить прочность сварного соединения, крепящего опорный швеллер,
имеющий номер профиля №, к стальной плите (рисунок 12, таблица 12). Материал
деталей – сталь Ст 3. Сварка автоматическая.
9
Рисунок 12 – Опорный швеллер
Таблица 12 – Исходные данные для задачи 12
F, кН
l, мм
№
α, рад
1
25
350
5
π/4
2
30
320
8
π/3
3
40
300
10
π/6
4
45
280
12
π/4
Варианты
5
6
50
55
400 380
14
16
π/3
π/6
7
60
360
18
π/4
8
65
450
20
π/3
9
70
400
22
π/6
10
75
500
24
π/4
Задача 13.
Проверить прочность сварного соединения, если на конце клеммового
рычага, длиной l и толщиной δ (рисунок 13, таблица 13) приложена сила F.
Материал рычага – Сталь 10. Размер рычага у места сварки а. Сварка ручная.
Рисунок 13 – Клеммовый рычаг
10
Таблица 13 – Исходные данные для задачи 13
F, кН
a, мм
l, мм
δ, мм
Электроды
1
10
65
200
2
6,5
55
250
3
5
55
300
5
Э42А
4
5
60
350
6
Э50
Варианты
5
6
7
8
70
80
400 450
7
Э42
7
10
90
500
8
9
75
400
8
Э50
9
30
100
300
10
10
50
200
10
Э42А
Задача 14.
Рассчитать сварное соединение – длину шва l (рисунок 14), крепящее стойки
неподвижного блока к плите. Сварка автоматическая. Материал свариваемых
деталей – сталь Ст 5. Толщина стоек δ (таблица 14).
Рисунок 14 – Стойки неподвижного блока
Таблица 14 – Исходные данные для задачи 14
F, кН
h, мм
α, рад
δ, мм
Электроды
1
20
160
π/4
2
21
150
π/3
3
22
120
π/6
6
Э42А
4
23
150
π/4
Варианты
5
6
24
25
160 150
π/3
π/6
8
Э50
7
26
135
π/4
8
27
150
π/3
9
28
120
π/6
10
Э42
10
29
110
π/4
11
Задача 15.
Проверить прочность сварного соединения крепления трубы к неподвижной
плите А (рисунок 15) путем обварки по контуру сварным швом с катетом k, если
наружный диаметр трубы D, толщина стенки δ (таблица 15). Материал трубы –
сталь Ст 3. Сварка автоматическая электродами Э50А.
Рисунок 15 – Крепление трубы к плите
Таблица 15 – Исходные данные для задачи 15
F, кН
D, мм
δ, мм
1
50
50
5
2
60
54
6
3
70
60
7
4
80
68
5
Варианты
5
6
90
100
70
76
8
10
7
120
83
12
8
140
89
10
9
120
95
8
10
130
102
14
Задача 16.
Рассчитать сварное соединение из серьги, блока и швеллера (рисунок 16). На
блок действует сила F, толщина стенки серьги δ (таблица 16). Материал
свариваемых деталей – Сталь 10. Сварка ручная.
12
Рисунок 16 – Соединение серьги, блока и швеллера
Таблица 16 – Исходные данные для задачи 16
F, кН
h, мм
α, рад
Электроды
δ, мм
1
5
160
π/4
2
3
10
7
200
150
π/3
π/6
Э42А
6
4
8
200
π/4
Варианты
5
6
9
10
250 150
π/3
π/6
Э50
8
7
12
120
π/4
8
14
200
π/3
9
12
250
π/6
Э42
10
10
13
300
π/4
Задача 17.
Проверить прочность сварного соединения листа толщиной δ с уголком
(рисунок 17), если на конце l рычага приложена сила F (таблица 17). Материал
рычага – сталь Ст 5. Сварка ручная электродами Э50.
Рисунок 17 – Соединение листа с уголком
13
Таблица 17 – Исходные данные для задачи 17
F, кН
l, мм
h, мм
α, рад
δ, мм
1
20
65
120
π/4
2
30
55
150
π/3
3
40
55
110
π/6
5
4
50
60
130
π/4
6
Варианты
5
6
40
30
60
65
140 100
π/3
π/6
7
7
40
90
140
π/4
8
50
75
160
π/3
8
9
35
100
100
π/6
10
40
50
90
π/4
10
Задача 18.
Рассчитать сварное соединение стойки ручной лебедки с плитой (рисунок
18). Сила натяжения каната направлена под углом α. Положение каната по длине
барабана принять наиболее тяжелым. Расстояние между стойками l, высота оси
барабана h. Крайнее положение каната от стойки a (таблица 18). Материал деталей
– Сталь15. Сварка ручная.
Рисунок 18 – Соединение стойки лебедки с плитой
Таблица 18 – Исходные данные для задачи 18
F, кН
h, мм
l, мм
a, мм
α, рад
δ, мм
Электроды
1
30
650
500
100
π/4
2
26
800
450
150
π/3
3
30
600
400
100
π/6
7
Э42А
4
35
600
500
80
π/4
Варианты
5
6
28
30
700 500
550 600
100 150
π/3
π/6
7
38
600
400
60
π/4
8
20
800
600
100
π/3
8
Э50
9
40
500
800
120
π/6
10
35
600
700
80
π/4
14
Задача 19.
Рассчитать сварное соединение кронштейна с плитой (рисунок 19).
Соединение выполнено угловыми швами с катетом k . Соединение нагружено
силой F (таблица 19). Материал деталей – сталь Ст 4. Сварка ручная.
Рисунок 19 – Соединение кронштейна с плитой
Таблица 19 – Исходные данные для задачи 19
F, кН
l, мм
δ, мм
Электроды
1
10
240
2
35
350
3
40
300
5
Э42А
4
45
500
Варианты
5
6
50
20
400 350
7
Э50
7
35
280
8
30
250
9
25
360
8
Э42
10
50
460
15
Задача 20.
Рассчитать сварные швы, соединяющие зубчатый венец колеса с его диском
и диск со ступицей (рисунок 20). Передаваемая зубчатым колесом мощность P,
угловая скорость ω и его диаметры D и d приведены в таблице 20. Соединение
выполнено двумя угловыми швами с катетами k1 и k2. Материал обода и ступицы –
Сталь 40, материал диска – сталь Ст 3. Сварка ручная, электродами Э42.
Рисунок 20 – Соединение кронштейна с плитой
Таблица 20 – Исходные данные для задачи 20
P, кВт
ω, с -1
D, мм
d, мм
k1, мм
k2, мм
1
32
20
160
40
2
35
18
180
48
3
40
22
240
52
4
6
4
30
10
300
60
Варианты
5
6
50
60
25
30
340 440
70
100
6
8
7
65
30
390
80
8
55
26
480
120
9
40
24
280
80
8
10
10
50
30
190
60
Задача 21.
Проверить прочность сварного соединения (рисунок 21). Материал листов –
сталь Ст.3. Сварка ручная, нагрузка статическая. Исходные данные указаны в
таблице 21.
16
Рисунок 21 – Сварное соединение
Таблица 21 – Исходные данные для задачи 21
P, кН
Q, кН
δ, мм
b, мм
l, мм
1
20
3
8
200
400
2
30
3,5
8
250
400
3
40
4,5
6
300
250
4
50
4
10
350
300
Варианты
5
6
60
40
2
2,5
10
12
250 300
250 300
7
35
5
12
250
250
8
45
1,5
12
300
400
9
55
2
10
300
300
10
25
6
15
350
250
Задача 22.
Определить ширину листов сварочного соединения (рисунок 22). Материал
листов – сталь Ст.3. Сварка автоматическая, нагрузка статическая. Исходные
данные указаны в таблице 22.
Рисунок 22 – Сварное соединение
17
Таблица 22 – Исходные данные для задачи 22
P, кН
Q, кН
δ, мм
l, мм
1
15
1,5
5
400
2
28
2,8
5
400
3
22
2,2
5
300
4
32
2,2
8
300
Варианты
5
6
38
42
3,8
4,2
8
8
400 400
7
26
2,6
10
300
8
48
4,8
10
300
9
18
1,8
10
350
10
36
3,6
12
350
Задача 23.
Определить толщину листов сварного соединения (рисунок 23). Материал
листов – Сталь 40. Сварка ручная. Нагрузка переменная, изменяется от Qmin до
Qmax. Исходные данные указаны в таблице 23.
Рисунок 23 – Сварное соединение
Таблица 23 – Исходные данные для задачи 23
Qmax, кН
Qmin, кН
b, мм
l, мм
1
10
2
200
400
2
8
3
300
300
3
6
2,5
250
400
4
4
–4
350
400
Варианты
5
6
5
7
–2
8
300 320
300 350
7
9
3
350
350
8
11
4
400
300
9
12
5
400
250
10
15
4
350
300
18
Задача 24.
Проверить прочность сварного соединения (рисунок 24). Материал листов –
сталь Ст.3. Сварка ручная. Нагрузка изменяется от Рmin до Рmax. Исходные данные
указаны в таблице 24.
Рисунок 24 – Сварное соединение
Таблица 24 – Исходные данные для задачи 24
Pmax, кН
Pmin, кН
K, мм
δ, мм
b, мм
1
40
0
5
5
200
2
50
0
5
5
250
3
60
0
5
5
300
4
80
0
8
8
250
Варианты
5
6
100 120
10
25
8
8
8
8
400 450
7
140
40
10
10
500
8
180
50
10
10
550
9
160
80
10
10
600
10
100
90
10
10
300
Задача 25.
Проверить прочность сварного соединения (рисунок 25). Материал листов –
Сталь 40. Сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные указаны в
таблице 25.
19
Рисунок 25 – Сварное соединение
Таблица 25 – Исходные данные для задачи 25
Q, кН
δ, мм
K, мм
l, мм
b, мм
1
10
5
5
500
300
2
5
5
5
600
250
3
8
5
5
600
250
4
12
8
8
400
300
Варианты
5
6
14
18
8
8
8
8
400 400
350 400
7
20
10
10
350
400
8
15
6
6
400
250
9
6
6
6
400
300
10
7
6
6
500
250
Задача 26.
Проверить прочность сварного соединения (рисунок 26). Материал листов –
Ст.3. Сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные указаны в таблице
26.
Рисунок 26 – Сварное соединение
20
Таблица 26 – Исходные данные для задачи 26
Q, кН
Р, кН
δ, мм
K, мм
l, мм
b, мм
1
10
20
5
5
200
200
2
5
30
6
6
250
250
3
6
40
7
7
300
300
4
7
50
8
8
320
350
Варианты
5
6
8
9
60
70
9
8
9
8
380 360
400 450
7
4
80
5
5
400
300
8
3
90
6
6
450
300
9
2,5
100
5
5
400
300
10
11
110
10
10
250
250
Задача 27.
Определить длину сварного шва при условии его равнопрочности основному
материалу (рисунок 27). Материал листов – Сталь 40. Нагрузка переменная,
изменяется от Рmax до Рmin, сварка автоматическая. Исходные данные указаны в
таблице 27.
Рисунок 27 – Сварное соединение
Таблица 27 – Исходные данные для задачи 27
Рmax, кН
Рmin, кН
δ, мм
b, мм
1
40
–40
5
300
2
50
–20
6
300
3
80
–10
7
350
4
100
60
8
350
Варианты
5
6
120 150
20
30
9
10
400 420
7
180
20
12
450
8
20
50
14
480
9
250
50
15
500
10
220
20
15
600
21
Задача 28.
Труба приварена к плите валиковым швом и нагружена крутящим моментом
(рисунок 28). Материал трубы – сталь Ст.3. Сварка ручная, нагрузка статическая.
Проверить прочность соединения. Исходные данные указаны в таблице 28.
Рисунок 28 – Сварное соединение трубы с плитой
Таблица 28 – Исходные данные для задачи 28
М, Н·м
d, мм
K, мм
1
300
100
4
2
400
150
5
3
500
200
6
4
600
220
5
Варианты
5
6
700 800
240 280
6
7
7
900
300
8
8
1000
350
8
9
1200
350
10
10
1400
400
10
Задача 29.
Труба приварена к плите валиковым швом и нагружена растягивающей
силой Р и крутящим моментом М (рисунок 29). Материал трубы – сталь Ст.3.
Сварка ручная, нагрузка статическая. Проверить прочность соединения. Исходные
данные указаны в таблице 29.
22
Рисунок 29 – Сварное соединение трубы с плитой
Таблица 29 – Исходные данные для задачи 29
М, Н·м
Р, кгс
d, мм
K, мм
1
200
4000
150
3
2
150
5000
200
4
3
250
6000
250
5
4
300
3000
300
6
Варианты
5
6
7
350 400 450
5000 4000 6000
320 350 400
7
8
8
8
500
4500
380
8
9
550
3000
350
9
10
600
2000
300
6
Задача 30.
Квадратная труба приварена к плите (рисунок 30). Материал трубы – сталь
Ст.3. Проверить прочность соединения. Сварка ручная, нагрузка статическая.
Исходные данные указаны в таблице 30.
Рисунок 30 – Сварное соединение квадратной трубы с плитой
23
Таблица 30 – Исходные данные для задачи 30
Р, кН
l, мм
a, мм
K, мм
1
5
600
150
3
2
6
600
200
4
3
7
500
250
5
4
8
550
300
6
Варианты
5
6
9
10
450 400
350 400
7
8
7
12
350
380
9
8
13
400
420
11
9
14
350
450
12
10
16
300
400
10
Задача 31.
Квадратная труба приварена к плите (рисунок 31). Материал трубы – Сталь
40. Сварка произведена впритык с V-образной разделкой трубы. Сварка ручная.
Нагрузка статическая. Проверить прочность сварного соединения. Исходные
данные указаны в таблице 31.
Рисунок 31 – Сварное соединение квадратной трубы с плитой
Таблица 31 – Исходные данные для задачи 31
Р, кН
Q, кН
l, мм
b, мм
а, мм
1
1
40
500
80
100
2
1,5
45
500
100
120
3
2
40
400
120
140
4
2,5
50
400
140
160
Варианты
5
6
3
3,5
35
30
400 350
160 180
180 200
7
4
25
350
200
220
8
4,5
30
350
220
240
9
5
20
300
240
260
10
6
15
300
260
300
24
Задача 32.
Труба приварена к плите впритык с V-образной разделкой кромок трубы
(рисунок 32). Материал трубы – сталь Ст.3. Сварка ручная, нагрузка статическая.
Проверить прочность соединения. Исходные данные указаны в таблице 32.
Рисунок 32 – Сварное соединение трубы с плитой
Таблица 32 – Исходные данные для задачи 32
М, Н·м
Q, кН
d, мм
d1, мм
1
200
60
150
170
2
250
55
180
200
3
300
50
200
220
4
350
45
220
240
Варианты
5
6
400 150
40
35
240 260
250 280
7
450
30
280
300
8
550
25
300
320
9
500
20
320
340
10
600
15
350
370
Задача 33.
Проверить прочность сварного соединения (рисунок 33). Материал рычага и
клеммы – сталь Ст.3. Сварка ручная. Исходные данные указаны в таблице 33.
25
Рисунок 33 – Сварное соединение
Таблица 33 – Исходные данные для задачи 33
Р, кН
α, град
l, мм
a, мм
K, мм
1
3
20
250
40
5
2
5
30
300
45
6
3
8
40
300
50
7
4
10
45
300
60
6
Варианты
5
6
12
14
50
60
250 350
60
60
7
8
7
6
70
300
50
9
8
4
15
350
45
5
9
7
25
260
55
8
10
9
40
400
60
8
Задача 34.
Проверить прочность сварного соединения (рисунок 34). Материал
кронштейна – Сталь 45. Сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные
указаны в таблице 34.
Рисунок 34 – Сварное соединение
26
Таблица 34 – Исходные данные для задачи 34
Р, кН
α, град
h, мм
a, мм
K, мм
1
10
30
300
200
5
2
15
30
300
200
5
3
20
45
250
200
5
4
25
45
250
250
6
Варианты
5
6
30
25
45
30
250 300
250 250
6
6
7
20
30
300
200
5
8
35
30
350
250
6
9
40
45
250
250
6
10
45
60
250
250
8
Задача 35.
Проверить прочность сварного соединения (рисунок 35). Материал
кронштейна – сталь Ст.3. Сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные
указаны в таблице 35.
Рисунок 35 – Сварное соединение
Таблица 35 – Исходные данные для задачи 35
Р, кН
α, град
h, мм
a, мм
K, мм
1
50
30
200
300
8
2
45
30
200
300
8
3
40
45
250
250
8
4
35
45
250
250
6
Варианты
5
6
30
25
30
30
300 250
250 300
6
6
7
20
30
300
200
5
8
15
45
300
200
5
9
10
60
350
200
5
10
5
45
350
200
5
27
Задача 36.
Проверить прочность сварного соединения (рисунок 36). Материал
кронштейна – сталь Ст.3. Сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные
указаны в таблице 36.
Рисунок 36 – Сварное соединение
Таблица 36 – Исходные данные для задачи 36
Р, кН
α, град
h, мм
a, мм
K, мм
1
50
30
200
300
8
2
45
30
200
300
8
3
40
45
250
250
8
4
35
45
250
250
6
Варианты
5
6
30
25
30
30
300 250
250 300
6
6
7
20
30
300
200
5
8
15
45
300
200
5
9
10
60
350
200
5
10
5
45
350
200
5
Задача 37.
Проверить прочность сварного соединения (рисунок 37). Материал
кронштейна – сталь Ст.3. Сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные
указаны в таблице 37.
28
Рисунок 37 – Сварное соединение
Таблица 37 – Исходные данные для задачи 37
Р, кН
α, град
h, мм
a, мм
K, мм
1
50
30
200
300
8
2
45
30
200
300
8
3
40
45
250
250
8
4
35
45
250
250
6
Варианты
5
6
30
25
45
30
300 250
250 300
6
6
7
20
30
300
200
5
8
15
45
300
200
5
9
10
60
350
200
5
10
5
45
350
200
5
Задача 38.
Раскос фермы, состоящий из двух уголков, крепится к косынке сварным
швом (рисунок 38). Материал уголков – сталь Ст.3. Сварка ручная. Нагрузка
статическая. Подобрать номер профиля уголка, размеры косынки и определить
суммарную длину сварных швов. Исходные данные указаны в таблице 38.
Рисунок 38 – Соединение раскоса фермы с косынкой
29
Таблица 38 – Исходные данные для задачи 38
Р, кН
1
150
2
160
3
170
4
180
Варианты
5
6
200 250
7
300
8
100
9
120
10
140
Задача 39.
Рассчитать швы цилиндрического сварного резервуара (рисунок 39), если
давление в резервуаре Р, температура t, внутренний диаметр резервуара D,
материал – сталь Ст.3. Сварка автоматическая. Исходные данные указаны в
таблице 39.
Рисунок 39 – Цилиндрический сварной резервуар
Таблица 39 – Исходные данные для задачи 39
Р, МПа
t, ºC
D, мм
1
1
300
2000
2
1,5
300
2000
3
3
250
1500
4
2
250
1800
Варианты
5
6
2,5
3
200 150
1600 1000
7
2
100
800
8
1,5
100
500
9
2,5
200
900
10
3,5
150
600
30
Задача 40.
Определить толщину стенки барабана грузоподъемной машины (рисунок 40),
размеры цапф и рассчитать на прочность сварные швы. Материал деталей барабана
– сталь Ст.3. Сварка ручная. Катетом сварного шва задаться. Толщину стенки
барабана и размеры цапф определить из условия прочности на кручение. Исходные
данные указаны в таблице 40.
Рисунок 40 – Барабан грузоподъемной машины
Таблица 40 – Исходные данные для задачи 40
Р, кН
D, мм
1
20
250
2
15
300
3
10
300
4
5
350
Варианты
5
6
25
30
350 400
7
35
400
8
8
250
9
13
300
10
28
450
Задача 41.
Стальная труба приварена к неподвижным весьма жестким деталям с одной
стороны валиковым швом с катетом «K», с другой – втавр, с подготовкой кромок
(рисунок 41). Определить напряжение в сварных швах при понижении
температуры трубы на Δt ºС. Сварка ручная. Материал трубы – сталь Ст.3.
Исходные данные указаны в таблице 41.
31
Рисунок 41 – Сварное соединение стальной трубы
Таблица 41 – Исходные данные для задачи 41
D, мм
D1, мм
Δt, ºС
K, мм
1
100
90
20
3
2
120
110
25
4
3
150
135
30
4
4
180
165
335
4,5
Варианты
5
6
200 220
184 214
40
45
5
5
7
250
230
50
5,5
8
280
360
55
6
9
300
280
60
5
10
350
330
65
7
Задача 42.
Труба приварена к неподвижной плите по контуру (рисунок 42). Определить
допускаемое значение силы Р. Указать процент использования материала трубы.
Исходные данные указаны в таблице 42.
Рисунок 42 – Сварное соединение стальной трубы с плитой
32
Таблица 42 – Исходные данные для задачи 42
d1, мм
d, мм
Материал трубы
Вид сварки
1
30
38
2
3
35
40
45
50
Сталь 45
Автоматическая
Варианты
4
5
6
7
8
9
10
45
50
30
35
40
45
50
53
60
40
42
52
51
58
Сталь Ст.3
Сталь 40
Ручная
Полуавтоматическая
Задача 43.
Полоса сечением b×δ из стали Ст.3 нагружена растягивающей силой Р
(рисунок 43). Определить требуемую длину фланговых швов, если сварка
выполнена вручную электродами обыкновенного качества. Соединение должно
быть равнопрочна привариваемой полосе. Определить номинально допустимую
величину катета, если предельная длин фланговых швов lф = 50·K. Исходные
данные указаны в таблице 43.
Рисунок 43 – Сварное соединение фланговыми швами
Таблица 43 – Исходные данные для задачи 43
b, мм
δ, мм
K, мм
1
100
5
5
2
120
10
8
3
80
10
5
4
90
8
6
Варианты
5
6
150 130
10
12
8
10
7
140
14
8
8
180
10
6
9
200
12
10
10
160
8
8
33
Задача 44.
Стальные полосы сварены встык вручную (рисунок 44). Осевая сила
переменная. Определить допускаемое значение силы Рmax. Исходные данные
указаны в таблице 44.
Рисунок 44 – Сварное соединение встык
Таблица 44 – Исходные данные для задачи 44
Рmax /Pmin
b, мм
δ, мм
Материал полосы
1
0,2
60
5
2
3
0,3
0,4
80
80
6
8
Сталь Ст.2
4
0,5
80
8
Варианты
5
6
7
0,6 0,15 0,35
100 110 100
8
8
8
Сталь Ст.3
8
0,45
150
10
9
10
0,65
0,25
150
130
10
12
Сталь 40
Задача 45.
Два листа соединены стыковым швом, усиленным двухсторонними
накладками (рисунок 45). Определить размеры накладок при условии, что
прочность сварного соединения в 2 раза выше, чем прочность основных деталей.
Сварка ручная. Материал листов и накладок – сталь Ст.3. Исходные данные
указаны в таблице 45.
34
Рисунок 45 – Сварное соединение встык, усиленное накладками
Таблица 45 – Исходные данные для задачи 45
Р, кН
δ, мм
b, мм
K, мм
1
40
4
200
4
2
50
5
150
4
3
60
6
200
5
4
70
7
350
5
Варианты
5
6
80
90
7,5
6,5
300 200
5
6
7
100
5,5
250
5
8
110
8
300
8
9
120
10
300
8
10
130
12
350
8
Задача 46.
Для клеммового рычага (рисунок 46) определить допускаемое значение силы
Р, исходя из прочности сварного шва. Сварка ручная. Сварной шов выполнен с
V-образной разделкой кромок. Материал рычага – сталь Ст.3. Исходные данные
указаны в таблице 46.
Рисунок 46 – Клеммовый рычаг
35
Таблица 46 – Исходные данные для задачи 46
Q, кН
l, мм
δ, мм
a, мм
1
5
200
8
50
2
8
250
8
60
3
10
300
10
70
4
12
200
8
80
Варианты
5
6
14
16
250 300
10
12
90
90
7
18
350
14
80
8
20
200
14
100
9
6
250
12
60
10
9
200
8
80
Задача 47.
Проверить прочность шкива плоскоременной передачи (рисунок 47).
Передаваемая мощность N, кВт при числе оборотов n, об/мин. Материал шкива –
сталь Ст.3. Сварка ручная. Сварной шов ступицы с диском выполнен с V-образной
разделкой кромок. Исходные данные указаны в таблице 47.
Рисунок 47 – Сварной шкив плоскоременной передачи
Таблица 47 – Исходные данные для задачи 47
N, кВт
n, об/мин
D, мм
d, мм
K, мм
δ, мм
1
4
60
150
60
5
10
2
5
60
150
60
6
10
3
6
80
200
65
5
12
4
7
80
200
70
6
12
Варианты
5
6
8
9
80
100
180 180
75
80
7
5
12
15
7
3
100
250
60
6
10
8
10
200
250
90
8
15
9
11
200
300
100
8
20
10
12
150
300
100
8
20
36
Задача 48.
Блок шестерен соединяется с валиком зубчатым (шлицевым) прямобочным
соединением. Передаваемый крутящий момент М, диаметр вала d. Определить
необходимую длину ступицы блока шестерен. Определить, как изменится длина
ступицы блока, если перейти от соединения легкой серии к средней. Исходные
данные указаны в таблице 48.
Таблица 48 – Исходные данные для задачи 48
d, мм
M, Н·м
Материал шпонки
1
23
200
2
3
32
42
300
400
Сталь 45
4
26
500
Варианты
5
6
7
28
46
52
600 700 800
Сталь Ст.3
8
56
900
9
10
62
32
1000 1100
Сталь 40
2 Методические указания к решению задач
Расчет ведут в следующем порядке.
1) Выбирают способ сварки (ручная электродуговая, автоматическая и т.д.)
или назначают согласно заданию.
2) Принимают (или назначают согласно заданию) тип электрода и
материал, свариваемых деталей. Для дуговой сварки применяют электроды с
различной обмазкой, или покрытием, обеспечивающим устойчивое горение дуги и
защиту материала шва от вредного воздействия окружающей среды. Для сварки
конструкционных сталей применяют электроды: Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50,
Э50А и др. Число после буквы Э, умноженное на 10, обозначает минимальное
значение временного сопротивления металла шва, измеряемого в МПа. Буква А
обозначает повышенное качество электрода, обеспечивающее получение более
высоких пластических свойств металла шва.
3) Определяют допускаемые напряжения для основного материала и
материала сварного шва.
Допускаемые напряжения растяжения основного металла:
37
σр] = σт /[s],
(1)
где σт – предел текучести основного металла;
[s] – допускаемый коэффициент запаса прочности ([s] = 1,2 ... 1,8 для
низкоуглеродистых и [s] = 1,5 ... 2,2 для низколегированных сталей) – большее
значение при грубых расчетах; если разрушение сопряжено с тяжелыми
последствиями, то значение [s] повышают в 1,5 ... 2 раза.
Допускаемые напряжения для сварных швов σ] при статической нагрузке
задают в долях от допускаемого напряжения σр] на растяжение основного металла
(таблица 49).
Таблица 49
Вид технологического процесса сварки
Автоматическая под флюсом, ручная
электродами Э42А и Э50А, контактная стыковая
Ручная дуговая электродами Э42 и Э50,
газовая сварка
Допускаемые напряжения в швах при
растяжении [σр] сжатии [σсж]
срезе [τ]
σр]
σр]
0,65·σр]
0,9·σр]
σр]
0,6·σр]
В случае если сваривают детали с различными механическими
свойствами, то расчет допускаемых напряжений ведется для материала,
обладающего наименьшим значением предела текучести.
4) Составляют расчетную схему соединения.
Внешние силы, действующие на соединение, следует перенести в центр
тяжести сварного шва в соответствии с правилами теоретической механики, при
этом силы, действующие под углом к плоскости сварных швов, необходимо
разложить на перпендикулярные составляющие (рисунок 48).
38
Рисунок 48
При переносе силы F1 параллельно себе появляется дополнительно момент
пары сил равный
M = F1∙l.
При переносе силы F2 вдоль линии действия никаких дополнительных сил и
моментов не возникает.
В задаче 18 усилие от каната приложено к барабану несимметрично по
отношению к стойкам, поэтому и силы действующие на сварные швы (R1 и R2)
будут различны. Для их определения следует составить уравнения равновесия
относительно опор 1 и 2 – стоек (рисунок 49)
ΣMi = 0;
ΣPi = 0.
Рисунок 49
В задаче 10 следует из условия равновесия колеса относительно оси
вращения
ΣTi = Σ(Fi·
𝑫𝒊
𝟐
)=0
39
определить усилия Fi , вызывающие срез швов на соответствующих
диаметрах Di .
Примеры расчетных схем для задач 11, 12, 13, 14, 16, 17, 19 показаны на
рисунке 50.
Рисунок 50
5) Назначают катет шва. В большинстве случаев k = δmin ,
где δmin – меньшая из толщин свариваемых деталей. По условиям технологии
k ≥ 3 мм, если δmin ≥ 3 мм. Максимальная величина катета не ограничивается,
однако швы с k >20 мм используются редко.
6) Определяют действующие напряжения отдельно для каждого силового
фактора (силы, момента). Складывая напряжения, учитывают их направление
(если направление векторов совпадает, то их складывают алгебраически, если
векторы перпендикулярны, то их складывают геометрически).
7) При проектировании сварных швов обычно из условия прочности
определяют их длину. Принимая при этом, что длина фланговых швов обычно не
40
больше 50·k, лобовые швы могут иметь любую длину. Минимальная длина
углового шва lmin составляет 30 мм, что перекрывает дефекты сварных швов –
непровар в начале и кратер в конце.
3 Примеры решения задач
Пример 1.
Рассчитать лобовой шов (рисунок 51), соединяющий два листа толщиной
δ = 8 мм из стали Ст 3, если F = 100 кН. Сварка ручная электродом Э42.
Рисунок 51
Решение.
1. Определяем допускаемое напряжение растяжения для основного металла,
принимая для стали Ст 3 σт = 240 МПа (см. справочные данные) и [s] = 1,45
(см. п. 3):
[σр] =
𝝈т
[𝒔]
=
240
1,45
= 165 МПа.
2. В соответствии с таблицей 49 вычисляем допускаемое напряжение для
сварного шва при срезе:
[τ'] = 0,6·[σр] = 0,6·165 = 99 МПа.
3. Из условия прочности определяем длину сварного шва:
τ=
𝑭
𝟎,𝟕∙𝒌∙𝑳
=
𝑭
𝟎,𝟕∙𝒌∙𝟐∙𝒍
≤ [τ'],
41
принимая k = δ = 8 мм, L = 2·l (два шва) получаем
l≥
𝑭
=
𝟏,𝟒∙𝒌∙[𝝉]
100∙103
1,4∙8∙99
= 90,2 мм.
Учитывая возможность технологических дефектов сварки, принимаем
l = 100 мм.
Пример 2.
Стержень, состоящий из двух равнополочных уголков, соединенных
косынкой, нагружен постоянной растягивающей силой F = 200 кН (рисунок 52).
Определить номер профиля уголков и длину швов сварной конструкции
соединения. Материал уголков – сталь Ст 3.
Рисунок 52
Решение.
1. Принимаем, что сварка осуществляется вручную электродами Э42.
2. Определяем допускаемое напряжение растяжения для основного металла,
принимая для Ст 3 σт = 240 МПа (см. справочные данные) и [s] = 1,25 (см. п. 3):
[σр] =
𝝈т
[𝒔]
=
240
1,25
= 192 МПа.
3. Определим допускаемое напряжение на срез для сварного шва, в
соответствии с таблицей 21:
[τ'] = 0,6·[σр] = 0,6·192 = 115,2 МПа.
4. Из расчета на растяжение определим площадь сечения уголков:
42
2A = F/[σр] = 200·103/192 = 1042 мм2.
Для одного уголка А = 521 мм2. По ГОСТ выбираем уголок № 5,6 имеющий
площадь поперечного сечения А = 541 мм2, толщину полки t = 5 мм и координату
центра тяжести х0 = 15,7 мм.
5. Сварные швы располагают так, чтобы напряжения в них были
одинаковыми. Поэтому при проектировании соединения уголков с косынками, т.е.
при несимметричной конструкции, длину швов делают неодинаковой. Таким
образом, каждый шов воспринимает только свою часть нагрузки F – F1 и F2.
Длину фланговых швов определяют в предположении, что их длина
пропорциональна этим частям силы F – F1 и F2. Параллельные составляющие F1 и
F2 находят по формулам:
F1 /F2 = (b – x0)/b; F1 + F2 = F.
Решая эти уравнения, получим:
F1 = F·(b – x0)/b = 200·103·(56 – 15,7)/56 = 144·103 Н;
F2 = F – F1 = 200·103 – 144·103 = 56·103 Н.
6. Определим длину швов, приняв катет шва k = t = 5 мм:
l1 =
𝑭𝟏
′ =
144∙103
𝟐∙𝟎,𝟕∙𝒌∙[𝝉 ]
2∙0,7∙5∙115,7
𝑭𝟐
56∙103
2l2 =
𝟐∙𝟎,𝟕∙𝒌∙[𝝉′ ]
=
= 178 мм,
2∙0,7∙5∙115,7
= 69 мм.
Округляя, принимаем l1 = 180 мм, l2 = 40 мм, добавив для коротких швов по
5 мм против расчетной длины.
Пример 3.
Найти параметры сварных швов кривошипа (рисунок 53), нагруженного
постоянной силой F = 5 кН и имеющего размеры d = 100 мм; l = 200 мм;
а = 300 мм; δmin =3 мм при условии, что прочность основного металла обеспечена.
43
Рисунок 53
Решение.
1. Дополнительно принято:
– основной металл – сталь Ст 4 (σт = 260 МПа);
– сварка ручная дуговая электродом Э42А;
– швы угловые с катетом k = δmin = 3 мм (фрагмент А рисунок 53).
2. Определяем допускаемое напряжение растяжения для основного металла,
принимая для стали Ст 4 σт = 260 МПа (см. справочные данные) и [s] = 1,65
(см. п. 3):
[σр] =
𝝈т
[𝒔]
=
260
1,65
= 157,6 МПа.
3. Допускаемое касательное напряжение сварного шва (см. таблицу 49),
[τ'] = 0,65 ·[σр] = 0,65·157,6 = 102 МПа.
4. Расчету подлежит шов №1, который по сравнению со швом №2
дополнительно нагружен изгибающим моментом М. Опасное сечение шва –
сечение по биссектрисе прямого угла – представляет собой коническую
поверхность, которую условно разворачивают на плоскость стыка свариваемых
деталей. Выполняют приведение нагрузки (перенос F в центр тяжести расчетного
сечения) и составляют расчетную схему (рисунок 54), на которой:
– F – центральная сила;
– М – изгибающий момент,
– Т – крутящий момент:
44
М = F·l = 5000∙200 = 1∙106 Н·мм;
Т = F·a = 5000∙300 = 1,5∙106 Н·мм.
Рисунок 54
5. В наиболее нагруженных зонах шва, удаленных от оси Х–Х на расстояние
у, находят суммарное касательное напряжение и сравнивают с допускаемым,
используя зависимость:
τΣ = √𝝉𝟐𝑭 + 𝝉𝟐𝑻 + 𝝉𝟐𝑴 ≤ [τ'],
где τF – касательное напряжение при действии центральной сдвигающей
силы
τF ≅ F/(π·d·0,7·k); при наличии центрирующего пояска τF = 0;
τT – касательное напряжение при действии вращающего момента Т,
τT = T/Wρ ≅ 2·T/(π·d2·0,7·k) = 2·1,5·106/(3,14·1002·0,7·3) = 45,1 МПа;
τM – касательное напряжение при действии изгибающего момента М:
τM = M/W ≅ 4·M/(π·d2·0,7·k) = 4·1·106/(3,14·1002·0,7·3) = 60,7 МПа.
Таким образом,
τΣ = √45,12 + 60,72 = 76,5 МПа < [τ'] = 102 МПа.
Статическая прочность угловых швов обеспечена.
45
6. Определим величину катета k проектным расчетом, преобразуя
зависимость (*):
k=
√(𝟐∙𝑻)𝟐 +(𝟒∙𝑴)𝟐
𝟎,𝟕∙𝝅∙𝒅𝟐 ∙[𝝉′ ]
=
√(2∙1,5∙106 )2 +(4∙106 )2
0,7∙3,14∙1002 ∙102
= 2,23 мм.
Принято k = 3 мм.
46