книга2 с254-338 (Часть полезной книги), страница 10

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

(22.33) где — момент инерции швов, обваривающих двутавр по контуру.

Рис. 22.19. Примеры сварных соединений двутавровых балок разной высоты

Напряжение в швах

(22.34)

где

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

(22,35)

Напряжение в швах

(22.36)

где

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

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

(22.37) откуда

(22.38)

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

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.

§ 6. Сварные детали автомобилей

Карданный вал автомобилей — весьма ответственная деталь, так как его поломка приводит к аварии. Сварные соединения вил­ки / и шлицевой втулки 2 с карданной трубой 3 (см. рис. 12.25) осуществляют сваркой трением. Учитывая возможность перегруз­ки, расчетный крутящий момент определяют по формуле

(22.39) где —момент двигателя; —передаточное число трансмиссии.

Напряжение в сварном шве от момента

(22.40)

где —внешний радиус кольцевого сечения; —внутренний ра­диус.

По III теории прочности,

(22.41)

зависит от диаметра вала (при d=30 мм =0,85, при d=100мм

если
Сварные соединения, выполненные сваркой тре­
нием, оказываются равнопрочными основному металлу вилки кар­
дана.
302 .

Ведущий мост в автомашинах с зависимой подвеской рассма­тривается в качестве пустотелой балки, связывающей колеса (рис. 22.21,а). В сечении, совпадающем с осью рессор, изгибающий мо­мент с учетом динамического коэффициента

(22.42)

где — нагрузка на шину колеса; В — полуразность расстояния К между колесами и расстояния Р между рессорами (рис. 22.21,а).

Рис. 22.21. Картер ведущего моста грузового автомобиля

Расчетное =100 МПа.

Для грузового автомобиля ЗИЛ-130 нагрузка на шину с учетом динамики Q==34,75 кН, В =387 мм. Момент =13,45 , W=

=144 см³, =93,2 МПа.

Таким образом, для картера, например из стали 17ГС с преде­лом текучести =320 МПа, запас прочности Про­дольные сварные швы / (рис. 22.21,6), соединяющие штампован­ные половинки балки картера, являются связующими и не рассчи­тываются. Наиболее нагружены сварные соединения 2 цапф с бал­кой картера, их выполняют сваркой трением.

§ 7. Сварные детали турбин

Паровые турбины работают при температуре до 550°С и при давлении пара до 24 МПа. При температурах эксплуатации

применяют низкоуглеродистые стали, при 400°С —

хромомолибденовые, хромованадиевые стали. Хорошо сваривают­ся жаропрочные аустенитные хромоникелевые стали 12Х18Н10Т. Корпуса газовых турбин нагреваются до температуры 800 , кор-

303

пуса камер сгорания — до 1000— 1050°С. Их изготовляют из спла­вов 20Х23Н18, ХН78Т. Для обеспечения надежности изделий ста­ли подвергают предварительному переплаву, например электро-щлаковому или вакуумно-дуговому. Дуговая сварка производится электродной проволокой, близкой по составу к основному металлу. Сварные конструкции из проката в отдельных случаях подвер­гаются высокому отпуску. Сварные конструкции из отливок прохо­дят термическую обработку всегда. Все наиболее нагруженные со­единения — стыковые; в менее нагруженных деталях допускаются нахлесточные.

Рис. 22.22. Типы сварных роторов

Коэффициенты запаса прочности в узлах турбин уста-

навливаются следующие:

Цилиндры и корпуса 1,65

Сварные роторы 2,30

Сварные диафрагмы 1,65

Лопатки. . 1,25

При расчете прочности лопаток учитывается знакопеременное усилие.

Значения допускаемых напряжений в сварных соединениях по­лучают умножением значений допускаемых напряжений основного металла на коэффициент аналогично расчету котлов.

Сварные роторы дискового типа (а), барабанного (б), с при­варенными полувалами (в) показаны на рис. 22.22. На рис. 22.23 показана схема расчета роторов с одним диском, подверженных нагрузке от центробежных сил. Диск разделяется на три части: полый цилиндр 2, внутренний диск 1, наружный диск 8. Нагрузка от лопаток на внешний диск обозначается ; усилие между на­ружным диском и цилиндром—р₂, между цилиндром и внутренним диском — Представленная на рис. 22.23 система имеет две сте­пени статической неопределимости. Ее решение базируется на двух 304

уравнениях деформации. Введем обозначения: -радиаль-

ное перемещение наружной поверхности внутреннего диска от на­грузки центробежных нагрузок и неравномерной температуры; — радиальное перемещение внутренней поверхности цилинд­ра на участке сопряжения с. диском от нагрузок центро­бежной силы, неравномерной температуры; — радиальное

перемещение наружной поверхности цилиндра от , центро-

бежных нагрузок и неравномерной температуры; — радиаль-

ное перемещение внутренней поверхности наружного диока от ука­занных нагрузок и температуры. Условия деформации

(22.43) (22.44)

позволяют разрешить статическую неопределимость.

От всех указанных сил и температуры определяют напряжения во всех элементах ротора. Если ротор конструируется многодисковым, схема расчета остается прежней.

Сварные конструкции роторов име­ют преимущества перед цельнокова­ными; их можно изготовлять из от­дельных поковок относительно неболь­ших размеров, применять разнород­ные металлы: для дисков — высоко­качественную сталь, для кольцевых частей — перлитную.

В паровых турбинах (рис. 22.24)
сварная диафрагма состоит из обода /,
нижней 4 и верхней 2 бандажных
лент, тела диафрагмы 5, направляю­
щих лопаток 3. Точность изготовления
диафрагм очень высокая во избежа­
ние потери мощности. Допуск на шаг
лопаток составляет 0,15 мм. Предъ­
являются высокие требования к по­
грешности угла поворота лопаток.
Как правило, лопатки устанавливают­
ся в пазы бандажных лент с углубле­
нием 2—3 мм и привариваются к ним
угловыми швами. Деталь соединения
направляющих лопаток с бандажной
лентой и ободом показана на р_ис. 22.23. Расчетная схема ро-
рис. 22.25. тора

305

Рис. 22.24. Сварная диафрагма паровой турбины

Сварные конструкции применяются широко также в гидрома­шиностроении при изготовлении рабочих колес радиально-осевых и, ковшовых турбин, лопастей рабочих колес, спиральных камер, при изготовлении секторов и сварных лопаток направляющих ап­паратов.

ГЛАВА 23

ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ В РАСЧЕТАХ И ПРОЕКТИРОВАНИИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

§ 1. Расчеты на ЭВМ при решении отдельных задач

При проектировании сварных конструкций, расчетах на проч­ность, определении напряженного состояния, а также при проведе­нии исследований в области прочности сварных соединений и кон­струкций много времени тратится на вычислительные операции,

306

Применение ЭВМ может значительно облегчить и ускорить рабо­ту проектанта и исследователя.

Рассмотрим примеры использования ЭВМ, типичные для рас­четов на прочность и определения напряженного состояния. Наи­более прост расчет по известным формулам. Для таких подсчетов часто используют клавишные машины. В случаях, когда те или иные расчеты проводятся массово и систематически, например при определении площадей, моментов инерции и т. п., для определен­ных видов сечений сварных элементов в вычислительном центре целесообразно иметь пакет программ, которые могут быть исполь­зованы при необходимости получения большого массива информа­ции. При последовательном применении различных формул в про­цессе обычного проектирования, когда расчеты геометрических свойств сечений сменяются расчетом напряженного состояния и последующей корректировкой сечения, использование имеющегося в вычислительном центре пакета программ становится неопера­тивным. В этом случае целесообразно иметь программу с набо­ром подпрограмм для тех вариантов расчетов, которые могут встретиться при проектировании. Программа введена постоянно в вычислительную машину, а отдельные подпрограммы имеют свои коды. Расчетчик непосредственно со своего рабочего места обращается к той или иной подпрограмме, вводит исходные дан­ные и получает результат. Такая организация использования ЭВМ целесообразна при непрерывной ее загрузке одним или нескольки­ми проектировщиками.

При построении номограмм по известным формулам или при необходимости получения большого массива информации для его последующего анализа или выбора оптимальных значений целесо­образно составить отдельную специальную программу для расче­тов большого числа вариантов.

Рассмотренные примеры относились к получению результатов по формулам, в которых искомая величина выражена явно. Осо­бенно выгодным оказывается использование ЭВМ в тех случаях, когда искомая величина не может быть выражена явно. Отыскание результата путем перебора ряда значений с постепенным прибли­жением к правильному обычно занимает много времени, а иногда требует графических построений. Например, определение собствен­ных напряжений и деформаций по графорасчетным методам Г. А. Николаева или Н. О. Окерблома (см. § 4 гл. 7) предусматри­вает отыскание такого значения наблюдаемой деформации чтобы удовлетворялось условие равновесия сил при сварке равных по ширине пластин, а также равновесие суммы моментов сил при наплавке на кромку полосы. Результат может быть получен толь­ко перебором ряда значений Несмотря на крайнюю простоту алгоритма вычисления, производительность расчетов вручную или даже с применением клавишных машин крайне низка. Расчет на ЭВМ позволяет получить для этой простейшей задачи определения сварочных деформаций и напряжений разнообразную информа­цию.