книги / Сварные конструкции

стве вертикальной стенки принято поперечное сечение плоского кольцевого ребра. Размеры поперечного сечения кольца жесткости принимаем равными:

=180 мм.

Вычисление характеристик сечения сведем в табл. 9.5.

Та б л и ц а 9.5. К расчету характеристик сечения кольцевого ребра жесткости

Ордината центра тяжести сечения

Момент инерции относительно нейтральной оси

Л = '£l J — yl'%i F = 2410,5 -0,892-118,8 = 2315,5 см4.

Моменты сопротивления:

При расчете учитывается вес газгольдера с водой во время испытания.

По данным расчетов, полученным в примерах 3, 4 и 5, имеем: объем газгольдера V = 134,2 м8;

объем расходуемого металла Va = 3,20 м3. Вес газгольдера при учете этих данных

2Q = 134,2 + 7,85-3,20 = 134,2 + 25,2 -

= 159,4 тс - 159,4- 1СГ2 МН;

Q = 79,7 тс = 79,7-10" 2 МН;

М = 0,04 ^ - 1 ,5 = 1,52 тем = 1,52-Ю"2 МНм.

Напряжения в кромке ребра равны

Напряжения в пояске цилиндрической части при испытании газгольдера

При .учете только собственного веса газгольдера (без воды) дополнительные напряжения в цилиндрической части, в соответ­ ствии с полученными данными, составляют

Од0п = 1 7 7 ^ 1 = 28 кгс/см2 = 2,8 МПа.

Имея в виду, что толщина стенки цилиндрической части была принята ранее с некоторым округлением, можно считать получен­ ное значение дополнительных напряжений вполне допустимым.

Г л а в а X

СВАРНЫЕ ДЕТАЛИ МАШИН

§ 47. ОСОБЕННОСТИ П РИ М ЕН ЕН И Я СВАРКИ

ВМ АШ ИНОСТРОЕНИИ

Кособенностям деталей и узлов; применяемых в машинострое­ нии, относится необходимость обеспечения высокой точности их изготовления, в связи с чем в большинстве случаев все сварные изделия подвергаются механической обработке. При этом во мно­

гих случаях обработке подвергается и поверхность сварных швов, что способствует улучшению их формы и устраняет концентра­ торы напряжений.

Многие детали и узлы машин в условиях эксплуатации дол­ жны воспринимать вибрационные нагрузки. В таких случаях для обеспечения надежности более целесообразным является приме­ нение сварных соединений встык и впритык, которые характера1 зуются большей выносливостью и могут обеспечить условия равнопрочности соединения с основным элементом при действии на­ грузки любого вида.

Для большинства деталей и узлов, применяемых в машино­ строении, характерным является также и то, что изготовление их производится в цеховых условиях, в которых возможно применение современной технологической оснастки и наиболее совершенных автоматизированных способов сварки.

Типы сварных деталей и узлов, применяемых в машинострое­ нии, весьма разнообразны. Но среди них можно выделить неко­ торые характерные группы. Так, например, для многих сравни­ тельно мелких сварных деталей и узлов характерно массовое про­ изводство их. В связи с этим при их изготовлении наиболее широ­ кое применение получила контактная сварка.

Для ряда деталей и узлов крупного машиностроения харак­ терно изготовление их малыми сериями, а в некоторых случаях — для уникальных особо крупных агрегатов — даже единичное из­ готовление. К числу таких деталей можно отнести, например, валы, рабочие колеса и станины агрегатов энергетического маши­ ностроения. Для изготовления таких крупных деталей и узлов наиболее рациональным является применение электрошлаковой сварки.

Вообще же можно отметить, что существующее разнообразие деталей и узлов машиностроительных конструкций приводит

к тому, что в этой области находят успешное применение все из­ вестные типы сварных соединений, а также все методы и способы сварки.

§ 48. МЕЛКИЕ СВАРНЫЕ ДЕТАЛИ И УЗЛЫ

При массовом производстве мелких сварных деталей и узлов наиболее широкое применение получили различные способы кон­ тактной сварки, характеризующейся высокой производитель­ ностью, такие как стыковая сварка (сопротивлением и оплавле­ нием), шовная, точечная и рельефная сварка, а также сравнительно новый способ сварки — сварка трением.

Способы точечной и шовной сварки широко применяются при изготовлении различных деталей и узлов в самолетостроении, автомобилестроении и вагоностроении.

Общее количество сварных точек в конструкциях некоторых самолетов доходит до 300 тыс.

Все способы контактной сварки сравнительно легко поддаются автоматизации и могут быть встроены в поточные линии изготов­ ления различных изделий.

Так, например, при массовом изготовлении дверей, крышек багажника, капота, панелей пола и некоторых других отдельных сварко-штампованных узлов автомобиля «Волга» используются универсальные многоэлектродные машины для точечной сварки, которые весьма эффективны в массовом производстве при сварке изделий с большим количеством сварных точек. Такие машины характеризуются весьма высокой производительностью й могут обеспечивать выполнение более 20 000 сварных точек в час. По­ добное применение контактная точечная сварка имеет также и при изготовлении отдельных узлов автомобилей иных марок (ГАЗ-51, ЗИЛ-130 и др.).

В изделиях, требующих обеспечение герметичности, приме­ няется шовная сварка, выполняемая на роликовых машинах. С применением такого способа сварки осуществляется, например, изготовление бензиновых баков автомобилей.

В автомобилестроении при массовом производстве отдельных деталей находит применение также и электродуговая автомати­ ческая сварка под флюсом. Так, например, она применяется при сварке колес грузового автомобиля ГАЗ-51, изготовление которых осуществляется на специальной автоматической линии.

Колесо грузового автомобиля (рис. 10.1) состоит из двух дета­ лей: диска 1 и обода 2 , которые соединены между собой внахлестку одним сплошным угловым швом, катетом 3 мм.

Применение нахлесточиого соединения с односторонним швом в данном случае вполне допустимо потому, что напряжения в швах соединяющих обод с диском, малы.

Диск колеса штампуется из листа толщиной 8 мм, а по отбор­ тованной кромке, за счет применения специальной операции рас­

катки, лист имеет толщину 3 мм. Обод изготовляется путем за­ гиба полосы специального профиля и имеет по образующей один сварной стыковой шов, выполняемый на контактной машине по методу оплавления.

Автоматическая электродуговая сварка кольцевого углового шва (в положении «влодочку») осуществляется за 57 с на специаль­ ной установке, обеспечивающей круговой поворот предварительно запрессованных друг в друга деталей.

Колеса легковых автомобилей также являются сварными, но так как они более легкие и изготовляются из тонких штампован­ ных заготовок, то в этом случае более целесообразным является

изготовлении сепараторов шарико­ подшипников.

Весьма перспективным способом сварки является сварка тре­ нием, которая осуществляется в процессе пластической деформа­ ции участков металла, нагретых за счет тепла, выделяемого при трении контактных поверхностей соединяемых деталей.

Этот способ характеризуется весьма высокой производитель­ ностью. Длительность процесса нагрева при этом способе сварки не превышает 30 с.

Качество самого соединения при этом способе сварки весьма высоко, причем характеристики прочности и пластичности ме­ талла сварного шва являются даже более высокими, чем для ос­ новного металла. Последнее обстоятельство связано с тем, что при получающемся за счет трения локализованном нагреве и при пластической деформации, происходящей в процессе сдавли­ вания (этот процесс, осуществляемый путем приложения давле­ ния, называют проковкой), в месте соединения образуется металл, характеризующийся значительно более мелкозернистой струк­ турой.

Для этого способа сварки характерной является также и воз­ можность осуществления соединений различных материалов при весьма разнообразном взаимном сочетании. Так, например, этим

сварки составляет 3 с. Такие переходные детали могут применяться для соединений в сварных трубчатых конструкциях, состоящих из стальных и алюминиевых труб, заменяя применяющееся до сих пор резьбовое соединение. Это решает одну из весьма сложных задач, которую пока другими способами решить не удавалось.

§ 49. СВАРНЫЕ ВАЛЫ И РОТОРЫ

Вал турбины. Сварные детали и узлы получили широкое при­ менение в турбостроении. Все основные детали современных тур­ бин являются сварными. На рис. 10.5 представлен вал турбины Красноярской ГЭС. Он является полым и представляет собой барабан с приваренными к нему фланцами.

Рис. 10.5. Сварной вал гидротурбины

Сам барабан вала также является сварным. Он изготовлен из двух кованых трубчатых заготовок, соединенных между собой

Как видно, отходы металла при изготовлении сварной кон­ струкции заметно сокращаются, однако еще достаточно значи­ тельны, поэтому необходимо дальнейшее совершенствование тех­ нологии производства.

Валы, в основном, работают на восприятие крутящего момента, который передается от двигателя и вычисляется по его заданной мощности и числу оборотов по следующей формуле:

Здесь Л4кр — значение крутящего момента, выраженное в кгс-см; N — передаваемая мощность в кВт; п — число оборотов вала в минуту.

Касательные напряжения в сечении вала определяются по формуле

В отдельных случаях на вал может действовать еще и изги­ бающий момент от поперечных усилий. В этом случае в его сече­ нии будут возникать еще и нормальные напряжения, которые опре­ деляются по формуле

Момент сопротивления круглого вала при изгибе равен: для сплошного сечения

для трубчатого сечения

Момент сопротивления круглого вала при кручении равен: для сплошного сечения

для трубчатого сечения

я £>4 — d*

У,кр ■ 16 D

В этих формулах D — наружный диаметр вала; d — внутрен­ ний диаметр вала.

При одновременном действии на вал крутящего и изгибающего моментов расчетом проверяется его общий запас прочности,

делов текучести материала; а н т — значения нормального и ка­ сательного напряжений, вычисленные по формулам (10.2) и (10.3); In) — допускаемое значение коэффициента запаса.

В связи с тем, что для стыковых швов при современных спо­ собах сварки обеспечивается его полная равнопрочность с основ­ ным металлом, никаких обособленных расчетов сварных стыковых швов производить нет необходимости, так как прочность их опре­ деляется принятыми размерами сечений для основного металла, выбором метода сварки и соответствующим обеспечением надле­ жащего качества .сварного соединения.

Коленчатый вал. Большие возможности для снижения веса заготовок открываются с применением сварки при изготовлении коленчатых валов.

В качестве примера можно привести сварной коленчатый вал дизельной установки.

Применяющиеся в дизелях коленчатые валы изготовляются преимущественно методом свободной ковки на мощных прессах из крупных слитков. При этом заготовки должны иметь большие припуски по всем элементам, что приводит к тому, что вес заго­ товки в 5— 8 раз превышает чистый вес самого вала.

Кроме того, при изготовлении крупных поковок такой сложной формы весьма трудно устранить дефекты, имеющиеся в крупных отливках. Это приводит к большому объему дополнительных работ по исправлению брака и снижает надежность работы таких валов.

Заводом «Русский дизель» в содружестве с Институтом элек­ тросварки им. Е. О. Патона создан сварной коленчатый вал для дизеля типа РД-6 мощностью 800 л. с. при скорости вращения 650 об/мин (рис. 10.6).

Общая длина вала составляет 3600 мм; диаметр коренных шеек 200 мм, а мотылевых 192 мм. Вал изготовлен из среднеле­ гированной улучшенной высокопрочной стали марки 34ХИ2М. Его заготовка составлена из 14 кованых полуколен и двух конце­ вых фланцев, соединенных между собой в одно целое способом контактной стыковой сварки оплавлением.

Сварной стык расположен в среднем сечении по диаметрам шеек, так как это сечение является менее опасным, чем в месте сопряже­ ния шейки со щекой.

Для оценки несущей способности сварного коленчатого вала

и сварное соединение, позволили сделать вывод о том, что крупные сварные коленчатые валы, обладают высокой усталостной проч-