Upload
neven-erkic
View
193
Download
8
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Zavareni spojevi
Citation preview
1.Za dio prema slici 1. u prilogu provjeriti dinamički stepen sigurnosti zavareenog kružnog spoja koji vezuje vratilo sa ručicom. Promjenljiva sila F može da dostigne vrijednost 8900 N. Promjena se ostvaruje tako da je Fsr/Fg=0.5.
PODACI:
Materijal: E 295 Krak ručice R: 240 mm
Prečnik vratila d: 118 mm Debljina šava a: 5 mm
Kvalitet šava: C
Iz tabele P13-2a ( Str. 21)
RmN= 490 N
mm2 ; ReN= 295 N
mm2 ; τ t(−1 )=145 N
mm2 ; τ t(0)= 205 N
mm2
T= F∙R =8900 ∙ 240 = 2136000 N
mm2
Radni naponi pri uvijanju:
τ w ,max=TW o
= 2136000114370,05
=18,67 N
mm2;
W o=I s−Iuymax
=
(d+2a)4 π32
−d4π32
d+2a2
=
(118+10)4 π32
−1184π32
1282
=114370,05mm3
Amplitudni radni naponi:
τ w ,at=τw ,max=18,67N
mm2;
Faktor oblika šava (tab P 21 – 8):
ξ1=¿0,41 ;¿
Faktor kvaliteta šava (tab P 21 – 6):
ξ2=¿0,9 ;¿
Tehnološki faktor veličine presjeka (tab P 13 – 18a)
Kt=0,75;1
τ AN=τ w ,o , N−τw ,m=145−0=145 N
mm2;
Kritični napon zavarenog spoja:
τ w , A , z=ξ1 ∙ξ 2∙K t ∙ τ AN=0,41 ∙0,9∙0,75 ∙145=40,12
N
mm2;
Dinamički stepen sigurnosti:
Sw , a ,t=τw , A , z
τw , at
=40,1218,67
=2,14;Smicanje:
τ w ,max=FA = 8900
1932,08 = 4,60 N
mm2
A= (d+2a)2π4
- d2π4
= (118+5 ∙2)2π4
- 1182π4
= 12867,960 – 10935,88 = 1932,08 mm2
τWDN=τD (−1)N
1−τw ,M
τw ,max ∙tgα
tgα= 2 ∙( 1− τ t (−1)Nτ t (0)N
) =2 ∙( 1−145205)= 2 ∙ 0,30= 0,60ctgβ = 0,5= τw ,m
τw ,max
τW ,D, N=145
1−0,5∙0,60= 207,142 N
mm2
Faktor oblika šava (tab P 21 – 8):
ξ1=¿0,41 ;¿
Faktor kvaliteta šava (tab P 21 – 6):
ξ2=¿0,9 ;¿
Tehnološki faktor veličine presjeka (tab P 13 – 18a)
Kt=0,87;2
τ A , S , N=207,1422 =103,57 N
mm2
τW ,A ,S=ξ 1 ∙ξ 2∙K t ∙ τ A , S , N=0,41∙0,9 ∙0,87∙103,57=33,24
N
mm2;
τ w ,a , s= τw , s ,max
2= 4,602 = 2,30 N
mm2
Sw , a , s= τW , A, S
τw , a ,s = 33,242,30 = 14,45
SA= Swat ∙Swas
√Sw ,at2+√Sw , a ,s
2 = 2,14 ∙14,45
√2,142+√14,452 = 30.9216,59 = 1,86
3
2.Izračunati dinamički stepen sigurnosti zavarenog spoja datog na slici 2. Kvalitet šava C. Materijal E295. Opterećenje je dinamičko (čistonaizmjeničnopromjenljivo, koeficijent asimetrije ciklusa R= -1).
F= 5200 N; R= 210 mm; l= 90 mm; D=52 mma= 6 mm;Iz tabele P13- 2a (Str. 21) RmN=490 N
mm2 ; ReN= 295 N
mm2 ; σ f (0)N= 355 N
mm2 ;τ t(−1 )N= 145 N
mm2 ;τ t(0)N=205 N
mm2
Moment savijanja:
Mf= F ∙ l=5200 ∙ 90 = 468000 N
mm2;Savijanje:
Radni napon pri savijanju:
σ w ,f ,max=M f
W x
= 46800014069,5
=33,2 Nmm2
W x=π ∙ (d+2a )3
32∙(1−( d
d+2a )4)=π ∙643
32∙ (1−( 5264 )
4)=14669,5mm3
Amplitudni radni napon:
σ w ,a , f=σ w ,f ,max
2=33,2
2=16,63 N
mm2
Faktor oblika šava (P21 -8):
ξ1=0,87 ;
4
Faktor kvaliteta šava (tab P 21 – 6):
ξ2=¿0,9 ;¿
Tehnološki faktor veličine presjeka (tab P 13 – 18a):
Kt=0,88;
Kritični amplitudni napon epruvete:
σ A, fN=σ f (0 )N
2=3552
=177,5 Nmm2 ;
Kritični napon dijela:
σ wA ,f=ξ1 ∙ ξ2 ∙ K t ∙ σ A, fN=0,87 ∙0,9 ∙0,85 ∙177,5=118,13N
mm2;
Dinamički stepen sigurnosti zavarenih spojeva pri savijanju:
Sw , A , f=σ wA, f
σ w ,a , f
=118,1316,63
=7,10 ;
Uvijanje:
Moment uvijanja:
Tt= F∙R=5200 ∙ 210= 1092000 N
mm2
Radni naponi pri uvijanju:
τ w ,t , max=T t
W p
= 1092000
29339,04¿
=37,22 Nmm2 ;¿
W p=π ∙ (d+2a )3
16∙(1−( d
d+2a )4)=π ∙743
16∙(1−( 5274 )
4)=29339,04mm3
Amplitudni radni naponi:
σ w ,a , f=σ w ,f ,max
2=33,2
2=16,63 N
mm2
Faktoroblikašava (P21 -8):
5
ξ1=0,41 ;
Faktorkvalitetašava (tab P 21 – 6):
ξ2=¿0,9 ;¿
6
Kritični amplitudni napon epruvete:
τ A ,tN=τ t (0)N
2=2052
=102,5 Nmm2 ;
Kritični napon dijela:
τ wA ,t=ξ1 ∙ ξ2 ∙K t ∙ τ AtN=0,41 ∙0,9 ∙0,85 ∙102,5=32,14N
mm2;
Dinamički stepen sigurnosti zavarenih spojeva pri uvijanju:
Sw , A ,t=τwA ,t
τw , a ,t
=32,1417,32
=1,82;
Ukupni stepen sigurnosti:
SA=SAσ ∙ SAτ
√SAσ2 +S Aτ
2= 7,10 ∙1,82
√7,102+1,822=12,927,32
=1,76>1,5 ;
SMICANJE:
τ S ,max=FA
= 52001091,65
= 4,76 N
mm2
A= (d+2a)2π4
- d2π4
= = (52+6 ∙2)2 π4
- 522π4
= 3215,36 – 2123,71 = 1091,65mm2
τWAS=ξ1 ∙ξ 2 ∙K t ∙ τ t (−1)N=0,41 ∙0,9∙0,87 ∙145=46,54
N
mm2;
τ was=τS , max= 4,76 N
mm2
Swas= τWASτwas
= 46,544,29 = 10,84SA= Swat ∙ Swas
√Swat2+Swas
2 = 7,10 ∙10,84
√7,102+10,842 = 76,9612,95 = 5,94
7
3.Rotor sa zavarenim rukavcem, prema slici 3. u prilogu, izložen je istovremeno momentu savijanja i momentu uvijanja . Izračunati dinamički stepen sigurnosti zavarenog spoja .Kvalitet šava C. Tokom rada nema udarnih opterećenja.
Materijal E335 (P13-2a)
RmN=590 N
mm2; ReN= 335 N
mm2 ; σ f (0)N= 400 N
mm2 ;τ t(−1 )N= 180 N
mm2 ;τ t(0)N=230 N
mm2 ; σ f (−1)N=290 N
mm2 ;Moment savijanja:
Mf= F ∙ l=38000 ∙ 138 = 5244000 N
mm2 ;Savijanje:
Radni napon pri savijanju:
σ w ,f ,max=M f
W x
= 524400051448,19
=101,92 Nmm2
W x=π ∙ (d+2a )3
32∙(1−( d
d+2a )4)=π ∙1063
32∙(1−( 92106 )
4)=51448,19mm3
Amplitudni radni napon (tabela P41-1):
σ w ,a , f=σ w ,f ,max
2=101,92
2=50.96 N
mm2
Faktor oblika šava (P21 -8):
ξ1=0,87 ;
Faktor kvaliteta šava (tab P 21 – 6):
ξ2=¿0,9 ;¿
Tehnološki faktor veličine presjeka (tab P 13 – 18a):
Kt=0,85;
Kritični amplitudni napon epruvete:
8
σ A, fN=σ f (0 )N
2=4002
=200 Nmm2 ;
Kritični napon dijela:
σ w , A , f=ξ1 ∙ ξ2 ∙ K t ∙ σ A, fN=0,87 ∙0,9 ∙0,85 ∙200=137,80N
mm2;
Dinamički stepen sigurnosti zavarenih spojeva prisavijanju:
Sw , A , f=σ w , A , f
σ w ,a , f
=137,8050.96
=2,70 ;
Uvijanje:
Radni naponi priuvijanju:
τ w ,t , max=T t
W p
= 200000102896,39
=1,94 Nmm2 ;
W p=π ∙ (d+2a )3
16∙(1−( d
d+2a )4)=π ∙1063
16∙(1−( 92106 )
4)=102896,39mm3
Amplitudni radni naponi:
τ w ,a ,t=τ w, t , max2
=1,942
=0.97 Nmm2 ;
Faktor oblika šava (P21 -8):
ξ1=0,41 ;
Faktor kvaliteta šava (tab P 21 – 6):
ξ2=¿0,9 ;¿
Tehnološki faktor veličine presjeka (tab P 13 – 18a):
Kt=0,87;
Kritični amplitudni napon epruvete:
τ A ,tN=τ t (0)N
2=2302
=115 Nmm2 ;
9
Kritični napon dijela:
τ wA ,t=ξ1 ∙ ξ2 ∙K t ∙ τ A,tN=0,41∙0,9 ∙0,87 ∙115=36,91N
mm2;
Dinamički stepen sigurnosti zavarenih spojeva pri uvijanju:
Sw , A ,t=τwA ,t
τw , a ,t
=36,910,97
=38,05 ;
Ukupni stepen sigurnosti:
SA=SAσ ∙ SAτ
√SAσ2 +S Aτ
2= 2,70 ∙38,05
√2,702+30,052=102,730,17
=3,404>1,5 ;
SMICANJE:
τ S ,max=FA
= 380001847,26
= 20,50 N
mm2
A= (d+2a)2π4
- d2π4
= = (92+6 ∙2)2π4
- 922π4
= 8494,86 – 6647,6 = 1847,26mm2
τWAS=ξ1 ∙ξ 2 ∙K t ∙ τ t (−1)N=0,41 ∙0,9∙0,87 ∙115=36,91
N
mm2;
τ was= τwsmax2
= 20,502 = 10,25 N
mm2
SWAS= τWASτwas
= 36,9110,25 = 3,60
10
4. Kolika je razlika u moći nošenja sklopa glavičina – zupčanika datog na slici 6. u prilogu u koliko je ploča spojena zavarivanjem, kvalitet šava C i ukoliko je primjenjen presovani sklop ∅D1H8/za8. Materijal E295. Stepensigurnostizavarenogspoja S=2,5.
Podaci:
D=190 mm;D1=65 mm;
d= 35 mm;b= 18 mm;
a= 9 mm;Rzs=10 μm;
Rzu=15 μm;Za∅82H8 T=46μm = 0,046 mm; Ei=0 μm Es=46μm; =0,046 mm;Za∅82za8 t=46μm=0,046mm; ei= 272μm=0,272mm; es=226μm =0,226mm;Proračun preklopa:
Pd= Es- ei= 46 -226 = - 180μm= -0,180 mm;Pg= Ei- es= 0 – 272 = - 272μm =- 0,272 mm;Odnos prečnika spoljašnjeg i unutrašnjeg dijela:
ψs=DF
DS
= 65190
=0,342 ; ψu=Du
DF
=3565
=0,53 ;
DF=D1; DS= D; Du= d;Gubitak preklopa zbog skidanja neravnina:
Δ p=0,8 ∙ (R zs+R zu )=20mm
Najmanji stvarni preklop:
Pwd= Pd - Δ p=180 -20 = 160 μm= 0,160 mm; 11
Relativni najmanji stvarni preklop:
ξw=PwdDF
=0,16065
=2,461 ∙10−3;Pomoćna veličina K:
K=( 1+ψu2
1−ψu2+1+ψ s
2
1−ψ s2 )=( 1+0,53
2
1−0,532+1+0,3422
1−0,3422 )=3,04 ;
Es=Eu=210 000 N
mm2; - Modul elastičnosti tabela P13 -24ξw=
PF
ES
∙ K⇒PF=ξw ∙ ES
K=170,003≈170 N
mm2 ;
μ=0,14 (str .98cP25−2b );
Dozvoljena nosivost:
F≤PF ∙DF ∙ π ∙ μ
S=170,003 ∙65 ∙3,14 ∙0,14
1,8=2698,70N;
SK= 1,8 – Stepen sigurnosti za jednosmjerno promjenjlivo dinamičko opterećenje;
Zavaren ispoj:E295Kritični napon dijela:
τ D (0)N= 2052 = 102,5 N
mm2
τ w ,t=ξ1 ∙ ξ2 ∙ K t ∙ τD (0) N=0,41 ∙0,9 ∙0,98 ∙102,5=37,06N
mm2;
ξ1=0,41 ;ξ2=¿0,9 ;¿ Kt=0,98;τ= T
W p
⇒T=τ ∙W p=897407,76Nmm;
12
τ doz=[ τ ]S
=37,062,5
=14,82 Nmm2 ;
W p=I s−I uymax
=
(d+2a)4 π32
−d4π32
d+2a2
=
(60+18)4π32
−604π32
782
=60553,83mm3
d= D1T=F∙
D2⇒ F=2T
D=2 ∙897407,76
190=15249,51N ;
13
5.Odrediti dinamički stepen sigurnosti dijelova datih na slici 5a i 5b u prilogu. Dijelovi su obrađeni obradom brušenjem. Moment savijanja se mjenja od 0 – Mmax, a aksijalnasila F je konstantna. Kvalitet šava na slici 5b je C. Materijal E295.
Podaci:
B= 56 mm;F=45000 N;b = 40 mm;ρ=8 mm;
a = 7 mm;Msmax=180 Nm = 180000 Nmm; δ= 10 mm;
RmN=490 N
mm2;
ReN= 295 N
mm2;
σ f (−1)=245N
mm2;
σ f (0)N=355N
mm2;
σ zp (−1 )=195N
mm2σ zp (0 )N=295
N
mm2;
Zatezanje(sl . 5a):
Radni naponi pri zatezanju:
σ z , max=FA
=45000400
=112,5 N
mm2;
A= b ∙ δ= 40∙ 10 =400 mm2;Prema tabeli 13.2 amplitudni srednji napon je:- Čisto jednosmjerno promjenljivo opterećenje:
σ a , z=σ z ,max
2=112,5
2=56 ,25 N
mm2;
14
σ m, z=σ a , z=56,25N
mm2;
Dinamička izdržljivost u odnosu na zatezanje:
σ D, z (0)=σD (0)N ∙KT=1 ∙295=295N
mm2;
KT=1 - Tehnološki faktor veličine presjeka;Efektivni faktor koncentracije napona:
βKz=(αK−1 ) ∙ ηK+1=(1,6−1 ) ∙0,83+1=1,498 ;
αK =1,6 – geometrijski faktor koncentracije napona (P13-26)
ηK=0,82 - faktor osjetljivosti materijala na koncentraciju napona( Milosav Ognjanović str. 52);
Zatezna čvrstoć amašinskog dijela:
Rm=RmN∙KT= 490∙ 1 = 490 N
mm2 ;Faktor ojačanja površinskog sloja(Kv):Kv= 1,1Faktor kvaliteta obradjene površine:
KOσ=1−0,22 ∙ lgRz ∙( lg RM
20−1)=1−0,22lg 6(lg 49020 −1)=0,93
Rz= 6μm-( 12-11) – hrapavost za osrednje brušeno:П
Kg=1; - geometrijski faktor veličine ( 13-18b):П
KD- faktor konstrukcije:K D=( βk
K g
+ 1KOσ
−1) ∙ 1KV
=( 1,4981 + 10,93
−1) ∙ 11,1=1,41;
Dinamička izdržljivost mašinskog dijela:
15
σ Dz (−1)M=σD (−1 )
K D
= 2951,41
=209,21 Nmm2 ;
Zavisnost od srednjeg napona za valjane čelike:
M σ=0,00035Rm- 0,1 = 0,00035∙490 – 0,1 = 0,0715 N
mm2 ;
Savijanje (sl. 5a)
RmN= 490 N
mm2;σ f (−1)=245
N
mm2
ReN= 295 N
mm2σ f (0)N=355
N
mm2;
Radni naponi pri savijanju:
σ f , max=M f
W x
= 1800002666,66
=67,50 Nmm2 ;
W=b2 ∙ h6
=402∙106
=2666,66mm3 ;
Prema tabeli 13.2 amplitudni srednji napon je:
- Čisto jednosmjerno promjenjivo opterećenje:
σ a ,f=σ f ,max
2=67,50
2=33,75 N
mm2 ;
σ m,f=σ a ,f=33,75N
mm2;
Dinamička izdržljivost u odnosu na savijanje:
σ D, f (0)=σ f (0)N ∙ KT=1∙355=355N
mm2;
Efektivni faktor koncentracije napona:
βKf=(αK−1 )∙ ηK+¿ (1,4−1 ) ∙0,83+1=1,33 ;
16
αK =1,4 – geometrijskifaktorkoncentracijenapona (P13-26)ηK=0,83 - faktorosjetljivostimaterijalana koncentraciju napona( Milosav Ognjanović str. 52);Zatezna čvrstoća mašinskog dijela;
Rm=RmN∙KT= 490∙ 1 = 490 N
mm2 ;Faktor ojačanja površinskog sloja(Kv):Kv= 1,1Faktor kvaliteta obradjene površine:
KOσ=1−0,22 ∙ lgRz ∙( lg RM
20−1)=1−0,22lg 6(lg 49020 −1)=0,94;
Rz= 6μm-( 12-11) – hrapavost za osrednje brušeno;П
Kg=0,96; - geometrijskifaktorveličine ( 13-18b);П
KD- faktorkonstrukcije;K D=( βk
K g
+ 1KOσ
−1) ∙ 1KV
=( 1,3320,95+ 10,94
−1) ∙ 11,1=1,31;Dinamička izdržljivost mašinskog dijela:
σ Df (−1) M=σDf (−1 )
K D
= 3551,31
=270,99 Nmm2;
Zavisnost od srednjeg napona za valjane čelike:
M σ=0,00035Rm- 0,1 = 0,00035∙490 – 0,1 = 0,0715 N
mm2 ;Ekvivaletnisrednjinapon( 13.34čelik – žilavimaterijalhipoteza HDR);
17
σ mv=√(σ zpm+σ fm )2+3 ∙ τmτ2 =√ (67,50+33,75 )2+3 ∙ (0 )2=101,25 N
mm2;
Prema tome amplitude dinamičke izdržljivosti dijela iznose:
U odnosu na savijanje:
σ AMf=σ Df (−1 )M
1+M σ ∙( σmv
σaf)= 270,99
1+0,0715 ∙(101,2533,75 )=270,993,214
=84,31 Nmm2 ;
U odnosu na zatezanje:
σ AMz=σ Dz (−1 )M
1+M σ ∙( σmv
σaz)= 209,21
1+0,0715∙( 101,2567,50 )=209,211,60
=130,75 Nmm2 ;
Amplitud nistepen sigurnosti:
u odnosu na savijanje:
SAσf=σ AMf
σ af
=218,8933,75
=6,48 ;
U odnosu na zatezanje:
SAσz=σ AMz
σaz
=130,7567,50
=1,93 ;
Ukupni amplitudni stepen sigurnosti za žilave materijale (HDR):
SA=S Aσz ∙ S Aσf
S Aσz+SAσf
= 1,93∙6,481,93+6,48
=12,508,41
=1,51>1,5 ;
18
Savijanje(sl. 5b)
Radni naponi pri savijanju:
σ w ,f ,max=M f
W x
=1800001126,66
=159,76 Nmm2 ;
W x=δ ∙ (b−2a )2
6=10 ∙ (40−14 )2
6=1126,66mm3;
Amplitudni radni naponi:
σ w ,a , f=σ w ,f ,max
2=159,76
2=79,88 N
mm2
Faktor oblika šava (P21 -8):
ξ1=0,84 ;
Faktor kvaliteta šava (tab P 21 – 6):
ξ2=¿0,9 ;¿
Tehnološki faktor veličine presjeka (tab P 13 – 18a):
Kt=0,98;
Kritični amplitudni napon epruvete:
σ A, fN=σ f (0 )N
2=3552
=177,5 Nmm2 ;
Kritični napon dijela:
σ wA ,f=ξ1 ∙ ξ2 ∙ K t ∙ σ A, fN=0,84 ∙0,9∙0,98 ∙177,5=131.50N
mm2;
Dinamički stepen sigurnosti zavarenih spojeva pri savijanju:
19
Sw , A , f=σ wA, f
σ w ,a , f
=131.5079,88
=1,64 ;
Zatezanje(sl. 5b)
Radni naponi pri zatezanju:
σ w , z ,max=FA
=45000260
=173,07 N
mm2;
A=(b-2a)∙ δ=(40-14) 10= 260 mm2
Amplitudni radni naponi:
σ w ,a=σ w , z ,max
2=173,07
2=86,53 N
mm2
Faktor oblika šava (P21 -8):
ξ1=0,7 ;
Faktor kvaliteta šava (tab P 21 – 6):
ξ2=¿0,9 ;¿
Tehnološki faktor veličine presjeka (tab P 13 – 18a):
Kt=0,98;
Kritični amplitudni napon epruvete
σ w , z , A=σ (0 )N
2=2952
=147,5 Nmm2 ;
Kritični napon dijela:
σWZAM=ξ1 ∙ ξ2 ∙ K t ∙ σ A, fN=0,7 ∙0,9 ∙0,98 ∙147,5=91,06N
mm2;
Dinamički stepen sigurnosti zavarenih spojeva pri zatezanju:
SA=σWZAM
σwz ,a
=147,594,23
=1,56 ;
20
Ukupni stepen sigurnosti:
SA=S Aσf ∙ S Aσz
S Aσf+S Aσz
=25,7311,42
=2,25>1,5 ;
21