Главная

Расчет сварных конструкций

Задача 1.

Рассчитать на равнопрочность швы сварного соединения косынки с растяжками (рис.1) в виде двух уголков, подобрав при этом номер уголков. На соединение действует сила Q. Нагрузка статическая. Сварка ручная. Данные брать из таблицы 1.

Рис.1. Сварка косынки с растяжками

Таблица 1. Исходные данные для задачи 1

Вариант	Q, кН	Электрод
1	60	Э42
2	70
3	80
4	90
5	100
6	110	Э34
7	120
8	130
9	140
0	150

Задача 2.

Проверить напряжения в сварных швах кронштейна, составленного из двух укосин (рис. 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.

Рис.2. Сварные швы кронштейна

Таблица 2. Исходные данные для задачи 2

Вариант	P, кН	L, м	α, рад	b×δ, мм
1	65	1,8	π/4	30х8
2	60	1,7	π/3	25х10
3	55	1,6	π/4	30х6
4	50	1,5	π/5	25х8
5	45	1,4	π/5	30х6
6	40	1,3	π/6	25х6
7	35	1,2	π/3	25х8
8	30	1,1	π/4	25х6
9	25	1,0	π/5	20х8
0	20	0,9	π/6	20х8

Задача 3.

Рассчитать сварной шов А барабана (рис.3). Усилие каждой ветви каната Q, окружное усилие на колесе P, диаметр делительной окружности колеса d_w, диаметр барабана D, толщина стенки δ. Материал конструкции Ст3. Данные брать из таблицы 3.

Рис.3. Сварные швы барабана

Таблица 3. Исходные данные для задачи 3

Вариант	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
5	100	750	25	600
6	90	650	25	600
7	80	800	25	500
8	75	650	15	500
9	70	600	15	400
0	60	700	15	400

Задача 4.

Рассчитать сварное соединение (рис. 4) стойки ручной лебёдки с плитой. Сила натяжения каната Q направлена под углом . 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.

Рис.4. Стойки ручной лебедки

Таблица 4. Исходные данные для задачи 4

Вариант	Q, кН	H, мм	α, рад	Электрод
1	36	700	π/4	Э42
2	26	700	π/6
3	37	700	π/9
4	27	600	π/12
5	48	600	π/9
6	28	600	π/4	Э34
7	39	600	π/6
8	49	500	π/9
9	20	500	π/6
0	50	500	π/4

Задача 5.

Проверить прочность швов сварного зубчатого колеса (рис.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 d_w, толщина швов: δ₁ =10 мм, δ₂ = 8 мм. Нагрузка постоянная. Сварка ручная электродом Э42. Данные брать из таблицы 5.

Рис.5. Сварное зубчатое колесо

Таблица 5. Исходные данные для задачи 5

Вариант	N, кВт	ω, рад/с	dw, мм	D1, мм	d, мм
1	25	π/4	650	580	140
2	28	π/5	670	650	130
3	32	π/3	660	590	150
4	34	π/4	720	650	170
5	36	π/6	710	640	160
6	38	π/7	730	660	150
7	40	π/8	750	690	140
8	42	π/9	680	610	140
9	44	π/8	650	680	160
0	46	π/6	760	630	180

Задача 6.

Определить допускаемую силу Q, которая может быть приложена, исходя из прочности сварных швов, на конце клеммового рычага (рис. 6). Размер рычага у места сварки a. Толщина шва K. Материал рычага сталь Ст3. Сварка ручная, нагрузка статическая. Данные брать из таблицы 6.

Рис.6. Клеммовый рычаг

Таблица 6. Исходные данные для задачи 6

Вариант	a, мм	L, мм	K, мм
1	35	500	5
2	45	650	5
3	55	800	6
4	60	700	6
5	70	700	7
6	80	850	7
7	90	800	8
8	90	900	8
9	100	950	10
0	100	1000	10

Задача 7.

Рассчитать сварные швы хомута с двутавровой балкой (рис. 7) и подобрать сечение хомута b×δ, изготовленного из стали Ст3. нагрузка P статическая. Данные брать из таблицы 7.

Рис.7. Хомут на двутавровой балке

Таблица 7. Исходные данные для задачи 7

Вариант	P, кН
1	110
2	120
3	130
4	140
5	150
6	160
7	170
8	180
9	190
0	200

Задача 8.

Рассчитать сварное соединение растяжки с косынкой (рис. 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.

Рис.8. Сварка растяжки с косынкой

Таблица 8. Исходные данные для задачи 8

Вариант	Q, кН	α, рад
1	150	π/6
2	155	π/4
3	160	π/3
4	140	π/6
5	130	π/4
6	120	π/3
7	165	π/6
8	135	π/4
9	145	π/3
0	125	π/6

Задача 9.

Выбрать самостоятельно номер профиля равнобокого стального уголка по ГОСТ 8509-72 и рассчитать сварное соединение (рис. 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.

Рис.9. Консольный кронштейн

Таблица 9. Исходные данные для задачи 9

Вариант	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
5	14	300	17	π/4
6	15	320	20	π/5
7	16	340	18	π/6
8	17	380	21	π/5
9	18	390	22	π/4
0	20	380	15	π/4

Задача 10.

Выбрать самостоятельно номер профиля двутавровой балки по ГОСТ 8239-72 и рассчитать сварное соединение (рис.10) двутавровой балки длиной L с колонной. Балка нагружена постоянной силой Q. Данные брать из таблицы 10. Необходимые параметры задать самостоятельно.

Рис.10. Балка, приваренная к колонне

Таблица 10. Исходные данные для задачи 10

Вариант	Q, кН	L, м
1	6	1,5
2	7	1,4
3	8	1,3
4	9	1,2
5	10	1,1
6	11	1,2
7	12	1,3
8	13	1,4
9	14	1,5
0	15	1,6

Задача 11.

Проверить прочность сварного соединения (рис.11). Соединение выполнено двумя угловыми швами с катетом k . Соединение нагружено силой F (таблица 11). Материал деталей - сталь Ст3. Сварка ручная.

Рис.11. Балка, приваренная к колонне

Таблица 11. Исходные данные для задачи 11

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
F, кН	30	35	40	45	50	60	55	80	90	100
l, мм	400	500	300	500	400	500	400	400	400	300
h, мм	160	190	170	220	180	210	190	220	230	220
δ, мм	5				7			8
Электрод	Э42				Э50			Э42А

Задача 12.

Проверить прочность сварного соединения, крепящего опорный швеллер, имеющий номер профиля №, к стальной плите (рис.12, таблица 12). Материал деталей – сталь Ст 3. Сварка автоматическая.

Рис.12. Опорный швеллер

Таблица 12. Исходные данные для задачи 12

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
F, кН	25	30	40	45	50	55	60	65	70	75
l, мм	350	320	300	280	400	380	360	450	400	500
№	5	8	10	12	14	16	18	20	22	24
α, рад	π/4	π/3	π/6	π/4	π/3	π/6	π/4	π/3	π/6	π/4

Задача 13.

Проверить прочность сварного соединения, если на конце клеммового рычага, длиной l и толщиной δ (рис. 13, таблица 13) приложена сила F. Материал рычага - Сталь 10. Размер рычага у места сварки а. Сварка ручная.

Рис.13. Клеммовый рычаг

Таблица 13. Исходные данные для задачи 13

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
F, кН	10	6,5	5	5	7	8	10	9	30	10
а, мм	65	55	55	60	70	80	90	75	100	50
l, мм	200	250	300	350	400	450	500	400	300	200
𝛿, мм	5		6		7		8		10
Электроды	Э42А		Э50		Э42		Э50		Э42А

Задача 14.

Рассчитать сварное соединение – длину шва l (рис.14), крепящее стойки неподвижного блока к плите. Сварка автоматическая. Материал свариваемых деталей - сталь Ст 5. Толщина стоек δ (таблица 14).

Рис.14. Стойки неподвижного блока

Таблица 14. Исходные данные для задачи 14

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
F, кН	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29
h, мм	160	150	120	150	160	150	135	150	120	110
α, рад	π/4	π/3	π/6	π/4	π/3	π/6	π/4	π/3	π/6	π/4
δ, мм	6				8			10
Электроды	Э42А				Э50			Э42

Задача 15.

Проверить прочность сварного соединения крепления трубы к неподвижной плите А (рис.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.

Рис.15. Крепление трубы к плите

Таблица 15. Исходные данные для задачи 15

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
F, кН	50	60	70	80	90	100	120	140	120	130
D, мм	50	54	60	68	70	76	83	89	95	102
𝛿, мм	5	6	7	5	8	10	12	10	8	14

Задача 16.

Рассчитать сварное соединение из серьги, блока и швеллера (рис.16). На блок действует сила F, толщина стенки серьги δ (таблица 16). Материал свариваемых деталей - Сталь 10. Сварка ручная.

Рис.16. Соединение серьги, блока и швеллера

Таблица 16. Исходные данные для задачи 16

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
F, кН	5	10	7	8	9	10	12	14	12	13
h, мм	160	200	150	200	250	150	120	200	250	300
α, рад	π/4	π/3	π/6	π/4	π/3	π/6	π/4	π/3	π/6	π/4
Электроды	Э42А				Э50			Э42
δ, мм	6				8			10

Задача 17.

Проверить прочность сварного соединения листа толщиной δ с уголком (рис.17), если на конце l рычага приложена сила F (таблица 17). Материал рычага - сталь Ст 5. Сварка ручная электродами Э50.

Рис.17. Соединение листа с уголком

Таблица 17. Исходные данные для задачи 17

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7		8	9	0
F, кН	20	30	40	50	40	30	40		50	35	40
l, мм	65	55	55	60	60	65	90		75	100	50
h, мм	120	150	110	130	140	100	140		160	100	90
α, рад	π/4	π/3	π/6	π/4	π/3	π/6	π/4		π/3	π/6	π/4
𝛿, мм	5		6		7			8		10

Задача 18.

Рассчитать сварное соединение стойки ручной лебедки с плитой (рис.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.

Рис.18. Соединение стойки лебедки с плитой

Таблица 18. Исходные данные для задачи 18

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
F, кН	30	26	30	35	28	30	38	20	40	35
h, мм	650	800	600	600	700	500	600	800	500	600
l, мм	500	450	400	500	550	600	400	600	800	700
a, мм	100	150	100	80	100	150	60	100	120	80
α, рад	π/4	π/3	π/6	π/4	π/3	π/6	π/4	π/3	π/6	π/4
𝛿, мм	7					8
Электроды	Э42А					Э50

Задача 19.

Рассчитать сварное соединение кронштейна с плитой (рис.19). Соединение выполнено угловыми швами с катетом k . Соединение нагружено силой F (таблица 19). Материал деталей - сталь Ст 4. Сварка ручная.

Рис.19. Соединение кронштейна с плитой

Таблица 19. Исходные данные для задачи 19

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
F, кН	10	35	40	45	50	20	35	30	25	50
l, мм	240	350	300	500	400	350	280	250	360	460
𝛿, мм	5				7			8
Электроды	Э42А				Э50			Э42

Задача 20.

Рассчитать сварные швы, соединяющие зубчатый венец колеса с его диском и диск со ступицей (рис.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.

Рис.20. Соединение кронштейна с плитой

Таблица 20. Исходные данные для задачи 20

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
P, кВт	32	35	40	30	50	60	65	55	40	50
𝜔, с^-1	20	18	22	10	25	30	30	26	24	30
D, мм	160	180	240	300	340	440	390	480	280	190
d, мм	40	48	52	60	70	100	80	120	80	60
k1, мм	4				6			8
k2, мм	6				8			10

Задача 21.

Проверить прочность сварного соединения (рис.21). Материал листов сталь Ст.3. сварка ручная, нагрузка статическая. Исходные данные указаны в таблице 21.

Рис.21. Сварное соединение

Таблица 21. Исходные данные для задачи 21

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	20	30	40	50	60	40	35	45	55	25
Q, кН	3	3,5	4,5	4	2	2,5	5	1,5	2	6
δ, мм	8	8	6	10	10	12	12	12	10	15
в, мм	200	250	300	350	250	300	250	300	300	350
l, мм	400	400	250	300	250	300	250	400	300	250

Задача 22.

Определить ширину листов сварочного соединения (рис.22). Материал листов сталь Ст.3. сварка автоматическая, нагрузка статическая. Исходные данные указаны в таблице 22.

Рис.22. Сварное соединение

Таблица 22. Исходные данные для задачи 22

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	15	28	22	32	38	42	26	48	18	36
Q, кН	1,5	2,8	2,2	2,2	3,8	4,2	2,6	4,8	1,8	3,6
δ, мм	5	5	5	8	8	8	10	10	10	12
l, мм	400	400	300	300	400	400	300	300	350	350

Задача 23.

Определить толщину листов сварного соединения (рис.23). Материал листов Сталь 40. Сварка ручная. Нагрузка переменная, изменяется от Q_min до Q_max. Исходные данные указаны в таблице 23.

Рис.23. Сварное соединение

Таблица 23. Исходные данные для задачи 23

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Qmax, кН	10	8	6	4	5	7	9	11	12	15
Qmin, кН	2	3	2,5	-4	-2	8	3	4	5	4
в, мм	200	300	250	350	300	320	350	400	400	350
l, мм	400	300	400	400	300	350	350	300	250	300

Задача 24.

Проверить прочность сварного соединения (рис.24). Материал листов сталь Ст.3. сварка ручная. Нагрузка изменяется от Р_min до Р_max. Исходные данные указаны в таблице 24.

Рис.24. Сварное соединение

Таблица 24. Исходные данные для задачи 24

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Рmax, кН	40	50	60	80	100	120	140	180	160	100
Рmin, кН	0	0	0	0	10	25	40	50	80	90
к, мм	5	5	5	8	8	8	10	10	10	10
δ, мм	5	5	5	8	8	8	10	10	10	10
в, мм	200	250	300	250	400	450	500	550	600	300

Задача 25.

Проверить прочность сварного соединения (рис.25). Материал листов - Сталь 40. Сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные указаны в таблице 25.

Рис.25. Сварное соединение

Таблица 25. Исходные данные для задачи 25

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Q, кН	10	5	8	12	14	18	20	15	6	7
δ, мм	5	5	5	8	8	8	10	6	6	6
к, мм	5	5	5	8	8	8	10	6	6	6
l, мм	500	600	600	400	400	400	350	400	400	500
в, мм	300	250	250	300	350	400	400	250	300	250

Задача 26.

Проверить прочность сварного соединения (рис.26). Материал листов - Ст.3. Сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные указаны в таблице 26.

Рис.26. Сварное соединение

Таблица 26. Исходные данные для задачи 26

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Q, кН	10	5	6	7	8	9	4	3	2,5	11
Р, кН	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110
δ, мм	5	6	7	8	9	8	5	6	5	10
к, мм	5	6	7	8	9	8	5	6	5	10
l, мм	200	250	300	320	380	360	400	450	400	250
в, мм	200	250	300	350	400	450	300	300	300	250

Задача 27.

Определить длину сварного шва при условии его равнопрочности основному материалу (рис.27). Материал листов – Сталь 40. Нагрузка переменная, изменяется от Р_max до Р_min, сварка автоматическая. Исходные данные указаны в таблице 27.

Рис.27. Сварное соединение

Таблица 27. Исходные данные для задачи 27

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Рmax, кН	40	50	80	100	120	150	180	20	250	220
Рmin, кН	-40	-20	-10	60	20	30	20	50	50	20
δ, мм	5	6	7	8	9	10	12	14	15	15
в, мм	300	300	350	350	400	420	450	480	500	600

Задача 28.

Труба приварена к плите валиковым швом и нагружена крутящим моментом (рис.28). Материал трубы сталь Ст.3. сварка ручная, нагрузка статическая. Проверить прочность соединения. Исходные данные указаны в таблице 28.

Рис.28. Сварное соединение трубы с плитой

Таблица 28. Исходные данные для задачи 28

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
М, Нм	300	400	500	600	700	800	900	1000	1200	1400
d, мм	100	150	200	220	240	280	300	350	350	400
к, мм	4	5	6	5	6	7	8	8	10	10

Задача 29.

Труба приварена к плите валиковым швом и нагружена растягивающей силой Р и крутящим моментом М (рис.29). Материал трубы сталь Ст.3. сварка ручная, нагрузка статическая. Проверить прочность соединения. Исходные данные указаны в таблице 29.

Рис.29. Сварное соединение трубы с плитой

Таблица 29. Исходные данные для задачи 29

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
М, Нм	200	150	250	300	350	400	450	500	550	600
Р, кгс	4000	5000	6000	3000	5000	4000	6000	4500	3000	2000
d, мм	150	200	250	300	320	350	400	380	350	300
к, мм	3	4	5	6	7	8	8	8	9	6

Задача 30.

Квадратная труба приварена к плите (рис.30). Материал трубы – сталь Ст.3. проверить прочность соединения. Сварка ручная, нагрузка статическая. Исходные данные указаны в таблице 30.

Рис.30. Сварное соединение квадратной трубы с плитой

Таблица 30. Исходные данные для задачи 30

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	5	6	7	8	9	10	12	13	14	16
l, мм	600	600	500	550	450	400	350	400	350	300
a, мм	150	200	250	300	350	400	380	420	450	400
к, мм	3	4	5	6	7	8	9	11	12	10

Задача 31.

Квадратная труба приварена к плите (рис.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.

Рис.31. Сварное соединение квадратной трубы с плитой

Таблица 31. Исходные данные для задачи 31

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5	6
Q, кН	40	45	40	50	35	30	25	30	20	15
l, мм	500	500	400	400	400	350	350	350	300	300
в, мм	80	100	120	140	160	180	200	220	240	260
а, мм	100	120	140	160	180	200	220	240	260	300

Задача 32.

Труба приварена к плите впритык с V образной разделкой кромок трубы (рис.32). Материал трубы – сталь Ст.3. сварка ручная, нагрузка статическая. Проверить прочность соединения. Исходные данные указаны в таблице 32.

Рис.32. Сварное соединение трубы с плитой

Таблица 32. Исходные данные для задачи 32

	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
М, Нм	200	250	300	350	400	150	450	550	500	600
Q, кН	60	55	50	45	40	35	30	25	20	15
d, мм	150	180	200	220	240	260	280	300	320	350
d1, мм	170	200	220	240	250	280	300	320	340	370

Задача 33.

Проверить прочность сварного соединения (рис.33). Материал рычага и клеммы – сталь Ст.3. сварка ручная. Исходные данные указаны в таблице 33.

Рис.33. Сварное соединение

Таблица 33. Исходные данные для задачи 33

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	3	5	8	10	12	14	6	4	7	9
α, град	20	30	40	45	50	60	70	15	25	40
l, мм	250	300	300	300	250	350	300	350	260	400
a, мм	40	45	50	60	60	60	50	45	55	60
к, мм	5	6	7	6	7	8	9	5	8	8

Задача 34.

Проверить прочность сварного соединения (рис.34). Материал кронштейна – Сталь 45. Сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные указаны в таблице 34.

Рис.34. Сварное соединение

Таблица 34. Исходные данные для задачи 34

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	10	15	20	25	30	25	20	35	40	45
α, град	30	30	45	45	45	30	30	30	45	60
h, мм	300	300	250	250	250	300	300	350	250	250
a, мм	200	200	200	250	250	250	200	250	250	250
к, мм	5	5	5	6	6	6	5	6	6	8

Задача 35.

Проверить прочность сварного соединения (рис.35). Материал кронштейна сталь Ст.3. сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные указаны в таблице 35.

Рис.35. Сварное соединение

Таблица 35. Исходные данные для задачи 35

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	50	45	40	35	30	25	20	15	10	5
α, град	30	30	45	45	30	30	30	45	60	45
h, мм	200	200	250	250	300	250	300	300	350	350
a, мм	300	300	250	250	250	300	200	200	200	200
к, мм	8	8	8	6	6	6	5	5	5	5

Задача 36.

Проверить прочность сварного соединения (рис.36). Материал кронштейна сталь Ст.3. сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные указаны в таблице 36.

Рис.36. Сварное соединение

Таблица 36. Исходные данные для задачи 36

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	50	45	40	35	30	25	20	15	10	5
α, град	30	30	45	45	30	30	30	45	60	45
h, мм	200	200	250	250	300	250	300	300	350	350
a, мм	300	300	250	250	250	300	200	200	200	200
к, мм	8	8	8	6	6	6	5	5	5	5

Задача 37.

Проверить прочность сварного соединения (рис.37). Материал кронштейна сталь Ст.3. сварка ручная. Нагрузка статическая. Исходные данные указаны в таблице 37.

Рис.37. Сварное соединение

Таблица 37. Исходные данные для задачи 37

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	50	45	40	35	30	25	20	15	10	5
α, град	30	30	45	45	45	30	30	45	60	45
h, мм	200	200	250	250	300	250	300	300	350	350
a, мм	300	300	250	250	250	300	200	200	200	200
к, мм	8	8	8	6	6	6	5	5	5	5

Задача 38.

Раскос фермы, состоящий из двух уголков, крепится к косынке сварным швом (рис.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.

Рис.38. Соединение раскоса фермы с косынкой

Таблица 38. Исходные данные для задачи 38

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	150	160	170	180	200	250	300	100	120	140

Задача 39.

Рассчитать швы цилиндрического сварного резервуара (рис.39), если давление в резервуаре Р, температура t, внутренний диаметр резервуара D, материал – сталь Ст.3. сварка автоматическая. Исходные данные указаны в таблице 39.

Рис.39. Цилиндрический сварной резервуар

Таблица 39. Исходные данные для задачи 39

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, МПа	1	1,5	3	2	2,5	3	2	1,5	2,5	3,5
t^0, C	300	300	250	250	200	150	100	100	200	150
D, мм	2000	2000	1500	1800	1600	1000	800	500	900	600

Задача 40.

Определить толщину стенки барабана грузоподъемной машины (рис.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.

Рис.40. Барабан грузоподъемной машины

Таблица 40. Исходные данные для задачи 40

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	20	15	10	5	25	30	35	8	13	28
D, мм	250	300	300	350	350	400	400	250	300	450

Задача 41.

Стальная труба приварена к неподвижным весьма жестким деталям с одной стороны валиковым швом с катетом «к», с другой – втавр, с подготовкой кромок (рис.41). Определить напряжение в сварных швах при понижении температуры трубы на Δt⁰С. Сварка ручная. Материал трубы – сталь Ст.3. Исходные данные указаны в таблице 41.

Рис.41. Сварное соединение стальной трубы

Таблица 41. Исходные данные для задачи 41

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
D, мм	100	120	150	180	200	220	250	280	300	350
D1, мм	90	110	135	165	184	214	230	360	280	330
Δt^0С	20	25	30	335	40	45	50	55	60	65
к, мм	3	4	4	4,5	5	5	5,5	6	5	7

Задача 42.

Труба приварена к неподвижной плите по контуру (рис.42). Определить допускаемое значение силы Р. Указать процент использования материала трубы. Исходные данные указаны в таблице 42.

Рис.42. Сварное соединение стальной трубы с плитой

Таблица 42. Исходные данные для задачи 42

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
d1, мм	30	35	40	45	50	30	35	40	45	50
d, кгм	38	45	50	53	60	40	42	52	51	58
Материал шпонки	Сталь 45				Сталь Ст.3			Сталь 40
Вид сварки	Автоматическая			Ручная			Полуавтоматическая

Задача 43.

Полоса сечением в х δ из стали Ст.3 нагружена растягивающей силой Р (рис.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 l_ф=50к. Исходные данные указаны в таблице 43.

Рис.43. Сварное соединение фланговыми швами

Таблица 43. Исходные данные для задачи 43

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
в, мм	100	120	80	90	150	130	140	180	200	160
δ, мм	5	10	10	8	10	12	14	10	12	8
к, мм	5	8	5	6	8	10	8	6	10	8

Задача 44.

Стальные полосы сварены встык вручную (рис.44). Осевая сила переменная. Определить допускаемое значение силы Р_max. Исходные данные указаны в таблице 44.

Рис.44. Сварное соединение встык

Таблица 44. Исходные данные для задачи 44

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Рmax/Pmin	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,15	0,35	0,45	0,65	0,25
в, мм	60	80	80	80	100	110	100	150	150	130
δ, мм	5	6	8	8	8	8	8	10	10	12
Материал полосы	Сталь Ст.2				Сталь Ст.3			Сталь 40

Задача 45.

Два листа соединены стыковым швом, усиленным двухсторонними накладками (рис.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.

Рис.45. Сварное соединение встык, усиленное накладками

Таблица 45. Исходные данные для задачи 45

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р, кН	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130
δ, мм	4	5	6	7	7,5	6,5	5,5	8	10	12
в, мм	200	150	200	350	300	200	250	300	300	350
к, мм	4	4	5	5	5	6	5	8	8	8

Задача 46.

Для клеммового рычага (рис.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.

Рис.46. Клеммовый рычаг

Таблица 46. Исходные данные для задачи 46

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Q, кН	5	8	10	12	14	16	18	20	6	9
l, мм	200	250	300	200	250	300	350	200	250	200
δ, мм	8	8	10	8	10	12	14	14	12	8
a, мм	50	60	70	80	90	90	80	100	60	80

Задача 47.

Проверить прочность шкива плоскоременной передачи (рис.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.

Рис.47. Сварной шкив плоскоременной передачи

Таблица 47. Исходные данные для задачи 47

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
N, квт	4	5	6	7	8	9	3	10	11	12
n, об/мин	60	60	80	80	80	100	100	200	200	150
D, мм	150	150	200	200	180	180	250	250	300	300
d, мм	60	60	65	70	75	80	60	90	100	100
к, мм	5	6	5	6	7	5	6	8	8	8
δ, мм	10	10	12	12	12	15	10	15	20	20

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

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
d, мм	23	32	42	26	28	46	52	56	62	32
M, нм	200	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100
Материал шпонки	Сталь 45				Сталь Ст.3			Сталь 40

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

[σ_Р] = σ_Т /[s], (1)

где σ_Т - 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 [σ_Р] на растяжение основного металла (таблица 49)

Таблица 49

Вид технологического процесса сварки	Допускаемые напряжения в швах при
	Растяжении [σР]	Сжатии [σСЖ]	Срезе [τ]
Автоматическая под флюсом, ручная электродами Э42А и Э50А, контактная стыковая	[σР]	[σР]	0,65[σР]
Ручная дуговая электродами Э42 и Э50, газовая сварка	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 (рис.48).

Рис.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 (рис.49)

ΣM_i=0; ΣP_i=0.

Рис.49

В задаче 10 следует из условия равновесия колеса относительно оси вращения

определить усилия F_i , вызывающие срез швов на соответствующих диаметрах D_i .

Примеры расчетных схем для задач 11, 12, 13, 14, 16, 17, 19 показаны на рисунке 50.

Рис.50

5) Назначают катет шва. В большинстве случаев k = δ_min , где δ_min - меньшая из толщин свариваемых деталей. По условиям технологии k ≥ 3 мм, если δ_min ≥ 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 больше 50k, лобовые швы могут иметь любую длину. Минимальная длина углового шва l_min составляет 30 мм, что перекрывает дефекты сварных швов – непровар в начале и кратер в конце.

Примеры решения задач

Пример 1.

Рассчитать лобовой шов (рис.51), соединяющий два листа толщиной δ = 8 мм из стали Ст 3, если F = 100 кН. Сварка ручная электродом Э42.

Рис.51

Решение.

1. Определяем допускаемое напряжение растяжения для основного металла, принимая для стали Ст 3 σ_T = 240 МПа (см. справочные данные) и [S] = 1,45 (см. п. 3)

2. В соответствии с таблицей 49 вычисляем допускаемое напряжение для сварного шва при срезе

3. Из условия прочности определяем длину сварного шва

принимая k = δ = 8 мм, L = 2l (два шва) получаем

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 (рис.52). Определить номер профиля уголков и длину швов сварной конструкции соединения. Материал уголков - сталь Ст 3.

Рис.52

Решение.

1. Принимаем, что сварка осуществляется вручную электродами Э42.

2. Определяем допускаемое напряжение растяжения для основного металла, принимая для Ст 3 σ_T = 240 МПа (см. справочные данные) и [S] = 1,25 (см. п. 3)

3. Определим допускаемое напряжение на срез для сварного шва, в соответствии с таблицей 21

[τ '] = 0,6 ·[σ _Р] = 0,6 ·192 = 115,2 МПа.

4. Из расчета на растяжение определим площадь сечения уголков

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 = F.

Решая эти уравнения, получим:

6. Определим длину швов, приняв катет шва k = t = 5 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 (рис.53), нагруженного постоянной силой F = 5 кН и имеющего размеры d = 100 мм; l = 200 мм; а = 300 мм; δ_min =3 мм при условии, что прочность основного металла обеспечена.

Рис.53

Решение.

1. Дополнительно принято: основной металл - сталь Ст 4 (σ_Т = 260 МПа); сварка ручная дуговая электродом Э42А; швы угловые с катетом k = δ_min = 3 мм (фрагмент А рисунок 53).

2. Определяем допускаемое напряжение растяжения для основного металла, принимая для стали Ст 4 σ_Т = 260 МПа (см. справочные данные) и [S] = 1,65 (см. п. 3).

3. Допускаемое касательное напряжение сварного шва (см. таблицу 49),

[τ '] = 0,65 ·[σ_Р] = 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 (рис.54), на которой: F - центральная сила; М - изгибающий момент, Т - крутящий момент:

М = Fl = 5000∙200 = 1∙10⁶ Нмм;

Т = Fa = 5000∙300 = 1,5∙10⁶ Нмм

Рис.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,

где τ_F - касательное напряжение при действии центральной сдвигающей силы

; при наличии центрирующего пояска τ_F = 0;

τ_T - касательное напряжение при действии вращающего момента Т,

τ_M - касательное напряжение при действии изгибающего момента М,

Таким образом,

Статическая прочность угловых швов обеспечена.

6. Определим величину катета k проектным расчетом, преобразуя зависимость (*):

Принято k = 3 мм.

---

email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

Теоретическая механика Сопротивление материалов

Прикладная механика Строительная механика Теория машин и механизмов

00:00:00