Расчет и проектирование конструкции сварной балки

Министерство образования Республики Башкортостан ГОУСПО Кумертауский авиационный техникум Курсовой проект По дисциплине: «Расчет и проектирование сварных конструкций»

Тема: Расчет и проектирование конструкции сварной балки

Выполнил: студент группы СП-306

Ибрагимов И.А.

Проверил: преподаватель по РСК Бочарова Г. И.

г. Кумертау 2011 г.

Кумертауский авиационный техникум Рассмотрено на Утверждаю зам директора У.Р.

заседании ПЦК О.И. Хаирова

" Машиностроительных дисциплин"

председатель Г. И. Бочарова ЗАДАНИЕ На курсовой проект По дисциплине «Расчет и проектирование сварных конструкций»

Студент группы СП-306 Ибрагимов И.А.

Тема проекта: Рассчитать и спроектировать конструкцию сварной балки виде сечения (швеллера, двутавра), длина L=2,4, Балка нагружена силой F=2800кг.

Материал: Сталь3

1. Подбор материала

2. Подбор прокатных профилей

3. Определяем коэффициент запаса прочности

4. Расчет катета шва

5. Определение расхода сварочного материала

6. Техника безопасности для ручной дуговой сварки

7. Техника безопасности во время работы Используемая литература

Введение

сварка балка прочность сечение Сварочная техника и технология занимают одно из ведущих мест в современном производстве. Свариваются корпуса гигантских супертанкеров и сетчатка человеческого глаза, миниатюрные детали полупроводниковых приборов и кости человека при хирургических операциях. Многие конструкции современных машин и сооружений, например космические ракеты, подводные лодки, газои нефтепроводы, изготовить без помощи сварки невозможно. Развитие техники предъявляет все новые требования к способам производства и, в частности, к технологии сварки. Сегодня сваривают материалы, которые еще относительно недавно считались экзотическими. Это титановые, ниобиевые и бериллиевые сплавы, молибден, вольфрам, композиционные высокопрочные материалы, керамика, а также всевозможные сочетания разнородных материалов. Свариваются детали электроники толщиной в несколько микрон и детали тяжелого оборудования толщиной в несколько метров. Постоянно усложняются условия, в которых выполняются сварочные работы: сваривать приходится под водой, при высоких температурах, в глубоком вакууме, при повышенной радиации, в невесомости. Недаром сварка стала вторым после сборки технологическим процессом, впервые в мире опробованным нашими космонавтами в космосе.

Необходимость повышения производительности труда ведет к увеличению уровня механизации и автоматизации сварочного производства, к его оснащению новыми сложными машинами и агрегатами, без которых сегодня немыслимо серийное производство многих видов продукции. Наглядный пример тому — сварочные автоматические линии Волжского автозавода. В сварочное производство активно внедряются роботы, что позволяет полностью автоматизировать цикл еварки деталей без участия рабочего-сварщика. Сварочная техника и технология занимают одно из ведущих мест в современном производстве. Свариваются корпуса гигантских танкеров и сетчатка человеческого глаза, миниатюрные детали полупроводниковых приборов и кости человека при хирургических операциях.

В последние годы патентные ведомства промышленно развитых стран мира ежемесячно регистрируют более 200 изобретений в области сварочной техники и технологик — таковы темпы развития сварочного производства.

Все это предъявляет повышенные требования к квалификации специалистов в области сварки, в особенности рабочих-сварщиков, так как именно они непосредственно осваивают новые способы и приемы сварки, новые сварочные машины. Сегодня рабочему-сварщику недостаточно уметь выполнять несколько, пусть даже сложных, операций освоенного им способа сварки. Он должен понимать физическую сущность основных процессов, происходящих при сварке, знать особенности сварки различных конструкционных материалов, а также смысл и технологические возможности других, как традиционных, так и новых, перспективных способов сварки.

Отсюда следует необходимость постоянного совершенствования обучения, повышения профессионального мастерства и культурно-технического уровня рабочих-сварщиков.

В нашей стране дейсвует система начальной профессиональной подготовки, включающая в себя сеть профессиональных училищ, готовящих наряду с другими специалистами и рабочих сварочного производства. По числу подготавливаемых сварщиков мы занимаем одно из первых мест в мире. Для подготовки сварщиков нашими учеными и педагогами О. И. Стекловым, В. М. Рыбаковым, И. И. Соколовым, Л. П. Шебеко и другими создан ряд учебников и учебных пособий по сварочным дисциплинам. Это составило хорошую методическую базу для учебного процесса в профессиональных училищах.

Сваркой называется — процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании или совместном действии того и другого (ГОСТ2601−84).

Различают два вида сварки: сварку плавлением и давлением. Сущность сварки плавлением состоит в том, что металл по кромкам сварных частей оплавляется под действием теплоты источника нагрева. Источником нагрева могут быть: Эл. дуга, газовое пламя, расплавленный шлак, лазер, энергия лазерного луча. При всех видах св. плавлением образующийся жидкий металл соединяется перемешивается др. кромки, создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. После затвердения металла сварочной ванны получается сварной шов.

Сущность сварки давлением состоит в пластическом деформировании метала по кромкам сварочных частей, путем их сжатия под нагрузкой при температуре ниже температуры плавления. Сварочный шов получается в результате пластической деформации. Сваркой давлением хорошо сваривается только пластические металлы, медь, алюминий и свинец и др.(холодная сварка).

Среди большого разнообразия различных видов сварки плавлением ведущее место занимает дуговая сварка, источником теплоты при котором служит Эл.дуга.

В 1802 году российский ученый В. В. Тетров открыл явление электродугового разряда и указал на возможность использования его для расплавления металлов. Своим открытием Тетров заложил начало развитию новых отраслей технических знаний и науки, получившую в дальнейшем практическое применение в электродуговом освещени, а затем при Эл. Нагреве, плавке и сварке металлов.

К сварке плавлением относится также газовая сварка, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов сжижаемой с помощью горелки. (ГОСТ2601−84).

1. Подбор материала

При выборе стали необходимо учитывать свойства стали, условия работы детали и конструкции, характер нагрузок и напряжений.

В нашем случае конструкция испытывает деформацию изгиба.

Конструкция состоит из:

1. Прокатных неравнополочных деталей выполненных по ГОСТ 8510–89 обычной точности.

2. Балки двутавровые по ГОСТ 8239–89, горячекатаных.

3. Швеллеров по ГОСТ 8240–93, горячекатаных.

4 Прокатных уголков, стальных горячекатаных, равнополочных по ГОСТ 8503–93

Назначаем марку стали для уголков Ст2 для двутавра и швеллеров Ст3.

Данные стали относятся к углеродистым сталям обыкновенного качества по ГОСТ 380–91 и в зависимости от назначения подразделяются на 3 группы:

А— поставляется по механическим свойствам.

Б— поставляется по химическому составу.

В— поставляется по механическим свойствам и химическому составу.

Для обозначения степени раскисления в марки стали добавляют индексы:

КП- кипящая степень раскисления.

ПС- полуспокойная степень раскисления.

СП- спокойная степень раскисления.

В нашем случае принимаем сталь группы А с индексом СПсталь поставляемая по механическим свойствам, степень раскисления спокойная.

Механические свойства

2. Подбор прокатных профилей

2.1 Определяем реакции опор

?F_y=0

?M_A=0

?_y=-=-F-F+R_A=0

R_A=2F=2· 2800=5600 кг

?M_р=FAB+FAC=2800· 2,4+2800·1,2=10 080 кг=10,08 т=100,8 kH· м

?М_В=R_A· AB-Mp-F·CB=0

?M_B=5600· 2,4−10 080−2800·1,2=13 440−10 080−3360=0

2.2 Определяем поперечную силу, строим эпюру поперечных сил

2.3 Определяем изгибающий момент, строим эпюру изгибающих моментов

2.4 Определяем максимально изгибающий момент

2.5 Из условия прочности определяем осевой момент сопротивления

2.6 Подбираем балку двух вариантов по ГОСТ 8239−89. Для сечения коробчатого из двух швеллеров № 27 Wx=300

h = 270 мм Линейная плотность=27,7кг/м

b = 95 мм Площадь поперечного сечения=35,2 см²

t = 10.5мм

R = 11 мм

r = 4,7 мм

M = 21

S = 6 мм

I_x=4160см⁴ i_x=10,9 см I_y=262см⁴ i_y=2,73 см

W_x=308 см³ S_x=178см³ W_y=37,3 см³

Швеллер по ГОСТ 8239–89 профиль № 27

3. Определяем коэффициент запаса прочности

3.1 Определяем реакции опор

R=2F+ql=2· 28+0,554·2,4=56+1,3296=57,33кН

M_p=F· l+Fl/2+=1,5F+0,5ql=1,5·28+0,5·0,554·2,4=42+0,6648=42,66кН

3.2 Определяем поперечную силу, строим эпюру

3.3 Строим эпюры изгибающих моментов

3.4 Определение запаса прочности

3.5 Определение из условия прочности поперечное сечение из 2х неравнополочных уголков

Принимаем уголок стальной горячекатаный, равнополочный по ГОСТ 8509–93.

Линейная плотность уголка = 74кг/м Площадь поперечного сечения = 94,29 см²

B=200мм

B=200мм

T=25мм

R=18мм

i_y=3,91 см

I_y=616,7 см⁴

i_x=6,06 см

I_x=1438,38 см⁴

3.6 Определение запаса прочности

R=2F+ql=2· 28+1,48·2,4=56+3,552=59,552кН

M_p=F· l+Fl/2+=1,5F+0,5ql=1,5·28+1,48·2,4=42+1,776=43,776кН

3.7 Определяем поперечную силу, строим эпюру поперечных сил

3.8 Определяем момент изгибающий строим эпюру изгибающих моментов

3.9 Определение запаса прочности

4. Расчет катета шва

Определяем катет шва прикрепляющего соединение к косынкам. При расчете прочности соединения принимают, что изгибающий момент уравновешивается парой сил горизонтальных швов и моментом защемления вертикального шва.

5. Определение расхода сварочного материала

где К — коэффициент расхода сварочного материала на 1 кг. наплавленного металла, для сварки углеродистых сталей электродом марки Э42 К=1,5 масса наплавленного металла определяется по формуле:

площадь наплавленного металла; l — длина шва; с — плотность металла 7,85гр/см² =; Площадь наплавленного металла определяется по формуле исходя из площади сечения по формуле:

где — коэффициент увеличения, учитывающий наличие зазора и выпуклости шва. — катет шва. Значение выбираем в зависимости от катета шва: K=6мм =1,45

6. Техника Безопасности для сварщика ручной дуговой сварки

а) К работе допускаются лица не моложе 18 лет и прошедшие курсовое обучение по типовым программам.

б) Сдавшие экзамены и имеющие удостоверение, медицинское освидетельствование.

в). Вводный инструктаж на рабочее место перед началом работ:

— Подтверждение квалификационной группы следует проводить ежегодно с записью по Т.Б.

— Проверка знаний по Т. Б должна производится при переходе из одной организации в др.

Инструктаж по Т. Б проводится не реже 1 раза в 3 месяца.

Общие требования безопасности при ручной дуговой сварке, в газорезке и газосварке требования безопасности перед началом работы:.

1. Одеть спец. одежду, обувь, рукавицы и очки. Тщательно подготовить рабочее место сосудом с водой для охлаждения горелки (наконечника).

2. Перед началом газовой сварки (резки) проверить прочности и плотности присоединения шлангов к резаку и редуктора, исправность резака и редуктора и шлангов, уровень воды в водяном затворе. Проверить плотность всех соединений в затворе на пропуск газов при включенной подаче газа, а также плотность присоединения шлангов к затвору. При питании ацетиленом и кислородом от баллонов их следует установить в вертикальном положении в спец. стойках с зацепленными хомутами или цепями. В границах переездов или проходов баллоны устанавливать запрещается.

3. Не снимать колпак с баллона ударами молотка, если не снимается, то отправить в цех наполнитель.

4. После снятия колпака проверить штуцер кислородного баллона отсутствие масел исправность резьбы штуцера и вентиля, в ацетиленовом баллоне исправность уплотняющей кожаной прокладкой в гнезде присоединительного штуцера.

5. Не допускать присоединения шлангов с токоведущими проводами. Не пользоваться редуктором с неисправной накидной гайкой.

6. Присоединять редуктор к баллону спец. ключом.

7. Техника Безопасности во время работы

1. При работе в помещении необходимо соблюдать следующие правила: не касаться движущихся частей, механизмов и неизолированных проводов, не стоять и не проходить под поднятым грузом и под работающими наверху газосварщиками и газорезчиками. Не прикасаться к эл. оборудованию, распределительным щитам и др. токоведущими частями.

2. При выполнении газовой резки деревянные стены лестницы и двери расположенные ближе 5 м, закрывать листом асбеста или кровельным железом, не допускается перемещение рабочего с зажженным резаком за пределы рабочего места.

3. При перерывах в работе пламя резака потушить, вентиль на баллоне закрыть.

4. Не производить работу при загрязненных каналов притупов.

5. При обратном ударе пламени, закрыть на резаке, на баллоне и водяном затворе.

6. После каждого обратного удара осматривать водяной затвор, обратный клапан, шланги и продуть их инертным газом.

7. Запрещается работать с неисправной аппаратурой: редуктор, резаки шланги, вентиля манометр. Производить ремонт горелок, резаков, вентилей на рабочем месте запрещается, закреплять шланги к ниппелям проволокой запрещается.

8. В случае замерзания редуктора кислородного баллона, необходимо отогреть чистой горячей водой. Не прочищать мундштук наконечника стальной проволокой, а пользоваться латунной иглой.

При работе внутри емкости зажигание дуги производить вне емкости.

9. Запрещается сварка сосудов аппаратов находящихся под давлением.

10. Длина шлангов не должна превышать 30 м, в монтажных условиях 40 м. Минимальная длина стыкуемых участков 3 м, число стыков не более 2шт.

11. При работе в резервуарах в колодцах, убедиться в отсутствии газов требовать лабораторного анализа воздушной среды и без указания мастера к работе не преступать.

12. При газовой резке в близи токоведущих устройств последние должны быть обесточены, место работы оградить щитами исключающие случайные соприкосновения с плановедущими частями и должны быть сделаны подписи предостерегающими об опасности.

13. Балонны для сжатых газов поставляемые на завод наполнитель должен иметь остаточное давление; для кислорода 0,5 кг/см2.

14. Газовые баллоны должны быть предохранены от ударов, действия прямых солнечных лучей, удалены от дополнительных приборов на расстояние не менее 1 м и от открытого огня не менее 5 м.

15. На рабочих местах хранить не более 2-х баллонов (рабочий и запасной), др. от др. расположены не менее 5 м. От рабочего не более 10 м.

16. При окончании работ закрыть вентиль ацетилена, а затем вентиль кислорода, закрыть вентили на баллонах газопроводах, выпустить газ из всех коммуникаций, снять шланги, резаки, редукторы, сдать в кладовую, на баллоны навернуть предохранительные колпаки и убрать в шкафы, отключить вентиляцию, сдать рабочее место, мастеру сообщить о всех замечаниях.

Используемая литература

1. Глизманенко Д. А. (Сварка и резка металлов 1967 г.)

2. Рыбаков В. М. (Сварка и резка металлов 1968 г.)

3. Казаков Ю. В. (Сварка и резка материалов 2001 г.)

4. Маслов В. Н. (Сварочные работы 2001 г.)

5. Шебеко В. М. (Оборудование и техника автоматической и полуавтоматической сварки 1981 г.)

6. Верховенко А. В. (Справочник сварщика).

7. Раскатов В. М; Чуенков В. С; Бессонова Н. Ф; Вейс Д.А.

(Машиностроительные материалы, краткий справочник).

8. Чернышев Г. Г. (справочник молодого электросварщика по ручной сварки).