НЕРОЗ’ЄМНІ З’ЄДНАННЯ

						№ 1.1. Розрахувати товщину стінки автоклава при автоматичному зварюванні швом у дотик вздовж твірної циліндра. Внутрішній діаметр автоклава D1=2,0 м, робочий тиск у автоклаві q =3 МПа. Хімічний процес у автоклаві протікає при нормальній температурі. Матеріал – сталь Ст 5. Розрахунок вести для довільної довжини шва l0 (не впливає на товщину стінки). Зусилля, що діє на зварний шов, визначити як F= qD1l0 / 2.
									№ 1.2. Визначити довжину флангових швів з’єднання кутника 80*80*8 мм із косинкою. Навантаження, що діє на з’єднання,F=200 кН. Косинка і кутник виготовлені зі сталі Ст3; зварювання ручне, електроди звичайної якості. Навантаження статичне.
								№ 1.6. Розрахувати зварні шви, що з’єднують вінець зубчастого колеса з центром: D=300 мм , s = 20 мм. Крутний момент, що діє на з’єднаня Т = 53 кНм. Матеріал деталей з’єднання – сталь 20, для якої []р=190 МПа; зварювання ручне, електроди звичайної якості. Довжина одного флангового шва lф  60 к.

№ 1.7.

Розрахувати зварне з’єднання рами стенда для проведення втомних випробувань. Рама складається з вертикальних і горизонтальних щвелерів № 18 (швелер 18 ГОСТ 8240-72), зварених по периметру прилягання. Навантаження, що діє на один вузол і міняється за знакозмінним симетричним циклом, прикладене у центрі ваги зварного шва; амплітуда навантажень F = 45 кН. Матеріал швелерів – сталь Ст 2, зварювання ручне електродами звичайної якості.

№ 1.8.

Розрахувати з’єднання точковим зварюванням силового шпангоута з корпусом (обечайкою) геодезичної ракети. Загальне осесиметричне навантаження на шпангоут ( у результаті руху з прискоренням а ) складає 5,5 кН. Матеріал шпангоута і корпуса – сталь Ст 3. Діаметр електродів d = 5 мм.

№ 1.9.

Кутник 100*100*10 приварений до косинки кутовими фланговими швами. Визначити довжину l₁ та l₂ швів, якщо зварне з’єднаня повинно бути рівноміцним матеріалу кутника. Кутник виконаний зі сталі Ст2 з допустимим напруженням []_р = 140 МПа; зварювання виконане електродами Э 42 А.

№ 1.10.

Швелер № 33 (висота профілю h = 330мм , товщина стінки s = 7 мм) приварений до косинки кутовими швами. Довжина вертикального шва 330 мм, довжина горизонтальтних швів l = 330 мм. Визначити допустимий у з’єднанні момент М. Швелер виконаний зі сталі Ст 3 з допустимим напруженням []_р = 160 МПа, зварювання виконане електродами Э 42.

№ 1.11.

Визначити висоту h напівтора замикаючої головки вальцовочного з’єднання, якщо навантаження, що діє вздовж осі, рівне F=800 Н, а діаметр трубки d = 10 мм. Трубка виконана з мідного сплаву із _т= 80 МПа. Допустиме напруження прийняти []_зр= 0,2_т = = 16 МПа.

№ 1.12.

Яке допустиме навантаження на заклепкове з’єднання з двома накладками. Матеріал – сталь Ст 3, діаметр заклепок d = 20 мм, отвори просвердлені. Перевірити міцність листа у січенях І – І та ІІ – ІІ.

№ 1.13.

Визначити необхідну кількість заклепок z, з допомогою яких кріпиться днище циліндричного резервуара. Діаметр заклепок d = 8 мм. Отвори просвердлені. Деталі з’єднання виконані: заклепки –

сталь Ст 2, днище і резервуар – сталь Ст 3.

№ 1.14.

Визначити напруження в елементах заклепкового з’єднання, на яке діє зусилля F = 100 кН.

№ 1.15.

Знайти допустиме навантаження F заклепкового з’єднання при таких допустимих навантаженнях:

основний метал []_р = 140 МПа;

матеріал заклепок []_зр = 100 МПа; []_зм = 240 МПа.

Рис. до задачі № 1.14 Рис. до задачі № 1.15

№ 1.16.

Визначити найбільше напруження розтягу для кожного із двох варіантів розміщення заклепок. Розрахунковий діаметр заклепок d = 14 мм.

№ 1.17.

Розрахувати зварне стикове з’єднання днища і циліндричної обечайки посудини, що знаходиться під внутрішнім тиском, який змінюється за періодичним законом (від нуля до максимального значення). Зовнішній діаметр з'єднання D =245 мм (ГОСТ 8732-78, СТ СЭВ 1481-78), максимальний тиск р = 16 МПа. Зварювання ручне електродами звичайної якості. Матеріал днища і обечайки – сталь Ст 5.

№ 1.18.

Визначити співвідношеня l / b , при якому два флангові шви і штаба будуть рівноміцні. Катет шва дорівнює товщині штаби. Допустиме напруження зрізу у швах становить 0,6 допустимого напруження розтягу штаби.

b

F

l

		№ 1.19. Визначити відношення міцності пари лобових швів до міцності штаби. Катет шва дорівнює товщині штаби. Допустиме напруження зсуву у швах становить 0,6 допустимого напруження розтягу штаби.

№ 1.20.

Розрахувати з’єднання, виконане точковим зварюванням і навантажене силою F = 3500 Н. Товщина пластин  = 3 мм ( _Т = 200 МПа, s = 1,5 ; К_еф = 7,5).

Навантаження знакозммінне ( R = -1 ).

1.21. Перевірити міцність елементу клепаної конструкції (рис. 1.21), в поперечному перерізі якого подовжня сила змінюється від Nmax = 250 кН до Nmin = - 80 кН. Елемент складається з двох кутників 90 х 90 х 10. Визначити необхідну кількість заклепок, якщо товщина косинки δ = 15 мм, діаметр отворів під заклепки d0 = 20 мм; отвори свердлені; матеріал кутників, косинки і заклепок - сталь Ст 3 (основні допустимі напруження: [σ]_р = 160 МПа, [τ]_зр = 140 МПа, [σ]_зм = 320 МПа); шов однорядний.

Рис. 1.21.

Вказівка. При знакозмінному навантаженні допустимі напруження, мають бути знижені множенням на коефіцієнт

де Nmin береться зі своїм знаком.

Перевірку кутників на стійкість виконувати не потрібно.

1.22. Зварне одиндискове зубчасте колесо (рис. 1.22) передає потужність N = 155 кВт при n = 145 об/хв. Матеріал диска 2 і ребер 3 - сталь Ст 3. Матеріал маточини 1 і обода 4 - сталь 35. Зварювання виконане вручну електродами Э42. Перевірити міцність швів, що сполучають диск з ободом і диск з маточиною. Катет швів k = 6 мм; D_cm - 200 мм; d_д = 747 мм; В = 180 мм; D₀ = 675 мм; d = 130 мм.

1.23. Визначити необхідну кількість заклепок для прикріплення рівнобоких кутників 75 х 75 х 10 до фасонки (рис. 1.23), якщо розрахункове зусилля N = 75 кН; діаметр заклепок d = 16 мм; отвори свердлені d₀ = 16,5 мм. Матеріал кутника і заклепок - сталь Ст. 3. Навантаження статичне. Основні допустимі напруження: [σ]_р = 160 МПа, [τ]_зр = 140 МПа, [σ]_зм = 320 МПа.

1.24.

Перевірити міцність зварного з'єднання, якщо на кінці клемового важеля, довжиною l і товщиною d (рис. 3.3, табл. 3.3) прикладена сила F. Матеріал важеля - Сталь 10. Розмір важеля біля місця зварювання а. Зварювання ручне.

Таблиця 3.3

	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
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
d, мм	5		6		7		8		10
Електроди	Э42А		Э50		Э42		Э50		Э42А

1.25.

Розрахувати зварене з'єднання - довжину шва l (рис. 3.4), що кріпить стійки нерухомого блоку до плити. Зварювання автоматичне. Матеріал деталей, що зварюються - сталь Ст 5. Товщина стійок d (табл. 3.4).

Таблиця 3.4

	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29
h, мм	160	150	120	150	160	150	135	150	120	110
a, рад	p/4	p/3	p/6	p/4	p/3	p/6	p/4	p/3	p/6	p/4
d, мм	6				8			10
Електроди	Э42А				Э50			Э42

1.26.

Перевірити міцність зварного з'єднання кріплення труби до нерухомої плити А (рис. 3.5) шляхом обварювання по контуру зварним швом з катетом k, якщо зовнішній діаметр труби D, товщина стінки d (табл. 3.5). Матеріал труби - сталь Ст 3. Зварювання автоматичне електродами Э 50А.

Таблиця 3.5

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

1.27.

Розрахувати зварене з'єднання з серги, блока і швелера (рис. 3.6). На блок діє сила F, товщина стінки серги d (табл. 3.6). Матеріал деталей, що зварюються - Сталь 10. Зварювання ручне.

	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	5	10	7	8	9	10	12	14	12	13
h, мм	160	200	150	200	250	150	120	200	250	300
a, рад	p/4	p/3	p/6	p/4	p/3	p/6	p/4	p/3	p/6	p/4
Електроди	Э42А				Э50			Э42
d, мм	6				8			10

1.28.

Визначити товщину листів, накладок та розміри поздовжнього і поперечного клепаних швів циліндричного автоклава, призначеного для випробувань деталей під тиском (рис. 4.3). Діаметр автоклава D і тиск рідини в автоклаві P₀ задані в табл. 4.3.

Таблиця 4.3

	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
D, мм	500	600	750	850	950	800	900	700	550	650
P0, МПа	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	1,6	1,3	1,7	1,1	1,2

1.29.

Визначити діаметр і кількість заклепок у з'єднанні в дотик з двома накладками (рис. 4.4), а також перевірити міцність смуг на розтяг по ослабленому перерізу, якщо навантаження F (табл. 4.4) прикладене статично. Смуги і накладки виготовлені зі сталі Ст 3, заклепки - зі сталі Ст 2, отвори просвердлені.

Таблиця 4.4

	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	25	40	50	60	30	50	80	50	90	90
b, мм	150	200	160	200	120	140	200	220	200	320
l, мм	150	180	200	250	200	400	300	250	240	300
δ, мм	2	2	3	3	4	4	5	5	6	6

1.30.

Розрахувати заклепки, виготовлені зі сталі Ст 2, що кріплять скоби A до косинки B і косинку з швелером C. Всі деталі з'єднань виконані зі сталі Ст 3. Сила, що діє на блок, 2F (рис. 4.6). Товщина листів скоби і косинки δ (табл. 4.6).

Таблиця 4.6

	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	25	20	25	30	15	30	35	25	20	45
№	5	6,5	8	10	12	14	16	18	20	22
δ, мм	4	4	5	5	6	6	7	7	8	8

1.31.

Розрахувати заклепкове з'єднання: визначити кількість і діаметр заклепок, що з'єднують косинку 1 з швелерною балкою 2; висоту косинки а (рис. 4.7). Матеріал косинки, швелера і заклепок - сталь Ст3. Дані для розрахунку наведені в табл. 4.7.

Таблиця 4.7

	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	35	30	25	20	15	25	30	35	20	40
№	10	12	14	16	18	20	22	24	27	30
l, мм	500	450	400	600	650	500	550	700	650	600
b, мм	34	44	56	60	70	80	90	110	130	160
δ, мм	4,0	4,0	5,0	5,0	6,0	6,0	7,0	7,0	8,0	8,0

1.32.

Визначити діаметр і кількість заклепок, що кріплять рівнобічний кутник № до косинки товщиною d, а також вказати розміщення заклепок, якщо кутник сприймає зусилля F, що діє по осі симетрії з'єднання (рис. 4.10, табл. 4.10). Матеріал кутника, косинки і заклепок - сталь Ст 3, отвори просвердлені. Перевірити також напруження в кутнику по ослабленому перерізу.

Таблиця 4.10

	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
F, кН	25	20	35	50	15	30	40	25	20	45
№ кутника	4,5	5	5,6	6,3	7,5	8	9	10	11	12,5
δ, мм	4	4	6	6	8	8	10	10	12	12

Таблиця 1.1. Допустимі напруження для зварних швів при статичному навантаженні.

Вид зварювання	Допустиме напруження для зварних швів
	При розтягу []р’	При стиску []ст	При зрізі []зр
Автоматичне і ручне електродами Э42А та Э50А, в середовищі захисного газу, контактне стикове із оплавленням	[]р	[]р	0,65 []р
Ручне електродами звичайної якості	0,9 []р	[]р	0,6 []р
Контактне точкове	0,3 []р^*	---	0,5 []р
^* З’єднання, виконані точковим контактним зварюванням, на розтяг практично не працюють.

Нижче подано допустимі напруження при розтягу, стиску та згині для матеріалу зварних швів металоконструкцій промислових споруд при постійному навантаженні:

Сталь	Ст 0, Ст2	Ст3, Ст4	Ст5	Низьколегована
Допустиме напруження, МПа	140	160	190	250

При розтягу допустиме напруження для основного металу можна приймати []_р = (0,5…0,6) []_т .

Таблиця 1.2. Рекомендації для вибору отворів під заклепки

Діаметр заклепки d, мм	Діаметр отвору при збиранні d0 , мм
	точному	грубому
4, 5, 6, 8, 10	d + 0.5	d + 0.7
12, (14), 16, (18)	d + 0.5	d + 1.0
20, (22), 24, 30, 36	d + 1.0	d + 2.0

Примітка. Розміри заклепок у дужках застосовувати не рекомендується.

Для заклепок зі сталей Ст0, Ст2, Ст3

при просвердлених отворах у деталях.

Таблиця 1.3. Допустимі напруження у деталях заклепкових з’єднань

Вид напружень	Спосіб виготовлення отворів	Допустиме напруження, МПа для
		конструкцій і заклепок із низьковуглецевих сталей	з’єднань із кольорових сплавів
Зріз	Свердління Витискання	140 100	(0,25…0,30) Т
Зминання	Свердління Витискання	320 280	(0,60…1,00) Т