Проект сварной двутавровой балки
Сварка как один из ведущих технологических процессов обработки металлов. Направления развития сварочного производства. Изготовление двутавровой балки. Описание конструкции и условий эксплуатации, выбор материала. Высота балки, конструирование ее сечения.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.03.2013 |
| Размер файла | 1,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Описание конструкции и условий эксплуатации
- 2. Выбор материала
- 3. Определение расчётных нагрузок и построение эпюр изгибающего момента и поперечной силы (Мизг,Q)
- 4. Определение высоты балки
- 4.1 Определение высоты из условий жёсткости с учётом прочности
- 4.2 Определение высоты балки из условия минимального веса, с учётом прочности
- 5. Конструирование сечения балки
- 5.1 Определение требуемых моментов сопротивления и инерции
- 5.2 Подбор площади сечения горизонтальных поясов балки
- 5.3 Определение уточнённых значений высоты балки, момента инерции и момента сопротивления
- 5.4 Проверка прочности сечения балки
- 5.5 Проверка жёсткости балки
- 5.6 Проверка общей устойчивости балки
- 5.7 Проверка местной устойчивости элементов балки
- 5.8 Подбор рёбер жёсткости
- 6. Конструирование и расчёт сварных соединений балки
- 6.1 Выбор и обоснование способа сварки
- 6.2 Расчёт поясных швов
- 6.3 Расчёт стыков балки
- 7. Конструирование и расчёт опорных плит
- Заключение
- Литература
Введение
Сварка - великое изобретение конца прошлого века, принадлежащее нашим соотечественникам Н. Н Бенардосу и Н. Г Славянину.
Сварка является одним из ведущих технологических процессов обработки металлов.
Определены основные направления развития сварочного производства:
Замена клепаны, литых, кованных конструкций более экономическими сварными.
Сварка ГОСТ19903-74 называется технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями, при их общем или местном нагреве, или совместным действием того и другого.
Сварка - широко применяется в основных отраслях производства, потребляющих металлопрокат, так как резко сокращает расход метала, сроки выполнения работ и трудоемкость производительных процессов.
Выпуск сварных конструкций и уровень механизации сварных работ расчет из года в год.
Применение сварки способствует совершенствованию машиностроения и развитию новых отраслей техники - ракетостроение, атомной энергетики, радиоэлектроники. Проводятся работы по выполнению сварки в открытом космосе.
Большие преимущества сварки обеспечили ее широкое применение в народном хозяйстве: в медицине, без неё сейчас немыслимо производство судов, турбин, котлов, самолетов, мостов, реакторов и других конструкций.
1. Описание конструкции и условий эксплуатации
Балки - конструктивные элементы сплошного или сварного сечения, работающие на изгиб. Балки - входят в состав конструкций машин и сооружений. Они представляют собой основные элементы рам различного назначения, например рамы перекрытия и мостов. Большие применение имеют балки кранов, вагонов, станин, а так же металлических каркасов зданий, двутавровые балки и коробчатые с измененным поперечным сечением. Сварочные двутавры целесообразны и экономичны. Они позволяют изготовить профили с различными отношениями Jх/JУ, с разной шириной и толщиной вертикальных листов, а так же горизонтальных. Стойкость сварного двутавра высокого номера. При проектирование конструкций сварных балок учитывают следующие требования: Жесткость конструкции при условии наименьшего условия балки. Расчетные напряжения в балке не должны превышать допускаемых значений. Вес балки, удовлетворяющие всем требованиям эксплуатации, тем более рационально спроектирована конструкция. Устойчивость. Местную для отдельных частей балки, а так же для всей конструкции в целом. Рациональность сварных изделии. Соединения балок должны быть технологичными в изготовке, то и есть простыми и экономичными в изготовлении. Соответствии требованиям общей компоновке всего сооружения и машины, в состав которых в качестве элемента входит рассматриваемая балка. Балки применяются для конструкций большой грузоподъемности.
2. Выбор материала
Для изготовления двутавровой балки выбираем Ст5пс по ГОСТ 380-80 Сталь Ст5пс конструкционная углеродистая обыкновенного качества. Выбор производится с учетом характера нагрузок, условий работы конструкции и её экономичности. Конструкция должна удовлетворять условиям жесткости, прочности и выносливости.
Таблица 1. Химический состав стали Ст5пс ГОСТ 380-80
|
Марка |
С% |
Si% |
Mn% |
S% |
P% |
|
|
Ст5пс |
0.28 - 0.37 |
0.05 - 0.15 |
0.5 - 0.8 |
до 0.05 |
до 0.04 |
Таблица 2. Механические свойства стали Ст5пс ГОСТ 380-80
|
Марка |
GВ МПа |
Gт кгс мм |
Бs% |
|
|
Ст5пс |
500-640 |
20 - 40 |
19 |
С (углерод) повышает прочность, понижает закаливаемость, понижает пластичность и удельную вязкость. Mn (марганец) - повышает прочность, мало влияет на пластичность, коррозионную стойкость и свариваемость. Si (кремний) - увеличивает прочность, содержание не более 0,6% при большом содержании увеличивает хладноломкость, улучшает механические свойства и ухудшает пластичность. S (сера) - является вредной примесью, содержание серы выше 0,04% приводит к горячим трещинам. P (фосфор) - снижает ударную вязкость, его содержание в металле шва не должно быть 0,04%.
Сварка производится без подогрева и без последующей термообработки, ограниченно свариваемая сварка возможна при подогреве до 100-120 градусов, и последующей термообработке. Трудносвариваемая для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 градусов. При сварке, термообработка после сварки - отжиг.
3. Определение расчётных нагрузок и построение эпюр изгибающего момента и поперечной силы (Мизг,Q)
Рисунок 1 - Эпюры изгибающего момента и поперечной силы
Определить опорные реакции:
Определить изгибающий момент в сечении под сосредоточенной силой.
Определить изгибающий момент в середине пролёта.
Определить поперечную силу в сечении под сосредоточенным грузом.
Определить поперечную силу на опоре.
Таким образом, величиной максимального момента для балки является
4. Определение высоты балки
4.1 Определение высоты из условий жёсткости с учётом прочности
Так как от суммарного момента напряжение достигает:
;
то от момента , вызванного сосредоточенными грузами, напряжение будут составлять:
,
Эту величину и следует учитывать вместо , при определении требуемой высоты h.
Прогиб от 2-х сосредоточенных сил Р, расположенных симметрично в пролёте равен
Если заменить через , то
Величина М может быть выражена через напряжения
,
где , то после подстановки получим
, откуда
,
4.2 Определение высоты балки из условия минимального веса, с учётом прочности
Предварительно задаётся толщина вертикального листа - При подборе в первом приближении можно воспользоваться формулой:
, где в метрах;
.
Вывод: Так как требуемая высота, найденная из условия наименьшего веса больше чем из условий жёсткости, то следует принимать наибольшую высоту.
С учётом графика зависимости отношения высоты и площади поперечного сечения балки принимаем требуемую cм для проектируемой балки.
Принимается высота вертикального листа:
Предварительно задается толщина полки
Рисунок 2 - Поперечное сечение сварной двутавровой балки
5. Конструирование сечения балки
5.1 Определение требуемых моментов сопротивления и инерции
Момент инерции вертикального листа (стенки) -
Требуемый момент инерции горизонтальных листов (полок):
где - момент инерции горизонтального листа относительно собственной оси очень мал и поэтому им можно пренебречь;
- расстояние от центра горизонтального листа до центра тяжести балки.
5.2 Подбор площади сечения горизонтальных поясов балки
Требуемая площадь сечения одного горизонтального листа балки равно:
,
Необходимо подобрать размеры пояска, чтобы площадь сечения была больше или равно и чтобы выполнялось местной устойчивости горизонтального пояса
Предварительно принимается и находиться ширина пояса:
Принимается
Проверить выполнение условия
Условие местной устойчивости выполняется и тогда площадь сечения пояса при и мм будет:
Рисунок 3 - Распределение напряжений по сечению балки
5.3 Определение уточнённых значений высоты балки, момента инерции и момента сопротивления
где
5.4 Проверка прочности сечения балки
1) Наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки:
,
- расстояние до крайнего волокна балки.
Отклонения определяются по формуле
Вывод:
Сечение спроектировано экономично, так как отклонение наибольшего напряжения составило 0,69% и не превышает 5%.
2) Определить касательное напряжение на уровне центра тяжести балки в опорном её сечении при
где S - статический момент половины площади сечения относительно центра тяжести балки.
3) Определить эквивалентные напряжения на уровне верхней кромки вертикального листа в сечении, где имеется большой изгибающий момент и .
вычислим в этом волокне балки напряжения
вычислим в этом же волокне напряжение
где Sг - статический момент площади горизонтального листа
что меньше наибольшего нормального напряжения в крайнем волокне.
5.5 Проверка жёсткости балки
Определить действительный прогиб балки от сосредоточенных грузов:
Норма жёсткости
Вывод: Жесткость обеспечивается
5.6 Проверка общей устойчивости балки
Общая устойчивость проверяется по формуле:
- коэффициент, являющийся функцией коэффициента, который определяется по формуле
- свободная длина балки, см
Зная коэффициент , определяем из графика [1], стр.211.
Момент инерции балки относительно оси
;
Полученный корректировать по приведенной на стр.211 таблице пересчёта.
Принять .
Вывод: Общая устойчивость балки обеспечена, так как:
5.7 Проверка местной устойчивости элементов балки
Проверка устойчивости вертикального листа (стенки)
где для Ст5пс
- предел текучести стали
Вывод: Устойчивость вертикальной стенки обеспечена без рёбер жёсткости, но их следует установить на опоры и в местах приложения сосредоточенных сил.
5.8 Подбор рёбер жёсткости
Ширина ребра
Принять
Толщина ребра
Принять
Вывод: Местная устойчивость горизонтального листа выполняется, так как из условия местной устойчивости: (см. п.5.2)
6. Конструирование и расчёт сварных соединений балки
6.1 Выбор и обоснование способа сварки
Выбрать способ сварки:
а) для стыков балки
стыковые швы выполнить автоматической сваркой под слоем флюса по ГОСТ 8713-79-С7-Аф
Рисунок 4 - Форма подготовки кромок и поперечного сечения сварного шва стыкового соединения
б) для поясных швов
Поясные швы выполнить автоматической сваркой под флюсом по ГОСТ 8713-79-Т3-Аф - 6
Рисунок 5-Форма подготовки кромки и поперечного сечения сварного шва таврового соединения
Принять
в) Швы приварки рёбер жёсткости выполнить полуавтоматической сваркой в среде СО2 по ГОСТ 14771-76-Т3-УП - 5.
Рисунок 6 - Форма подготовки кромок и поперечного сечения сварного шва таврового соединения.
Принять
6.2 Расчёт поясных швов
Рабочими напряжениями в поясных швах в соединениях без подготовки кромок являются касательные.
1) Напряжениями в поясных швах вызванные поперечной силой
определяется:
,
,
Sг - статический момент горизонтального листа относительно центра тяжести.
2) Местное напряжение в поясных швах под сосредоточенной силой определяется по формуле:
,
,
Результирующее напряжение
,
.
.
Вывод: Прочность шва обеспечена.
6.3 Расчёт стыков балки
По ГОСТ 19903-74 при толщине листа 12 мм длина листа 5000 мм, ширина 1400 мм. При толщине листа 12 мм ширина листа 1400 мм, длина 5000 мм. Для определения общего количества материала, определения размеров деталей и количества стыков, необходимо определить общую длину балки.
,
где - общая длинна балки, мм;
- длина балки между опорами, мм;
- Расстояние от опорного ребра до края стенки назначить конструктивно:
- для балок из малоуглеродистой стали;
- толщина ребра, мм;
- расстояние между рёбрами на опоре принять конструктивно, с учётом удобств проведения сварочных работ;
.
На балке 1 технологический стык
7. Конструирование и расчёт опорных плит
- радиус плиты
- ширина плиты
- диаметр штырей
- толщина плиты
- момент плиты
,
- усреднённое значение в поясе балки на участке между опорами.
,
,
С - овальное отверстие в подвижной опоре
где С'=1см - добавка к длине овального отверстия
- коэффициент линейного расширения для материала балки.
- период температуры при эксплуатации балки
Принимаем
сварная двутавровая балка сварка
Рисунок 8 - Подвижная опора балки
Заключение
В данном курсовом проекте рассчитано и спроекцировано сварная балка двутаврового профиля. Подобные балки используются в строительстве. Сварная балка двутаврового профиля, лежащая на двух опорах рассчитываются по методу допускаемых напряжений с учетом условий эксплуатации при заданной нагрузке. При проектировании данной конструкции учитывалось требование экономических показателей. При подбое сечения балки учитывались свойства материала и заданные нагрузки.
Литература
1. Блинов А.Н., Лялин К.В. Сварные конструкции. - М.: Стройиздат, 1990
2. ГОСТ 2.302 - 68, ГОСТ 8713 - 79, ГОСТ 14771 - 76, ГОСТ 19903 - 74
3. Николаев Г.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Расчёт и проектирование. - М.: Высшая школа, 1990
4. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Технология изготовления. Автоматизация производства и проектирования сварных конструкций. - ч. II, М.: Высшая школа, 1983
5. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформаций конструкций. - ч.1, М.: Высшая школа, 1982
6. Стрижнёв В.Н. Методическое пособие по расчёту и конструированию двутавровой балки. - Н. Новгород, 2010
7. Шебеко Л.П. Экономика, организация и планирование сварочного производства. - М.: Машиностроение, 1986.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Сварка как один из распространенных технологических процессов соединения материалов. Описание конструкции балки. Выбор и обоснование металла сварной конструкции. Выбор сварочного оборудования, способа сварки и методов контроля качества сварных соединений.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.02.2014Назначение, особенности и условия эксплуатации сварной конструкции. Выбор и обоснование выбора способа сварки балки двутавровой. Определение расхода сварочных материалов. Определение параметров сварных швов и режимов сварки. Контроль качества продукции.
дипломная работа [643,9 K], добавлен 03.02.2016Основные критерии классификации стальной балки. Анализ технологичности конструкции сварного узла. Расчет размеров двутавровой балки. Технические условия на изготовление сварного узла. Выбор основного и сварочного материала, вида сварки и оборудования.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.05.2016Рассмотрение использования двутавровой балки в широких пролетах промышленных объектов. Описание конструкции сварной подкрановой балки со свободно опертыми концами. Расчёт эквивалентного напряжения в сечении, поясных швов. Конструирование опорных узлов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 29.04.2015Определение расчетных значений изгибающих и поперечных моментов балки, высоты из условия прочности и экономичности. Расчет поперечного сечения (инерции, геометрических характеристик). Обеспечение общей устойчивости балки. Расчет сварных соединений и опор.
курсовая работа [1023,2 K], добавлен 17.03.2016Технико-экономические показатели работы цеха. Сортамент выпускаемой продукции. Расчёт нажимного устройства на прочность и подшипника на жесткость обжимной клети "1300". Технологический процесс производства двутавровой балки. Расчет калибровки валков.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 14.11.2017Расчетная схема сварной подкрановой балки. Расчет конструкции и краткая технология изготовления балки. Построение линий влияния и определение величины изгибающего момента для различных сечений балки от веса тяжести. Конструирование опорных узлов балки.
курсовая работа [835,8 K], добавлен 05.03.2013Требования к способам и технологии сварки. Процесс проектирования конструкции балки: подбор стали, определение из условия прочности сечения профилей. Расчет расхода сварочного материала. Основные правила техники безопасности при проведении работ.
курсовая работа [545,5 K], добавлен 03.04.2011Выполнение расчетов косвенных затрат на амортизацию производственного здания и оборудования, на ремонт инвентаря. Калькуляция себестоимости детали. Составление сводной ведомости основных технико-экономических показателей сварки двутавровой балки.
курсовая работа [154,6 K], добавлен 31.05.2013Компоновка и подбор сечения балки. Проверка жесткости и устойчивости балки. Проверка местной устойчивости элементов балки. Конструирование укрупнительного стыка балки и сопряжения балки настила с главной балкой. Компоновка сечения сквозной колонны.
курсовая работа [322,2 K], добавлен 23.06.2019
