3.1 PROJEKTOVATI JEDNOPLOŠNI REZERVOAR ZA KOMPRIMIRANI VAZDUH

Podaci: Pritisak vazduha: Prečnik rezervoara: Dužina rezervoara: .

Proračunati: Debljinu limova i zavarene sastavke

Nacrtati: Sklopni crtež rezervoara sa potrebnim brojem projekcija, presjekai detalja.

3.1 ZAVARENI SPOJEVI PRI KONSTRUISANJU REZERVOARA POD PRITISKOM

3.1.1 POTREBNA DEBLJINA STIJENKE ZA CILINDRIČNI PLAŠTEVE POSUDE POD PRITISKOM

Najmanja debljina stjenka za cilindrične plašteve posuda pod pritiskom se proračunava prema sljedećem izrazu:

Gdje je: [ mm ] – najmanja debljina stjenkeDu [ mm ] – unutrašnji prečnik plaštaDv [ mm ] – vanjski prečnik plaštap [ MPa ] – najveći dopušteni pogonski pritisakσv [MPa] – granica razvlačenja materijala (tabela 3.4),za mehaničke karakteristike materijala za posude pod pritiskom usvajam Č.1205 koji pri sobnoj temperaturi iznosi: σv=235 MPas – stepen sigurnosti (tabela 3.1), usvajam stepen sigurnosti s=4 za bešavne i zavarene posude sa tvorničkom potvrdom za kvalitet materijala prema DIN 500 49φz – faktor slabljenja koji zavisi od kvaliteta vara i vrste vara i iznosi,φz= 0,8 ÷ 1 usvajamo φz=0,8 c1 [ mm ] – dodatak koji uzima u obzir negativna odstupanja stjenke ,obično je c1=0 c2 [ mm ] – dodatak za istrošenost (koroziju), c2=1 mm. Ovaj dodatakotpada kod ≥ 2mm ili kada se čelici dovoljno zaštitec3 [ mm ] – dodatak za obzidavanje koji kod obzidanih posuda podpritiskom treba predvidjeti za dodatna naprezanja zbog tezine zida, c3=0

Za dobivenu vrijednost debljina stjenke plašta rezervoara usvaja se prva veća vrijednost debljina lima (JUS C.B4.110)(pogl.3.1.5)

=30 mm .

3.1.2 POTREBNA DEBLJINA STJENKE DD DANCETA (DNA) POSUDE POD PRITISKOM I PARNIH KOTLOVA

1

Najmanja debljina stjenke D danceta (dna) se računa izrazom:

Gdje je:D [ mm ] – najmanja debljina stjenke

– vanjski prečnik plaštab – koeficijent proračuna (tabela 3.2)

Prvo izaberemo konstruktivnu izvedbu danceta (puno plitko dance b=2,9; puno duboko dance b=2).Usvajam puno duboko dance b=2

Vanjski prečnik priključnice cijevi računa se izrazom

Za izabranu vrijednost b računa se orijentaciona vrijednost dobivene stijenke danceta

gdje je DO – debljina stjenke danceta bez dodataka.

Zatim se za tu izračunatu vrijednost DO izračunava odnos

Na osnovu dobivene vrijednosti ovog odnosa iz tabele 3.2 usvaja se vrijednost koeficijenta proračuna b=2,3

Sa tom vrijednošću b izračuna se D

φz=0,8 – faktor slabljenja vara. Za zatvoreno dance od više dijelova je φz=0,8 ÷ 1 c1, c2, c3, – dodatak za debljinu stjenke (kao u predhodnoj tačci 3.1.1)c4 – dodatak vanjskog pritiska. Kod posuda unutrašnjeg pritiska c4=0 mmc5 –konstrukcioni dodatak. Ako je kod posude pod pritiskom vrijedi relacija:

, pa je c5=0,

Za dobivenu vrijednost debljina stjenke danceta (dna) D usvaja se prva veća vrijednost debljina lima (JUS C.B4.110)(pogl.3.1.5) D=36 mm.

2

3.1.3 KONSTRUKTIVNE MJERE ZA DANCE POSUDE POD PRITISKOM

Slika 3.2 Konstruktivne mjere danceta

Duboko dance

3.1.4 ODREĐIVANJE BROJA ČELIČNIH TABLI LIMA ZA IZRADU PLAŠTA REZERVOARA

Gdje je:L=10000 mm – ukupna dužina rezervoara

– usvojena standardna širina jedne table lima.Širima standardne table lima ( ) treba se tako odabrati da broj table lima bude cio broj. Na ovu vrijednost možemo uticati promjenom veličinom (h).

– visina cilindričnog dijela danceta, usvaja se prema preporuci iz tabele 3.3 za duboko dance dance (priručnik)

– visina sfernog dijela danceta, usvaja se prema preporuci iz tabele 3.3 za duboko dance (priručnik)

Broj čeličnih tabli lima n=6.

Sada je potrebno izracunati stvarnu vrijednost h, na osnovu usvojenog broja tabli lima:

3.1.5 PRORAČUN ZAVARA NA REZERVOARU POD PRITISKOM

3.1.6.1 PRORAČUN ZAVARA NA PRIKLJUČNOJ CIJEVI

3

Zavar na mjestu priključene cijevi je opterećen na smicanje, silom kojuprouzrokuje pritisak zraka u rezervoaru.

Slika 3.3 Detalj A ugaoni var na priključnoj cijevi

Smičući napon u zavaru se definiše:

Gdje je:

–smičuća sila

– računska površina zavara izložena smicanju

– računska debljina zavara

– dozvoljeni napon zavara

– faktor zavarivanja (tabela 3.5), – za ugaone sastavke– granica razvlačenja materijala (tabela 3.4)(kao u tački 3.1.1)

s= 4 – stepen sigurnosti (tabela 3.1)(kao u tački 3.1.1)

Proračun je zadovoljen jer je

3.1.5.2 PRORAČUN RADIJLNOG ZAVARA IZMEĐU PLAŠTA I DANCETA

4

Slika 3.4 Detalj B sučeoni var između dancetai plašta

Zavar je opterečen na zatezanje, silom koja potiče od pritiska na dance. Napon zatezanja u zavaru se definiše:

Gdje je:

–zatezna sila zavara

– računska površina zavara izložena zatezanju

– računska debljina zavara

– dozvoljeni napon zavara

– faktor zavarivanja (tabela 3.5), – ugaone sastavke– granica razvlačenja materijala (tabela 3.4)(kao u tački 3.1.1)

s= 4 – stepen sigurnosti (tabela 3.1)(kao u tački 3.1.1)

Proračun je zadovoljen jer je

3.1.5.3 PRORAČUN RADIJALNIH ZAVARA NA PLAŠTU

5

Slika 3.5 Detalj C V-sučeoni var na plaštu

Zavar je opterečen na zatezanje, kako su plašt i dance zavareni, to znači da se opterečenje sa danceta prenosi i na plašt, u aksijalnom smjeru. Napon zatezanja u zavaru se definiše:

Gdje je:

–zatežuća sila zavara

– računska površina zavara izložena zatezanju

– računska debljina zavara

– dozvoljeni napon zavara

– faktor zavarivanja (tabela 3.5), – za čeono zavarene sastavke– granica razvlačenja materijala (tabela 3.4)

(kao u tački 3.1.1)s= 4 – stepen sigurnosti (tabela 3.1)(kao u tački 3.1.1)

Proračun je zadovoljen jer je

6

3.1.5.4 PRORAČUN UZDUŽNOG ZAVARA NA PLAŠTU

Proračun se odnosi na uzdužni var kojim spajamo table limova koje smo prije toga savili na potrebni radijus. Postupak provjere zavara uraditi čemo za već usvojenu širinu jedne trake lima .

Slika 3.6 Izgled uzdužnog zavara na jednoj tabli lima

Zavar je opterečen na zatezanje. Napon kojim je izložen je kao u predhodnim slučajevima:

Gdje je:

–zatežuća sila zavara

– računska površina zavara izložena zatezanju

– računska debljina zavara

– dozvoljeni napon zavara

– faktor zavarivanja (tabela 3.5), – za čeono zavarene sastavke– granica razvlačenja materijala (tabela 3.4)

(kao u tački 3.1.1)s= 4 – stepen sigurnosti (tabela 3.1)(kao u tački 3.1.1)

Proračun je zadovoljen jer je

7

3.2 Za dio prema slici 3.7 provjeriti dinamički stepen sigurnosti zavarenog kružnog ugaonog sastavka koji vezuje vratilo sa ručicom. Materijal je Č.0445, a zavarivanje N (normalno).

Prečnik vratila Sila na ručici Krak ručice Računska debljina vara

3.2 PRORAČUN DINAMIČKOG STEPENA SIGURNOSTI ZAVARENIH SASTAVA PREMA AMPLITUDNOM NAPREZANJU

3.2.1. PRORAČUN DINAMIČKOG STEPENA SIGURNOSTI ZAVARENOG KRUŽNOG UGAONOG SASTAVA

Slika 3.7 Kružni ugaoni sastavak

Redukovanjem sile ±F (istog inteziteta, a promjenjivog smijera) na mjestu zavara možemo konstantovati da je zavar opterečen na:

Uvijanje – momentom uvijanja Smicanje – silom smicanja F.

Također možemo zaključiti da je karakter opterećenja u oba slučajaČISTO NAIZMJENIČNO OPTEREĆENJE.

Slika 3.8 Čisto naizmjenično promjenjivo opterećenje

Za proračun stepena sigurnosti sastavaka kod promjenjivog opterećenja koristi se najčešće izrazi za stepen sigurnosti prema amplitudi izdržljivosti.

odn.

8

Gdje je:– amplitudni napon izdržljivosti materijala (Smitov dijagram)

– amplituda napona kojem je element izložen u toku rada– faktor oblika sastava i vrste naprzanja (tabela 3.6)– faktor klase kvalitete zavara, uzima se ovisno o klasi zavarivanja (normalno (N)

zavarivanje ; – faktor veličine presjeka, obično iznosi

– utjecaj veličine elementa na dinamičku izdržljivost pa se može usvojiti da je,gdje je – faktor uticaja veličine presjeka (tabela 1.48)(linija b)

– stepen sigurnosti, koji teba da bude u granicama

3.2.1.1. DINAMIČKI STEPEN SIGURNOSTI U ODNOSU NA UVIJANJE

Kako se radi o čisto naizmjeničnom opterećenju vrijedi:

i

Iz Smitovog dijagrama slika 1.39 za Č.0445 očitamo:

Amplitudni napon kojem je var izložen:

, pri čemu je:

3.2.1.2. DINAMIČKI STEPEN SIGURNOSTI U ODNOSU NA SMICANJE

Za vrijednosti faktora i amplitude izdržljivosti uzimamo istu vrijednost kao i kod uvijanja. Napon od smicanja:

, gdje je

– površina izložena smicanju

9

3.2.1.3. SVEDENI DINAMIČKI STEPEN SIGURNOSTI ZA TANGENCIJALNE NAPONE

Zavareni sastav je predimenzionsan jer je proračun stepena sigurnosti preveliki.

3.3 PRORAČUN DINAMIČKOG STEPENA SIGURNOSTI ZAVARENOG SASTAVA PREMA SLICI 3.3 (ROTOR SA ZAVARENIM RUKAVCEM).

Redukovanjem sile F na zavaru možemo zaključiti da će zavareni spoj na rotoru biti istovremeno izložen naponima:

Savijanje – moment savijanja Uvijanje – moment uvijanja Mu

Smicanje – sila smicanje F

Slika 3.3 Rotor sa zavarenim rukavcem

Podaci:

Materijal je Č.0445, a zavarivanje je fino (F).Potrebno je proračunati stepen sigurnosti za sva tri napona odvojeno, pa potom izračunati

svedeni stepen sigurnosti.

3.3.1 DINAMIČKI STEPEN SIGURNOSTI ZAVARA PREMA SAVIJANJU

Kod rotirajučih dijelova koji su izloženi savijanju uvijek se uzima da je tip opterečenja ČISTO NAIZMJENIČNO PROMJENJIVO.

10

Slika 3.10 Čisto naizmjenično promjenjivo opterečenje

– faktor oblika sastava i vrste naprzanja (tabela 3.6)– faktor klase kvalitete zavara, fino (F)( )

– faktor koncentracije napona. – faktor veličine presjeka vara zavarenog tijela ( = )

–amplitudni napon u toku rada zavarenog sastava

–moment savijanja na mjestu zavara

Wx –aksijalni otporni moment zavara

–Amplituda izdržljivosti očitavamo iz Smitovog dijagrama,za materijal Č.0445 na osnovu

3.3.2 DINAMIČKI STEPEN SIGURNOSTI ZAVARA PREMA UVIJANJU

Kod rotirajučih dijelova koji su izloženi uvijanju i smicanju uzima da je tip opterečenja ČISTO JEDNOSMJERNO PROMJENJIVO.

Slika 3.11 Čisto jednosmjerno promjenjivo opterečenje

– faktor oblika sastava i vrste naprzanja (tabela 3.6)– faktor klase kvalitete zavara, za fino (F)( )

– faktor koncentracije napona( )– faktor veličine presjeka vara zavarenog tijela.

Uzimajući u obzir da je dobivamo:

Maksimalni napon uvijanja:

–polarni otporni moment

11

Na osnovu sa Smitovog dijagrama za dato opterećenje i materijal Č.0445 imamo da je Dinamički stepen sigurnosti na uvijanje je:

3.3.5 SVEDENI DINAMIČKI STEPEN SIGURNOSTI ZAVARENOG SASTAVA ZA TANGENCIJALNE I NORMALNE NAPONE

Stepen sigurnosti nije u granicama, odnosno on je premal, što znači da postoji mogucnost da u toku rada dođe do loma materijala.

3.5 Odrediti dinamički stepen sigurnosti dijela opterećenog prema slici 3.5a. Dio je obrađen brušenjem. Moment savijanja mijenja se od , a aksijalna sila F je konstantna.Na slici 3.5b dio ima iste dimenzije. Odrediti dinamički stepen sigurnosti za ovaj slučaj, ako je zavareni sastavak izveden na mjestu I-I (na mjestu prijelaznog zaobljenja). Zavarivanje je normalno N, a materijal Č.0445.

Podaci:

B=135 mm; b=95 mm; ρ=6 mm; h= 14 mm; F=8500 N; Msmax=190 Nm

3.5.1 PRORAČUN DINAMIČKOG STEPENA SIGURNOSTI ZAVARENOG I NEZAVARENOG ŠTAPA

3.5.1.1. NEZAVARENI ŠTAP

Štapovi su opterečeni konstantnom silom zatezanja i momentom savijanja koji se kreče u rasponu od S obzirom da se radi o istovrsnim (normalnim) naponima, prvo će se složiti naprezanja od zatezanja i savijanja pa tek tada odrediti stepen sigurnosti.

Slika 3.5 Štap sa prelazom-nezavaren

Stvarni napon zatezanja elementa na mjestu prelaza zobljenja iznosi:

–kritična površina poprečnog presjeka

12

; Slika 1.10 Dijagram za istezanje (priručnik)

Napon (max i min) od savijanja:

–max napon od savijanja,

–min napon od savijanja

–aksijalni otporni moment kritičnog poprečnog presjeka

štapa.

Slaganjem napona od zatezanja i savijanja dobiće se tip opterečenja jednosmjerno promijenjivo kojim je element izložen. Slika 3.13.

Slika 3.13 Jednosmjerno promjenjivo opterečenje

Dinamički stepen sigurnosti dat je izrazom:

–srednji napon kojem je izložen u toku rada

–amplitudni napon u toku rada

;

Iz Smitovog dijagrama za materijal Č.0445 i savijanje (slika 1.38) imamo da je , pa je amplituda izdržljivosti:

–slika 1.47(priručnik)( ), linija (c),

13

–faktor uticaja temperature–geometrijski faktor koncentracije napona:

; slika 1.12 Dijagram za savijanje(priručnik)

–stvarni faktor koncentracije napona

–koeficijent osjetljivosti materijala

Dinamički stepen sigurnosti je:

3.5.1.2 ZAVARENI ŠTAP

Slika 3.5a Štap sa varom na mjestu prelaza

Napon od zatezanja u zavarenom spoju:

a=0,7h=9,8,usvojit cemo debljinu vara a=10mm–računska površina zavara

Otporni moment zavarenog spoja i naponi savijanja su:

Maksimalna i minimalna vrijednost napona, nakon slaganja napona od zatezanja i savijanja je:

Dinamički stepen sigurnosti štapa na mjestu zavara je:

14

Očitavanjem iz Smitovog dijagrama za i materijal Č.0445 i savijanje, , pa je amplituda izdržljivosti materijala:

–faktor oblika sastavka i vrste naprezanja–faktor klase kvaliteta zavara

–faktor koncentracije napona–faktor veličine presjeka

Dinamički stepen sigurnosti na mjestu zavara je:

3.6 Kolika je razlika u moći nošenja sklopa glavčina-tijelo zupčanika prikazanog na slici 3.6 za dva različita slučaja spajanja?

a) Za slučaj da je ploča sa glavčinom spojena zavarivanjem, sa dinamičkim stepenom sigurnosti S=3, kvalitet zavara je N, opterećenje je čisto jednosmjerno promjenjivo u Smitovom dijagramu za dati materijal Č.0445.

b) slučaj da je primjenjen presovani sklop d2 H8/ x8 sa .

Za obje varijante izračunati obimnu silu na podionom krugu zupčanika.

Podaci:

d=400 mm; d1=80 mm; d2=160 mm; b=30 mm; a=10 mm; .

3.6.1 PRORAČUN NOSIVOSTI SKLOPA GLAVČINA-TIJELO ZUPČANIKA PREMA

SLICI 3.6, ZA SLUČAJ DA JE TIJELO ZUPČANIKA SA GLAVČINOM SPOJENO ZAVARIVNJEM

15

Slika 3.6 Sklop glavčine i vijenca

Dinamički stepen sigurnosti zavarenog spoja je:

Iz ove jednačine amplitudni napon u toku rada je:

–očitavamo iz Smitovog dijagrama za čisto jednosmjerno promjenjivo opterečenje za naprezanje na uvijanje i Č.0445 imamo:

Sada možemo izračunati amplitudni napon za čisto jednosmjerno opterečenje:

S druge strane je zbog postojanja dva vara:

Iz ove jednačine možemo izraziti max moment uvijanja koji spoj može prenijeti:

Polarni otporni moment zavara:

Obimna sila koju možeme da podnese zavareni spoj:

Obimna sila na podionom krugu zupčanika:

3.6.2 PRORAČUN NOSIVOSTI SKLOPA GLAVČINA-TIJELO ZUPČANIKA PREMA

SLICI 3.6, ZA SLUČAJ DA JE VEZA ZUPČANIKA OSTVARENA PRESOVANJEM

Obimna sila koju može prenijeti presovani spoj:

–računski garantovani obrtni moment koji presovani sklop može prenijeti

16

–keoficijent otpora klizanja, biramo ga na osnovu materijala, podmazanosti površina (iz tabele 4.7 M.E.2).

–dodirna površina elementa u presovanom sklopu–dužina presovanog sklopa

–prečnik na kome se vrši presovanje sklopa

–minimalni dodirni pritisak mjerodavan za proračun moći nošenja

–minimalni računski preklop–minimalni preklop, izračunat na osnovu tolerancijskih tablica za zadato nalijeganje

Za d2 H8/x8 iz tolerancijskih tablica imamo:

–visina neravnina spoljašnjeg (e) i unutrašnjeg (i) elementa

–faktor deformacije za spoljašnji dio

–faktor deformacije za unutrašnji dio

–Poasonov koeficijent

–modul elastičnosti za dati čelik

–odnos prečnika spoljašnjeg elementa

–odnos prečnika unutrašnjeg elementa

Obimna sila koja presovani spoj može prenijeti:

Obimna sila na podionom krugu koju može prenijeti presovani spoj:

Odnos nosivosti presovanog i zavarenog sklopa tijela zupčanika glavčine je:

17

Prema tome, na osnovu dobijenog odnosa možemo zaključiti da je moć nošenja presovanog sklopa je približno 1,15 puta manja od moči nošenja u slučaju da isti sklop ostvaren zavarivanjem.

18