3.1 PROJEKTOVATI JEDNOPLOŠNI REZERVOAR ZA KOMPRIMIRANI VAZDUH

Podaci: Pritisak vazduha: p=1,6 MPa

Prečnik rezervoara: Du=1200 D=30 mm

Dužina rezervoara: L=7500 mm DD =30 mm Proračunati:

Debljinu limova i zavarene sastavkeNacrtati:

Sklopni crtež rezervoara sa potrebnim brojem projekcija, presjekai detalja.

KONSTRUKTIVNE MJERE ZA DANCE POSUDE POD PRITISKOM

Slika 3.2 Konstruktivne mjere danceta

Duboko danceR=0,8⋅DV =0,8⋅1560=1008 mmr=0 ,154⋅DV =0 , 154⋅1560=194 ,04 mmh>3⋅δD ⇒h>90mmH=0 ,255⋅Dv−0 ,635⋅δ D=302 ,25 mm

ODREĐIVANJE BROJA ČELIČNIH TABLI LIMA ZA IZRADU PLAŠTA REZERVOARA

Broj čeličnih tabli lima usvajam n=5.

L '= L−2(h+ H )n

=7500−2⋅(90+302 , 25 )

5=1343 mm

Usvajam L ' =1300 mm

1

PRORAČUN ZAVARA NA REZERVOARU POD PRITISKOM

PRORAČUN ZAVARA NA PRIKLJUČNOJ CIJEVI

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:

τ s(ZAV )=F

A(ZAV )≤τ sdoz (ZAV )

Gdje je:

F=p⋅d

VC2⋅π

4[ N ]=1,6⋅1802⋅π

4=40694 , 4 N

–smičuća siladvc – vanjski prečnik priključne cijevi

duc - unutrašnji prečnik prikljućne cijevidvc = 0,15 Du = 0,15 1200 = 180 mm duc=d vc−2 δ=180−2⋅30=120 mmA(ZAV )=2⋅dVC⋅π⋅a [mm2 ]

– računska površina zavara izložena smicanjua=0,7⋅δD=0,7⋅30=21 mm– računska debljina zavaraA(ZAV )=2⋅dVC⋅π⋅a =2⋅180⋅π⋅21=23738 , 4 mm2

τ sdoz (ZAV )=ξz⋅τ sdos=ξz⋅τv

s=ξz⋅

0,6⋅σ v

s[ MPa ]

– dozvoljeni napon zavaraξ z=0,6– faktor zavarivanja (tabela 3.5), ξ z=0,6÷0,7– za ugaone sastavkeσ v=235 MPa– granica razvlačenja materijala (tabela 3.4)s= 4 – stepen sigurnosti (tabela 3.1)

τ sdoz (ZAV )=ξz⋅0,6⋅σ v

s=0,6⋅0,6⋅235

4=21 , 15 MPa

τ s(ZAV )=40694 , 423738 , 4

=1,71 MPa

Proračun je zadovoljen jer je τ s(ZAV )=1, 71 MPa≤τsdoz (ZAV )=21 ,15 MPa

2

PRORAČUN RADIJLNOG ZAVARA IZMEĐU PLAŠTA I DANCETA

Slika 3.4 Detalj B sučeoni var između danceta i plašta

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

σ z(ZAV )=F

A (ZAV )≤σ zdoz (ZAV )

Gdje je:

F=p⋅D

u2⋅π

4[ N ]=1,6⋅12002⋅π

4=1808640 N=1808 , 64 kN

–zatezna sila zavara

A(ZAV )=π4 [ (Du+2 a )2−D

u2]=Du π⋅a [mm2] – računska površina zavara izložena zatezanju

a=min (δ ,δ D )=30 mm– računska debljina zavaraA(ZAV )=Duπ⋅a =1200⋅π⋅30=113040 mm2

σ zdoz (ZAV )=ξz⋅σ zdoz=ξ z⋅σ v

s[ MPa ]

– dozvoljeni napon zavaraξ z=0 ,65 – faktor zavarivanja (tabela 3.5), ξ z=0 ,65÷0,9 – ugaone sastavkeσ v=235 MPa– granica razvlačenja materijala (tabela 3.4)s= 4 – stepen sigurnosti (tabela 3.1)

σ zdoz (ZAV )=ξz⋅σ v

s=0 ,65⋅235

4=38 , 18 MPa

σ z(ZAV )=1808640113040

=16 MPa

Proračun je zadovoljen jer je σ z(ZAV )=16 MPa≤σ zdoz (ZAV )=38 ,18 MPa

3

PRORAČUN RADIJALNIH ZAVARA NA PLAŠTU

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:

σ z(ZAV )=F

A (ZAV )≤σ zdoz(ZAV )

Gdje je:

F=p⋅D

u2⋅π

4[ N ]=1,6⋅12002⋅π

4=1808640 N=1808 , 64kN

–zatežuća sila zavara

A(ZAV )=π4 [ (Du+2 a )2−D

u2]=Du π⋅a [mm2 ] – računska površina zavara izložena zatezanju

a≃δ=30 mm – računska debljina zavaraA(ZAV )=Duπ⋅a =1200⋅π⋅30=113040mm2

σ zdoz (ZAV )=ξz⋅σ zdoz=ξ z⋅σ v

s[ MPa ]

– dozvoljeni napon zavaraξ z=0 ,65 – faktor zavarivanja (tabela 3.5), ξ z=0 ,65÷0,9 – za čeono zavarene sastavkeσ v=235 MPa– granica razvlačenja materijala (tabela 3.4)s= 4 – stepen sigurnosti (tabela 3.1)

σ zdoz (ZAV )=ξ z⋅σ v

s=0 , 65⋅235

4=38 ,18 MPa

σ z(ZAV )=1808640113040

=16 MPa

Proračun je zadovoljen jer je

σ z(ZAV )=16 MPa≤σ zdoz (ZAV )=38 ,18 MPa

4

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 L' .

Slika 3.6 Izgled uzdužnog zavara na jednoj tabli lima

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

σ z(ZAV )=F

A (ZAV )≤σ zdoz(ZAV )

Gdje je:

F=p⋅Du⋅L'

4[ N ]=1,6⋅1200⋅1300

4=624000 N

–zatežuća sila zavaraA(ZAV )=lk⋅a=( L'−2 a )⋅a [mm2 ]

– računska površina zavara izložena zatezanjua≈δ=30 mm – računska debljina zavaraA(ZAV )= ( L'−2 a )⋅a =(1300−2⋅30 )⋅30=37200 mm2

σ zdoz (ZAV )=ξz⋅σ zdoz=ξ z⋅σ v

s[ MPa ]

– dozvoljeni napon zavaraξ z=0 ,65 – faktor zavarivanja (tabela 3.5), ξ z=0 ,65÷0,9 – za čeono zavarene sastavkeσ v=235 MPa– granica razvlačenja materijala (tabela 3.4)s= 4 – stepen sigurnosti (tabela 3.1)

σ zdoz (ZAV )=ξz⋅σ v

s=0 ,65⋅235

4=38 , 18 MPa

σ z(ZAV )=62400037200

=16 ,77 MPa

Proračun je zadovoljen jer je σ z(ZAV )=16 , 77 MPa≤σ zdoz (ZAV )=38 ,18 MPa

5

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 M Z=F⋅l Uvijanje – moment uvijanja Mu

Smicanje – sila smicanje F

Slika 3.3 Rotor sa zavarenim rukavcem

Podaci:

F=6000 N ; d= 100 mm ; a=9 mm ; M U=610 Nm ; l=1,6⋅d mm;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

Sσs=ζ1⋅ζ2⋅ζ3⋅ζ 4⋅σ SA

σsa Kod rotirajučih dijelova koji su izloženi savijanju uvijek se uzima da je tip opterečenja ČISTO

NAIZMJENIČNO PROMJENJIVO.

Slika 3.10 Čisto naizmjenično promjenjivo opterečenje

6

ζ1=0,9 – faktor oblika sastava i vrste naprzanja (tabela 3.6)ζ 2=1 – faktor klase kvalitete zavara, fino (F)(ζ 2=0,8÷1 )ζ 3=0,7– faktor koncentracije napona. ζ 3=0,6÷0,9ζ 4=1– faktor veličine presjeka vara zavarenog tijela (ζ 4 =ζ 2 )

σ sa=σ s max=M s

W x –amplitudni napon u toku rada zavarenog sastavaM s=F⋅l=6000⋅1,6⋅100=960000 Nmm –moment savijanja na mjestu zavara

W x=π

32 [ (d+2 a)4−d4

d+2 a ]= π32 [ (100+2⋅9)4−1004

100+2⋅9 ]=78065 ,73 mm3

Wx –aksijalni otporni moment zavara

σ sa=σ s max=96000078065 ,73

=12 , 3 MPa

σ SA=190 MPa–Amplituda izdržljivosti očitavamo iz Smitovog dijagrama,

za materijal Č.0445 na osnovu σ SR=0

Sσs=ζ1⋅ζ2⋅ζ3⋅ζ4⋅σ SA

σsa=0,9⋅1⋅0,7⋅1⋅190

12, 3=9 , 73

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

ζ1=0,8 – faktor oblika sastava i vrste naprzanja (tabela 3.6)ζ 2=1 – faktor klase kvalitete zavara, za fino (F)(ζ 2=0,8÷1 )ζ 3=0,7– faktor koncentracije napona(ζ 3=0,6÷0,9 )ζ 4=1– faktor veličine presjeka vara zavarenog tijela.

Uzimajući u obzir da je τu min=0 MPa dobivamo:τua=τusr=

τu max

2Maksimalni napon uvijanja:

τu max=M U

W o

W o=π

16 [ (d+2 a)4−d4

d+2 a ]= π16 [ (100+2⋅7 )4−1004

100+2⋅7 ]=156131 , 47 mm3

7

W o–polarni otporni moment

τu max=610000156131 , 47

=3,9 MPa

τua=τusr=3,92

=1 , 95 MPa

Na osnovu τusr=1 ,95 MPasa Smitovog dijagrama za dato opterećenje i materijal Č.0445 imamo

da je τUA=110 MPa

Dinamički stepen sigurnosti na uvijanje je:

Sτu=ζ 1⋅ζ 2⋅ζ 3⋅ζ 4⋅τ AU

τau=0,8⋅1⋅0,7⋅1⋅110

1, 95=31 , 59

3.3.3 DINAMIČKI STEPEN SIGURNOSTI ZAVARENOG SASTAVKA OPTEREČENOG NA SMICANJE

Slika 3.3.3 Čisto jednosmjerno promjenljivo opterečenje

SτS=ξ1⋅ξ2⋅ξ3⋅ξ4

τ A

τa

τ s max=FA ( zav )

=Fπ4⋅[ (d+2 a )2−d2 ]

=2000π4

[ (120+2⋅9 )2−1202]=0,2 MPa

τ s max=0,2 MPa

τ as=τ sr=τ s max

2=0,2

2=0,1 MPa

τ A=110 MPa

za τ sr=0,1 MPa i Č.0445 i (t.1.39) 1=0,6 -faktor oblika zavarenog spoja (tabela 3.6) 2=1 - faktor klase kvaliteta vara 3=0,7 -faktor koncentracije napona 4=1 -faktor veličine presjeka

8

Sτ s=0,6⋅1⋅0,7⋅1⋅110

0,1=462

SVEDENI DINAMIČKI STEPEN SIGURNOSTI ZA TANGENCIJALNE NAPONE UVIJANJE I SMICANJE

Sτ=Sτu⋅Sτ s

Sτu+Sτ s=31 ,59⋅462

31 ,59+462=29 ,56

SVEDENI DINAMIČKI STEPEN SIGURNOSTI ZAVARENOG SASTAVA ZA TANGENCIJALNE I NORMALNE NAPONE

S=Sτ⋅Sσ

√S2τ+S

2σ=29 , 56⋅9 ,73

√29 ,562+9 , 732=9,3

Pošto je stepen sigurnosti prevelik ( S=9,3 ) potrebno je poduzeti mjere da se on Smanji kao Npr: smanjenje dimenzija zavarenog dijela.

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 he=hi=5 μm

.

Za obje varijante izračunati obimnu silu na podionom krugu zupčanika.

Podaci:

d=300 mm; d1=90 mm; d2=180 mm; b=25 mm; a=10 mm; τu max=160 MPa

.

PRORAČUN NOSIVOSTI SKLOPA GLAVČINA-TIJELO ZUPČANIKA PREMA SLICI 3.6, ZA SLUČAJ DA JE TIJELO ZUPČANIKA SA GLAVČINOM SPOJENO ZAVARIVNJEM

9

Slika 3.6 Sklop glavčine i vijenca

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:

Fop=2⋅M op

d2

M op=A p⋅pmin⋅μk⋅d2

2 –računski garantovani obrtni moment koji presovani sklop može prenijetiμk=0,1 –keoficijent otpora klizanja, biramo ga na osnovu materijala, podmazanosti površina (iz tabele 4.7 M.E.2).Ap=b⋅d2⋅π –dodirna površina elementa u presovanom sklopub=25 mm –dužina presovanog sklopad2=180 mm –prečnik na kome se vrši presovanje sklopa

Ap=b⋅d2⋅π=25⋅180⋅π=14130 mm2

pmin=Pr min

(ξe+ξ i)⋅d2 –minimalni dodirni pritisak mjerodavan za proračun moći nošenjaPr min=Pmin−1,2⋅(he+h i)–minimalni računski preklopPmin=ad−A g–minimalni preklop, izračunat na osnovu tolerancijskih tablica za zadato nalijeganjeZa d2 H8/x8 iz tolerancijskih tablica imamo:

H 8⇒ IT 8=63 μm Ad=0 Ag=Ad+ IT 8=0+63=63 μmza x 8⇒ IT 8=63 μm ad=310 μm

Pmin=ad−A g=310−63=247 μmhe i hi –visina neravnina spoljašnjeg (e) i unutrašnjeg (i) elementa

10

Pr min=Pmin−1,2⋅(he+h i)=247−1,2⋅(5+5 )=235 μm=0 , 235 mm

ξe=(me+1)+(me−1)⋅ψ

e2

me⋅Ee⋅(1−ψe2 ) –faktor deformacije za spoljašnji dio

ξ i=(mi−1)+(mi+1)⋅ψ

i2

mi⋅E i⋅(1−ψi2)

–faktor deformacije za unutrašnji diome=mi=3,3 –Poasonov koeficijentEe=Ei=E=215⋅109 Pa –modul elastičnosti za dati čelik

ψe=d2

d=0,6

–odnos prečnika spoljašnjeg elementa

ψ i=d1

d2=0,5

–odnos prečnika unutrašnjeg elementa

ξe=(3,3+1)+(3,3−1)⋅0,52

3,3⋅215⋅109⋅(1−0,52 )=9 , 16⋅10−12

ξ i=(3,3−1)+(3,3+1)⋅0,62

3,3⋅215⋅109⋅(1−0,62 )=8 . 47⋅10−12

pmin=0 , 235

(8 , 47⋅10−12+9 ,16⋅10−12)⋅150=88 , 86 MPa

M op=14130⋅88 , 86⋅0,1⋅1802

=11300326 ,2 Nmm

Obimna sila koja presovani spoj može prenijeti:

Fop=2⋅M op

d2=2⋅11300326 , 2

180=125559 ,18 N

Obimna sila na podionom krugu koju može prenijeti presovani spoj:

FoI=

2⋅M op

d=

d2

dFop=

180300

⋅125559 , 18=75335,5 N

11