tính toán mối ghép hàn

Cơ sở thiết kế máy Trang: Mục Lục TÍNH TOÁN MỐI GHÉP HÀN CHỒNG TÍNH TOÁN MỐI GHÉP HÀN CHỒNG Mối hàn mối ghép hàn chồng gọi mối hàn góc tính toán theo ứng suất cắt mặt cắt có diện tích nhỏ nhất, nằm mặt phẳng phân SVTH: Bùi Văn Trí Lớp : DCL15 Cơ sở thiết kế máy Trang: giác góc vuông mặt cắt ngang mối hàn (H.20.11) Trong cách tính toán chiều dày mối hàn gốc lấy 0,7k, k chiều cao mối hàn ( H.20.11) Chiều cao mối hàn k thông thường chiều dày δ ghép ( theo tính toán k nhỏ δ, nhiên δ ≥ kmin = 3mm) Chịu tác dụng lực F qua trọng tâm mối hàn Tải trọng 2F tác dụng lên hai mối hàn (H.20.11), ứng suất cắt tính toán τ ’ i mối hàn xác định theo công thức: τ′ = F ≤ [ τ ′] 0,7 kl (20.8) Trong đó: l - chiều dài mối hàn; [τ’] - Ứng suất cắt cho phép mối hàn ( bảng 20.2) Công thức hàn tự động bán tự động nhiều lần hàn hàn tay Khi số lần hàn hàn tự động ta thay 0,7 0,8; điều kiện hàn tự động thay 0,7 0,9; hàn tự động lần thay 0,7 1,1 Trong mối hàn có tập trung ứng suất lớn ( bảng 20.3) ứng suất phân bố không theo chiều dài mối hàn chi tiết ghép ( H.20.13) Chiều dài mối hàn diện (H.20.12a) thông thường lấy chiều rộng chi tiết hàn Chiều dài mối hàn cạnh (H.20.12b) xác định tính toán theo độ bền: l= SVTH: Bùi Văn Trí F 0, k [ τ ′] Lớp : DCL15 (20.9) Cơ sở thiết kế máy Trang: Hình 20.12 Mối ghép hàn chồng Ví dụ 20.1: Xác định tải trọng cho phép kết cấu kim loại cần trục mối ghép hàn chồng (H.20.2a) từ có tiết diện 160 x 6mm Ứng suất σ = − 0,6σ max σ max mối hàn thay đổi từ đến Trên mối ghép thực mối hàn diện tác dụng lực kéo F Vật liệu thép CT38 Que hàn AWS Hàn tay Giải: SVTH: Bùi Văn Trí Lớp : DCL15 Cơ sở thiết kế máy Trang: - Xác định ứng suất kéo cho phép theo công thức (20.1) cho thép từ CT38 (theo bảng 20.2); σ ch = 240 MPa; [ s ] = 1,5 [σk ] = : σ ch 240.1 = = 160MPa s 1,5 [ ] – Xác định hệ số, xét đến ảnh hưởng thay đổi tải trọng (20.2): γ= = ( aKσ + b ) − ( aKσ − b ) r = 0,51 ( 0,58.2 + 0,26 ) − ( 0,58.2 − 0,26 ) ( − 0,6 ) Trong đó: a = 0,58; b = 0,26; Kσ = r = -0,6 - Ứng suất cắt kéo cho phép mối hàn: [ τ ′] = 0,6 [ σ k ] γ = 0,6.160.0,51 = 48,96MPa [ σr′ ] = [ σk ] γ = 160.0,51 = 81,6MPa – Chọn chiều dài mối hàn diện từ phía mối ghép tính đến hàn không thấu hai đầu mối hàn miệng hàn cuối mối hàn l = 150mm chiều rộng ghép 160mm – Xác định tải trọng cho phép mối hàn chồng hướng mối hàn diện k = 6mm F = 2.0,7 kl [ τ ′] = 2.0,7.6.150.48,96 = 61689,6 N – Kiểm nghiệm ứng suất tai vị trí mối ghép theo công thức: SVTH: Bùi Văn Trí Lớp : DCL15 Cơ sở thiết kế máy Trang: σk = F 61689,6 = = 64, 26 MPa δl 6.160 Điều kiện bền thỏa: [ σ ′] = 84,76MPa > σ k = 64, 26 MPa Thông thường, để tăng hiệu qủa sử dụng vật liệu người ta thay mối hàn góc diện mối hàn chéo góc (hai bên) – Xác định chiều dài mối hàn chéo góc (hai bên) từ điều kiện bền mối ghép: [ σ′] lδ =[τ′] 2.0, 5klc lc = [ σ ′] lδ = 81,6.160.6 = 266,7mm [ τ ′] 2.0,5k 48,96.2.0,5.6 Mối hàn cạnh (hai bên) không đối xứng Trong trường hợp mối hàn cạnh không đối xứng (H.20.14), mối hàn a tính theo tải trọng tác dụng riêng Khi tác dụng tải trọng F thép góc ( thép chữ V), mối hàn H.20.14 chịu tác dụng tải trọng F F2 xác định theo công thức:  F1 + F2 = F   F1e1 = F2e2 F1 = Từ suy ra: F2 = Và: SVTH: Bùi Văn Trí Fe2 e1 + e2 Fe1 e1 + e2 Lớp : DCL15 (20.10) (20.11) (20.12) Cơ sở thiết kế máy Trang: Khi tiết diện mặt cắt ngang mối hàn F F2 l1, l2 có liên hệ sau: l1 F1 e2 = = l2 F2 e1 (20.13) Sau xác định tải trọng F F2 ta tiến hành tính toán chiều dài mối hàn l1 l2 theo công thức (20.12) Hình 20.13 Tập trung ứng suất mối hàn Hình 20.14 Mối hàn cạnh không đối xứng Mối hàn hỗn hợp ( diện hai bên) Khảo sát mối hàn hỗn hợp sử dụng phổ biến hình 20.15 b Khi tác dụng lên mối hàn hỗn hợp tải trọng F ( H.20.15b) ta có công thức kiểm nghiệm độ bền cắt: SVTH: Bùi Văn Trí Lớp : DCL15 Cơ sở thiết kế máy Trang: τ′ = F ≤ [ τ ′] 0,7 k ( l1 + 2l2 )  (20.14) Và công thức thiết kế:  F  l2 = 0,5  − l1    0,7k [ τ ′] (20.15) Hình 20.15 Mối hàn hỗn hợp ii Chịu tác dụng momen M Nếu mối ghép hàn chồng chịu tác dụng momen M mặt phẳng hàn (H.20.16) tính toán mối hàn theo công thức: 6M τ′ = ≤ [ τ ′] 0,7 k l (20.13) Mối hàn hốn hợp Khi tác dụng lên mối hàn hỗn hợp moomen uốn M (H.20.14a), ta tính toán kiểm nghiệm theo độ bền cắt: ′ = τ max Trong đó: ′ τ max M ρ max ≤ [ τ ′] Jp (20.14) - ứng suất cắt tính toán lớn điểm hàn có vị trí xa từ trọng tâm mối hàn ρ max – khoảng cách từ trọng tâm mối hàn đến vị trí mối hàn xa SVTH: Bùi Văn Trí Lớp : DCL15 Cơ sở thiết kế máy Trang: Jp – momen quán tính độc cực tiết diện mặt cắt nguy hiểm mối hàn trọng tâm mối hàn Hình 20.16 Hình 20.17 Đối với mối hàn khảo sát (H.20.15a) vị trí trọng tâm xác định l22 c= l1 + 2l2 khoảng cách c: (20.18) ρ max Theo hình 20.15a: l  =  ÷ + ( l2 − c )  2 Momen quán tính độc cực với trục Jx JP xác định tổng momen quán tính đối Jy SVTH: Bùi Văn Trí (20.19) : J P = J x + J y = J x1 + J y1 + J x + J y Lớp : DCL15 Cơ sở thiết kế máy Trang: momen quán tính với số mối hàn diện số mối hàn cạnh Để tính toán mối hàn theo hình 20.15a,b, ta xác định JP theo công thức:   l  ( l2 − c ) + c l 2l   2 J p = 0,7 k   + l1c ÷ +  +        12  (20.20) Chịu tác dụng momen M lực kéo F Khi tác dụng đồng thời lên mối ghép hàn chồng momen uốn M tải iii trọng F vuông góc với mối hàn (H.20.16) ứng suất cắt xác định theo công thức: τ′ = F 6M + ≤ [ τ ′] 0,7 kl 0,7 kl (20.21) Chịu tác dụng lực F không qua trọng tâm mối hàn Trong mối ghép hàn chồng hình 20.18 ta dời lực F trọng tâm mối iv hàn, mối hàn chịu tác dụng momen uốn M = Fa tải trọng F song song với mối hàn, ứng suất xác định theo công thức ( hai hướng ứng suất vuông góc nhau):  F   Fa  τ′ =  ÷ +  0,7 kl ÷ ≤ [ τ ′ ] 0,7 kl     SVTH: Bùi Văn Trí Lớp : DCL15 (20.19) Cơ sở thiết kế máy Trang: 10 Hình 20.18 Đối với mối hàn hình 20.19a ta dời lực F trọng tâm G mối hàn, mối hàn chịu tác dụng momen uốn M=Fa tải trọng F vuông góc với mối hàn (H.20.19b,c,d) Ứng suất cắt lực F gây nên ( H.20.19e): τ F′ = F 2.0,7 kl (20.22) Ứng suất momen M gây nên (H.20.19f): l  3F  a − ÷ l + h Mr 2  τ M′ = = J 0,7 kl ( l + 3h ) (20.23) Trong đó: r – khoảng cách từ trọng tâm đến vị trí xa mối hàn: 2  l  h r =  ÷ + ÷ = l + h2  2  2 J – momen quán tính độc cực tất mối hàn trọng tâm: SVTH: Bùi Văn Trí Lớp : DCL15 Cơ sở thiết kế máy  J =  J G1 +  Trang: 11  h A ÷  2    l   h   0,7kl  l + 3h   = 2A  ÷+  ÷  =    12     Theo hình 20.19g ta sử dụng công thức cosin để xác định ứng suất cắt τ ′ = τ F′2 + τ M′2 + 2τ F′ τ M′ cos α ≤ [ τ ′] cos α = Với h l + h2 Hình 20.19 SVTH: Bùi Văn Trí Lớp : DCL15 (20.22) τ′ Cơ sở thiết kế máy Trang: 12 Bảng 20.5 Bảng công thức xác định trọng tâm mômen quán tính độc cực vị Mối hàn Diện tích ngang [ 79] Trọng tâm G x =0 A = 0,70hd J u = d 12 y =d x =b A = 1, 41hd y =d x= A = 0,707 h ( 2b + d ) b2 ( b +d ) d2 y= ( b +d ) b2 x= 2b + d y =d A = 0,70h ( 2b + d ) A = 1, 41h ( b + d ) SVTH: Bùi Văn Trí Mômen quán tính độc cực đơn vị x =b y =d Lớp : DCL15 Ju = d ( 3b + d ) b + d ) − 6b d ( Ju = 12 ( b + d ) 8b3 + 6bd + d b4 Ju = − 12 2b + d Ju (b +d ) = Cơ sở thiết kế máy Trang: 13 J u = 2π r A =1, 414πhr Ví dụ 20.2 xác định chiều dài mối hàn, thép góc 100x100x10 với ngang (H.20.20) Mối ghép cần có độ bền với chi tiết ghép Thanh ngang thép góc chế tạo từ thép CT38: σch = 240 MPa, [ s ] = 1,5 Giải : – Xác định ứng suất kéo cho phép thép góc theo công thức (20.1) với vạt liệu chọn CT38: σch = 240MPa, [ s ] = 1,5 [ σ ch ] = σ ch [ s] = 240.1 = 160 MPa 1,5 – Xác định ứng suất cắt cho phép mối hàn theo bảng 20.2 với que hàn E43: SVTH: Bùi Văn Trí Lớp : DCL15 Cơ sở thiết kế máy Trang: 14 [ τ ] = 0,6 [ σ k ] = 0,6.160 = 96MPa – Tìm tải trọng mà thép góc chịu với tiết diện mặt cắt ngang A = 1920mm2 (theo tiêu chuẩn với thép góc 100x100x10): F = A[ σ k ] = 1920.160 = 307200 N – Xác định tổng chiều dài cần thiết mối hàn góc cạnh mối hàn k = δ = 10mm diện với giá trị : lΣ = F 307200 = = 457mm 0,7 k [ τ ′] 0, 7.10.96 – Chiều dài mối hàn cạnh: lcanh = lΣ − lcd = 457 − 100 = 357 mm Với lcd chiều dài mối hàn diện – Xác định tải trọng qua mối hàn cạnh Fcanh = Flcanh 307200.357 = = 239979 N l 457 – Mối hàn cạnh phân bố không đối xứng qua trọng tâm mặt cắt thép góc Khoảng cách ta lấy theo tiêu chuẩn a = 28,3mm; b = 100 – 28.3 = 71,7mm (bảng tra thép chữ V) Vì tải trọng mối hàn cạnh phân bố theo quy luật cánh tay đòn (tỷ lệ tải trọng chiều dài không đổi): F2 = Fcanh SVTH: Bùi Văn Trí a 28,3 = 239979 = 67814 N a+b 100 Lớp : DCL15 Cơ sở thiết kế máy Trang: 15 F1 = Fcanh − F2 = 239979 − 67814 = 172165 N – Ta tìm chiều dài mối hàn cạnh: l1 = F1 172165 = = 256mm 0,7k [ τ ′] 0,7.10.96 l2 = lcanh − l1 = 357 − 256 = 101mm Tính đến khuyết tật mối hàn (hàn không thấu đầu miệng hàn cuối mối hàn) ta tăng chiều dài mối hàn cạnh chọn: l1 = 270mm SVTH: Bùi Văn Trí ; l2 = 117 mm Lớp : DCL15 [...]... DCL15 Cơ sở thiết kế máy Trang: 15 F1 = Fcanh − F2 = 239979 − 67814 = 172165 N 8 – Ta tìm chiều dài của mối hàn cạnh: l1 = F1 172165 = = 256mm 0,7k [ τ ′] 0,7.10.96 l2 = lcanh − l1 = 357 − 256 = 101mm Tính đến các khuyết tật mối hàn (hàn không thấu ở đầu miệng hàn ở cuối mối hàn) ta tăng chiều dài mối hàn cạnh và chọn: l1 = 270mm SVTH: Bùi Văn Trí ; l2 = 117 mm Lớp : DCL15 ... – Chiều dài các mối hàn cạnh: lcanh = lΣ − lcd = 457 − 100 = 357 mm Với lcd là chiều dài mối hàn chính diện 6 – Xác định tải trọng đi qua các mối hàn cạnh Fcanh = Flcanh 307200.357 = = 239979 N l 457 7 – Mối hàn cạnh phân bố không đối xứng qua trọng tâm mặt cắt thép góc Khoảng cách này ta lấy theo tiêu chuẩn a = 28,3mm; b = 100 – 28.3 = 71,7mm (bảng tra thép chữ V) Vì tải trọng mối hàn cạnh phân bố... dài mối hàn, giữa thép góc 100x100x10 với thanh ngang (H.20.20) Mối ghép cần có độ bền đều với chi tiết ghép Thanh ngang và thép góc chế tạo từ thép CT38: σch = 240 MPa, [ s ] = 1,5 Giải : 1 – Xác định ứng suất kéo cho phép thép góc theo công thức (20.1) với vạt liệu chọn là CT38: σch = 240MPa, [ s ] = 1,5 [ σ ch ] = σ ch [ s] = 240.1 = 160 MPa 1,5 2 – Xác định ứng suất cắt cho phép trong mối hàn. .. trong mối hàn theo bảng 20.2 với que hàn E43: SVTH: Bùi Văn Trí Lớp : DCL15 Cơ sở thiết kế máy Trang: 14 [ τ ] = 0,6 [ σ k ] = 0,6.160 = 96MPa 3 – Tìm tải trọng mà thép góc có thể chịu được với tiết diện mặt cắt ngang A = 1920mm2 (theo tiêu chuẩn với thép góc 100x100x10): F = A[ σ k ] = 1920.160 = 307200 N 4 – Xác định tổng chiều dài cần thiết mối hàn góc cạnh và mối hàn chính k = δ = 10mm diện với giá... Trang: 12 Bảng 20.5 Bảng công thức xác định trọng tâm và mômen quán tính độc cực vị Mối hàn Diện tích ngang [ 79] Trọng tâm G x =0 A = 0,70hd J u = d 3 12 y =d 2 x =b 2 A = 1, 41hd y =d 2 x= A = 0,707 h ( 2b + d ) b2 2 ( b +d ) d2 y= 2 ( b +d ) b2 x= 2b + d y =d 2 A = 0,70h ( 2b + d ) A = 1, 41h ( b + d ) SVTH: Bùi Văn Trí Mômen quán tính độc cực đơn vị x =b 2 y =d 2 Lớp : DCL15 Ju = d ( 3b 2 + d 2 )