В муфтовом соединении треугольного профиля

По сварному соединению

где

- предел текучести;

d_ш - средний диаметр сварного шва:

К_св - поправочный коэффициент, зависит от вида сварного соединения, для муфтосварного и раструбного соединения К_св=0.7. для стыкосварного К_св =0.9, для контактного сварного соединения К =1,0;

δ - номинальная толщина стенки трубы.

При выводе формул для определения максимальной растягивающей

нагрузки сделаны следующие допущения:

1) труба и муфта представляют собой круглые цилиндры с постоянной толщиной стенки:

2) осевая нагрузка равномерно распределена по всем виткам:

3) муфта абсолютно жесткая:

4) осевая сила полностью передается по поверхности сечения в зоне первого витка полного профиля.

Рассмотрим муфтовое соединение, свинченное с упругим на­тягом. Поскольку резьба коническая, то при навинчивании муф­ты на трубу на опорных поверхностях витков возникнут силы реакции, нормальные к этим поверхностям, и силы трения, дей­ствующие против направления перемещения витков. Выделим мысленно один виток (рис. 3.5 ) и обозначим N — силу реак­ции, нормальную к опорной поверхности ab, T — силу трения на той же опорной поверхности. Полная реакция R будет от­клонена от реакции нормального давления на угол трения φ.

Нарезанный конец трубы находится в сложном напряжен­ном состоянии, испытывая воздействие осевой силы Р и ради­ального давления. Радиальное давление прерывисто: оно резко меняется при переходе от одной грани витка к другой. Поэтому для упрощения решения задачи сложную поверхность резьбы заменим поверхностью гладкого цилиндра, наружный диаметр которого равен среднему диаметру d_cp резьбы в основной пло­скости, внутренний — внутреннему диаметру трубы, а длина равна проекции длины резьбы с витками полного профиля на ось резьбы.

- средняя толщина стенки цилиндра,

α - угол наклона грани витка к оси резьбы

Данная формула впервые была получена Ф.И. Яковлевым и получила название его имени.

Практика показала, что обрыв происходит обычно в сечении первого витка с полным профилем, поэтому в эту формулу вместо средней толщины стенки трубы подставляют толщину стенки по впадине резьбы. Величина Р_я

характеризует ту осевую силу, именуемую страгивающей, при которой в зоне первого витка резьбы с полным профилем напряжения в теле трубы становятся равными пределу текучести. Чаще всего обсадные трубы под действием чрезмерно боль­шой растягивающей силы обрываются в сечении у первого витка с полным профилем. Поэтому при практических расчетах в последнюю формулу вместо средней толщины стенки трубы в ос­новной плоскости подставляют толщину стенки по впадине резь­бы в том же сечении.

Поскольку при выводе сделано ряд допущений, то эта формула является приближенной. Считают, что расчетное напряжение по этой формуле

несколько занижено против действительного. Чтобы сблизить расчетное с фактическим завышают значения угла трения ср до 18°. Действительный угол трения для стачиваемых поверхностей равен 3-9°

Задача о величине страгивающей нагрузки в более точной постановке с учетом некоторой неравномерности распределения осевой силы по виткам резьбы и реальной жесткости муфты решена Д.Ю. Мочернюком и имеет вид:

где d_сд — срединный диаметр трубы в основной плоскости; d_ср — средний диаметр резьбы в том же сечении; δ_с — средняя толщина стенки трубы в том же сечении; μ — коэффициент Пуассона; k_т=0,8-0,9 — коэффициент, равный отношению пре­дела пропорциональности при растяжении к пределу пропор­циональности при сжатии; С —безразмерный параметр, харак­теризующий муфтовое резьбовое соединение

d_см - средний диаметр муфты в основной плоскости: δ_м - толщина стенки муфты.

Нагрузка, вычисленная по формуле Мочернюка, равна при­мерно 80% найденной опытным путем.

Величину страгивающей нагрузки можно определить также по формуле П. П. Шумилова

где k_ш=δ_с/(δ_с + δ) —коэффициент, учитывающий, что осевая сила частично передается муфте через витки неполного про­филя и потому на сечение трубы, совпадающее с основной пло­скостью, действует лишь часть этой силы.

Величина, найденная по формуле П. П. Шумилова, лежит между значениями, вычисленными по формулам Ф. И. Яковле­ва и Д. Ю. Мочернюка.

В зарубежной, практике муфтовые соединения с резьбой треугольного профиля рассчитывают не по страгивающей на­грузке, а по нагрузке, разрушающей соединение или вызываю­щей обрыв трубы в сечении по основной плоскости. Нагрузку, при которой разрушается резьбовое соединение, т.е. резьба тру­бы выходит из сопряжения с резьбой муфты, можно опреде­лить, например, по формуле фирмы «Маннесман»

где d₁ — срединный диаметр трубы в сечении посередине наре­занного конца трубы; δ₁ — средняя толщина стенки трубы в том же сечении.

Результаты расчетов этой по формуле обычно несколько ни­же опытных данных, но в отдельных случаях превышают опыт­ные значения на 5—10%.

Дата добавления: 2015-07-13