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球形封頭所承受的薄膜張力

  金屬極嘴與玻璃鋼之間是膠接面，膠結(jié)面處的粘接力遠(yuǎn)低于纖維的強(qiáng)度，它不能充分地傳遞球形封頭的經(jīng)向張力。 因此在對(duì)球形封頭進(jìn)行受力分析時(shí)，需要把球形封頭看作是一個(gè)兩極開(kāi)孔的球殼。在分析這個(gè)開(kāi)孔球殼時(shí)，先將其作為承受內(nèi)壓P的一個(gè)完整球殼來(lái)處理，然后疊加上一個(gè)在極孔處承受經(jīng)向薄膜壓力PR/2的無(wú)內(nèi)壓的開(kāi)孔球殼，這樣組合的殼體相當(dāng)于一個(gè)兩極開(kāi)孔的殼體。 完整球殼所承受的經(jīng)向及緯向薄膜張力均為PR/2，疊加的開(kāi)孔球殼在球壁上產(chǎn)生了經(jīng)向薄膜壓力N1＊和緯向薄膜張力N2，從靜力平衡條件可得：球形封頭所承受的薄膜張力。 由這個(gè)壓力引起的緯向薄膜張力為：球形封頭所承受的薄膜張力，這個(gè)內(nèi)力與完整球殼的內(nèi)力疊加求出兩極開(kāi)孔球殼承受內(nèi)壓P時(shí)的經(jīng)緯向薄膜張力為:球形封頭所承受的薄膜張力。

  各種連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在壓力容器設(shè)計(jì)中常常遇到半球形封頭與筒體的連接的結(jié)構(gòu)。厚度不太厚的情況下可以封頭和筒體等厚，但是在壓力較高，筒體和封頭都比較厚并且筒體和封頭厚度相差較多的時(shí)候，采用等厚度結(jié)構(gòu)顯然是不合理的。關(guān)于封頭比筒體薄的情況，GB150的附錄J和JB4732附錄H都推薦了幾種結(jié)構(gòu)尺寸（如GB150圖J1（d）、（e）、（f））。其中： 結(jié)構(gòu)1：圖J1（d）是筒體和封頭中徑對(duì)齊的結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)2：圖J1（e）的結(jié)構(gòu)，筒體和封頭中徑有≤0.5（δn－δb）的偏離。 結(jié)構(gòu)3;圖J1（f）的結(jié)構(gòu)，筒體和封頭內(nèi)徑對(duì)齊。 這幾種結(jié)構(gòu)都是在筒體和封頭連接的切線處向封頭方向逐漸減薄形成錐形（單面或雙面的）過(guò)渡，而在制造時(shí)這是一段單獨(dú)的筒節(jié)—過(guò)渡段。所以封頭在底邊有所加強(qiáng)，封頭的等厚部分實(shí)際不是完整的半球而是一個(gè)球冠。這樣實(shí)際上就成了圓筒、過(guò)渡段和球冠的連接，例如結(jié)構(gòu)2，有的球冠的深度僅為球半徑的0.8。 結(jié)構(gòu)4：還有一種結(jié)構(gòu)，就是完整的半球形封頭與筒體連接，在連接處內(nèi)徑對(duì)齊，在筒體外側(cè)倒角過(guò)渡。這種情況是完整的半球形封頭與筒體連接，不用過(guò)渡段，而在筒體外側(cè)有1：3倒角過(guò)渡。 2、局部應(yīng)力分析 下面是一個(gè)用ANSYS分析的實(shí)際的例子： 計(jì)算壓力p=16.3MPa，設(shè)計(jì)溫度150°C。 封頭材料是16MnR，設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Smh=150MPa，筒體材料為16Mn鍛件，設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Smn=157MPa。 筒體內(nèi)直徑2400mm，筒體厚度148mm，封頭厚度96mm。各種結(jié)構(gòu)的封頭內(nèi)半徑略有不同。這個(gè)例子厚度的余量是比較大的，圓整后的有效厚筒體僅為142mm，封頭是70mm。所以應(yīng)力值都比較小。 分析所用單元是三角形6節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱(chēng)單元。

  球形封頭的使用上，油封是非常重要的選擇，因?yàn)榍蛐畏忸^的使用離不開(kāi)油封，主要是確保軸承與潤(rùn)滑劑之間不會(huì)受到污染，所以選擇油封是比較重要的，因?yàn)橛椭跈C(jī)械進(jìn)行加工的時(shí)候，會(huì)隨著變得柔軟，而且還會(huì)伴有振動(dòng)的現(xiàn)象，那么油脂就會(huì)更加容易的被直接的甩入軸承中去，從而導(dǎo)致油脂被嚴(yán)重的損壞，發(fā)生這種情況的時(shí)候，在球形封頭上安裝油封就顯得尤為重要，這樣的話(huà)，不管是雜物還是空氣中的濕氣，都不會(huì)滲入到軸承的內(nèi)部，避免對(duì)軸承內(nèi)部造成損壞。在選擇油封的時(shí)候，記住不可以選用不能相容的油脂制造而成的油封，因?yàn)閮煞N完全不相容的油脂在進(jìn)行混合之后，這次情況下都會(huì)變得更加柔軟，會(huì)因?yàn)橛椭l(fā)生流失，而對(duì)球形封頭造成破壞，在選擇好油脂之后，必須先將舊的油脂清理干凈之后。

  球形封頭鍛件制造工藝流程包括冶煉鋼錠、鍛造、粗加工、化學(xué)成分和力學(xué)性能檢測(cè)、無(wú)損探傷和精加工至成品等，主要制造工藝如下所述。鋼錠冶煉拉深成形球形封頭所用鋼錠錠型為340t，一錠制造兩件球形封頭；回轉(zhuǎn)成形球形封頭所用鋼錠錠型為180t，一錠制造一件球形封頭。兩種方法采用的鋼錠均為電弧爐粗煉鋼水，鋼包爐精煉，真空澆注制得。通過(guò)這種雙真空處理的鋼錠可以有效去除鋼錠中的P、S及其他雜質(zhì)元素，鋼錠質(zhì)量及其熱加工性可以得到保證。但一般來(lái)說(shuō)，在鋼錠制造中，隨鋼錠錠型增大，鋼水量增加，制造過(guò)程中對(duì)夾雜物、偏析、疏松縮孔等缺陷的控制難度越大，不同等級(jí)的鋼錠存在不同的制造難度。鍛造拉深成形法。拉深成形法鍛造工藝過(guò)程，先經(jīng)鋼錠制坯并下料。然后通過(guò)鐓粗、拔長(zhǎng)、輾平得到板坯，通過(guò)拉深板坯得兩件球形封頭鍛件毛坯。鋼錠利用率59%，水口切除7%，冒口切除20%，總鍛造比14