Zadanie konstrukcyjne 4.
"PODNOŚNIK ŚRUBOWY"
Temat:
Zaprojektować podnośnik śrubowy o udz
wigu Q i wysokości podnoszenia H. Należy wykonać
obliczenia wytrzymałościowe, rysunek złożeniowy podnośnika i wykonawczy śruby. Korpus
podnośnika wykonać jako konstrukcja spawana.
Założenia konstrukcyjne:
1. Podnośnik ten jest przeznaczony do produkcji jednostkowej (ew. małoseryjnej).
2. Eksploatowany będzie w pomieszczeniu warsztatowych jak również na zewnątrz.
3. Podstawa podnośnika ma zapewnić stabilną prace na różnego rodzaju podłożu.
4. Podnośnik będzie działał na zasadzie przekładni śrubowej to jest moment skręcający
pochodzący od siły P przyłożonej do dz
wigni będzie zamieniany na ruch postępowy śruby względem
nakrętki utwierdzonej w korpusie.
5. Śruba zabezpieczona będzie przed wykręceniem przy pomocy podkładki blokującej.
Dane:
Q=20 kN
H=420 mm
Podnośnik śrubowy 1 z 11
Dane Obliczenia Wyniki
Q=20kN 1. Obliczenie śruby.
H=420mm Siła Q działa w osi śruby. Średnicę śruby obliczamy z warunku na
ściskanie i skręcanie, a potem sprawdzamy z warunku na
wyboczenie. Materiał przyjęty do wykonania śruby - C35
1.1 Aby uwzględnić skręcanie przyjmujemy odpowiednio większą siłę
Q .
z
Q =26kN
z
Q =1,3*Q=1,3*20000=26000 N
z
Wg PN-65/M-02019 dobieram śrubę z gwintem trapezowym
S20x2
niesymetrycznym S20x2 dla których:
d=20mm
d=20mm
d =18,5mm
2
d =18,5mm
2
d =16,528mm
1
d =16,528mm
1
P=2
P=2
1.2 Sprawdzamy dobraną śrubę na wyboczenie.
Aby nie nastąpiła utrata stateczności śrubę sprawdzamy z
warunku na wyboczenie. Współczynnik bezpieczeństwa przy
obliczaniu średnicy śruby przyjmujemy xe=4
Dł. zredukowana l =a*l
r
x =4
e
a=2
l - dl. śruby podlegająca wyboczeniu
H=420mm
l=H+0,5h+"
h- orientacyjna wysokość nakrętki
l=420+0,5*70+1,5*70=560 mm
l=560mm
l =a*l=2*560=1120 mm
r
l =1120mm
r
Określenie zakresu wyboczenia
E=2,1GP
S - granica proporcjonalności przy ściskaniu [MPa]
c
Dla stali C35
R =330MPa
e
R =330 MPa
e
S =260MPa
c
S =260 MPa
c
E=2,1 GP
lambda =
gr
89,3 MPa
Podnośnik śrubowy 2 z 11
d =16,528mm
1
w takim razie:
i =4,132mm
min
smukłość śruby wynosi:
lambda=271
stosujemy wzór Eulera:
Wg PN-65/M-02019 dobieram śrubę z gwintem trapezowym
niesymetrycznym S46x8 dla których:
d=46mm
d=46mm
d =40mm
2
d2=40mm
d =32,116mm
1
d =32,116mm
1
D =34mm
1
D =34mm
1
P=8
P=8
1.3. Sprawdzenie naprężeń zastępczych w śrubie.
Moment skręcający śrubę w czasie podnoszenia ciężaru Q
M =0.5Q*d *tg(p'+y)
s s
u=0,1
gdzie:
a =30
k
p'=5,710
P=8mm
d =40mm u=3,650
2
ds.=40mm
M =0,5*20000*0,04*tg(5,71+3,65)=66 Nm M =66Nm
s s
Warunek samohamowności gwintu p'>y został spełniony.
Q=20kN Naprężenia ściskające:
Naprężenia skręcające:
Naprężenia zastępcze wyliczymy ze wzoru Hubera.
Śruba z gwintem trapezowym S46x8 będzie odpowiednia do tego
podnośnika.
Podnośnik śrubowy 3 z 11
p 6 MPa 2. Obliczenie nakrętki.
dop=
k =140 MPa Jako materiał na nakrętkę przyjmujemy żeliwo EN-GJL-250 dla
c
k =38MPa którego:
t
p =6 MPa
dop
k =140 MPa
c
k =38 MPa
t
D= 46mm (po uwzględnieniu współczynnika bezpieczeństwa)
D =34 mm Wymiary nakrętki wynikające z doboru śruby:
1
D =40 mm D= 46mm
2
D =34 mm
1
D2=40 mm
2.1. Wymagana całkowita powierzchnia zwojów.
Wymaganą powierzchnię zwojów liczymy z warunku na docisk
powierzchniowy.
Q=20kN
F =3340mm2
c
d=46mm
2.2. Powierzchnia współpracy jednego zwoju gwintu.
D =34mm F=754mm2
1
2.3. Obliczenie zwojów nakrętki.
i0=4,43
Przyjmujemy liczbę czynnych zwojów równą 6.
2.4. Obliczenie całkowitej wysokości nakrętki.
W otworze nakrętki uwzględniamy fazy obustronne 4x450 oraz dwa
zwoje niepracujące.
H >P(i +2)+2*4=8(6+2)+8=72 mm
n 0
Aby zapewnić dobre prowadzenie śruby w nakrętce, wysokość
nakrętki powinna wynosić:
H=(1-1,5)d=1,5*46=69 mm
H=72mm
Ostatecznie przyjmujemy wysokość nakrętki H=72 mm
2.5. Średnicę zewnętrzną nakrętki liczymy z warunku na równe
odkształcenie śruby i nakrętki.
z tego wynika, że:
D =65,5mm
z
Podnośnik śrubowy 4 z 11
kcj=68 MPa 3.1. Liczymy średnicę wewnętrzną kołnierza z warunku na docisk
k =67 MPa powierzchniowy przyjmując materiał na korpus spawany S235JR
t
dla którego:
kcj=68 MPa
k =67 MPa
t
p =0,8*k
dop cj
p =0,8*68=54,4 MPa
dop
gdzie A to pole powierzchni kołnierza, określone wzorem:
D =65,5mm
z
Q=20kN
D =60mm
w
Przyjmuję Dw=60 mm
3.2. Liczymy wysokość kołnierza h z warunku na ścinanie.
w
Przyjmujemy h =5 mm
w
h =5mm
w
Dz=65,5mm 4. Realizacja blokady nakrętki za pomocą wkrętu.
D =60mm Moment tarcia na styku kołnierza z nakrętką. T =62,8Nm
w n
Tbl=3,2 Nm
Dla zapewnienia należytej pracy nakrętki w korpusie zastosujemy
wkręt blokujący, który przeniesie obciążenie tnące pochodzące od
momentu skręcającego.
Zastosujemy wkręt dociskowy z końcem stożkowym, z gwintem na
całej długości. Średnicę wkrętu policzymy z warunku na ścinanie.
Dobieramy kl. własności mechanicznych wkrętu -5.8
R =400 MPa
e
R =400 MPa
e
x =2
e
Podnośnik śrubowy 5 z 11
M =66N x =2
s e
k =R /x =400/2=200 MPa
r e e
Zakładamy, że:
k =0,65*k =130 MPa
t r
Podstawiając do warunku wytrzymałościowego:
d =4,44mm
w
Wg PN-62/M-82273 dobieramy wkręt dociskowy z końcem
stożkowym bez łba z gwintem na całej długości M6x25 M6x25
S185 5. Realizacja zabezpieczenia śruby przed wykręceniem z nakrętki za
pomocą podkładki okrągłej, śruby z łbem sześciokątnym.
5.1. Dobór śruby.
Dobieram śrubę z łbem sześciokątnym M12x40-5.8-A M12x40
wg PN-62/M-82303.
5.2. Wykonanie podkładki zabezpieczającej.
Podkładkę zabezpieczającą śrubę przed wypadnięciem wykonać z
blachy S185 o grubości 4 mm, o średnicy wewnętrznej d =12,5 mm i d =12,5mm
0 0
średnicy zewnętrznej D=52 mm. D=52mm
g=4mm
6. Głowica podnośnika.
Głowica ma spełniać następujące zadanie:
-W czasie pracy podnośnika zmniejszyć tarcie między śrubą a
elementem podnoszonym
-Uniezależnić obrót śruby od podnoszonego ciężaru.
Powyższe zadania będą spełniać płytki głowicy pokazane na
k =195 MPa,
r
powyższym rysunku.
H =45,
rc
6.1. Obliczanie średnicy d płytki górnej.
1
HB=440
Średnicę d płytki górnej liczymy z warunku na docisk
1
Podnośnik śrubowy 6 z 11
daN/mm2, powierzchniowy. Materiał na płytki przyjmujemy stal hartowaną
k =100 MPa C45 dla której k =195 MPa, H =45, HB=440 daN/mm2, k =100 MPa.
cj r rc cj
Korona podnośnika będzie wykonana ze staliwa 35L dla którego
k =54 MPa. (po przyjęciu odpowiednich współczynników
cj
bezpieczeństwa). P przyjmujemy dla materiału o mniejszej
dop
twardości, czyli dla korony podnośnika.
F0=5.03*10-
5
m
F
0-powierzchnia przekroju poprzecznego otworu na wkręt
k =54MPa
cj
d =25mm
1
Przyjmuje d =25mm
1
Obliczenie pozostałych średnic:
d2=36,8mm
d =0,8*d=0,8*46=36,8 mm
2
d =29,5mm
3
d =0,8*d =0,8*36,6=29,5 mm
3 2
d =92mm
4
d =2*d=2*46=92 mm
4
6.2. Obliczenie promieni krzywizny płytek głowicy.
Promień odkształconej powierzchni przy współpracy płytek
Q=20kN
p =1125
max
MPa
p =740 MPa
śr
a=2,92mm
r - promień zastępczy, promień jaki powinna mieć kula przy
z
współpracy z płaszczyzn, aby przy działającej sile odkształcenie
E=2,1MPa
powierzchni styku miały jeszcze charakter sprężysty
r =190mm
z
Podnośnik śrubowy 7 z 11
Przyjmuje, że promień r "
2
r =190mm
1
6.3. Obliczenie grubości głowicy.
Materiał na głowicę przyjmuję staliwo 35L o własnościach kr=120
MPa, kcj=54 MPa
b=0,271
g =15mm
1
Ostatecznie przyjmuje g =15mm
1
6.4. Obliczenie grubości płytek.
Traktując płytkę górną jako płytkę kołowo-symetryczną
obciążoną jak na rysunku powyżej, obliczamy jej grubość ze wzoru:
gdzie:
Podnośnik śrubowy 8 z 11
g =12mm
2
Grubość płytek g i g przyjmujemy z warunku konstrukcyjnego.
2 3
Grubość płytki górnej:
g >0,2d =0,2*36,8=7,36mm
2 2
Przyjmujemy g2=12mm
Grubość płytki dolnej:
g >0,2d =0,3*29,5=8,85mm
3 3
g =9mm
3
Przyjmujemy g =9mm
3
7. Obliczenie momentu tarcia między płytkami
M =3,9Nm
T
8. Moment całkowity potrzebny do podniesienia ciężaru Q M =70Nm
c
M =M +M =66+3.9=69,9=70 Nm
c s T
9. Obliczenie przetyczki używanej do podnoszenia śruby.
S235 Materiał z którego zostanie wykonana przetyczka - S235 dla
R =235MPa którego R =235 MPa
m m
P =200N
r
M =70Nm
c
Obliczenie wymaganej długości przetyczki L do której końca
p
zostanie przyłożona siła ręki Pr=200N i będzie w stanie
przeciwdziałać momentowi całkowitemu M =70Nm.
c
M =P *L
c r p
L =M /P =70/200=0,35 m
p c r L =400mm
p
Przyjmujemy Lp=400mm.
Średnicę przetyczki obliczymy z warunku wytrzymałościowego na
zginanie.
Podnośnik śrubowy 9 z 11
Po podstawieniu powyższych zależności do wzoru
d =20mm
p
Dla założenia d =20mm
p
Warunek wytrzymałościowy został spełniony.
9.1. Sprawdzenie, czy osłabienie części nienagwintowanej śruby
dwoma otworami przelotowymi pod przetyczkę o średnicy d =22 mm
p0
nie zmieni stateczności śruby.
Z warunku na ściskanie:
gdzie A =6,49*10-4 m2
p
Warunek wytrzymałościowy został spełniony.
10. Obliczenia korpusu spawanego.
10.1 Grubość ścianki.
H =510mm Grubość ścianki określamy z zależności: g =10mm
k s
g =(0,01-0,02)H
s k
g =0,02*510=10mm
s
10.2 Grubość podstawy
g =1,5*g =1,5*10=15mm g =15mm
p s p
10.3. Średnica podstawy.
Średnicę podstawy określamy z warunku na docisk powierzchniowy.
p =5MPa P dla gruntu przyjmujemy 5 MPa.
dop dop
D =65,5mm
w
Dz=180mm
Przyjmuję D =180mm
z
Sprawdzenie, czy do tak dobranych wymiarów podstawy nie będzie
trzeba zastosować żeber zapewniających większą stateczność.
Podnośnik śrubowy 10 z 11
b=57,25mm
Warunek przy którym zastosowanie żeber jest konieczne:
b>(4-5)g
p
57,25<(60-70)
Warunek nie jest spełniony, więc zastosowanie żeber nie jest
konieczne.
11. Realizacją zabezpieczenia głowicy przed spadaniem z czopa M6x20
śruby.
Dobieram dwie śruby M6x20 5.8-A wg normy PN-63/M-82303&
Uwagi końcowe.
Pasowanie korpusu i nakrętki
Nakrętka będzie osadzona w korpusie i dodatkowo blokowana
śrubą, ale pożądanym jest, aby była ona pasowana ciasno w tym
celu należy dobrać pasowanie ciasne dla rozmiaru D =65,5 mm przy
n
zasadzie stałego otworu ze względu na łatwiejsza obróbkę
nakrętki (mniejsze rozmiary materiał lepiej skrawalny). Można
zastosować zalecane przez normę PN-EN 20286-1996 pasowanie
ciasne H7/p6 stąd pasowanie nakrętki i korpusu będzie
następujące 65,5H7/p6
INSTRUKCJA MONTAŻU
Osadzenie nakrętki w korpusie
Nakrętka w korpusie będzie montowana na wcisk oraz dodatkowo
zabezpieczona przy pomocy wkrętu.
montaż nakrętki w korpusie - ponieważ wyżej wymienione pasowanie
jest pasowaniem ciasnym, dlatego montażu należy dokonać przy
użyciu prasy mechanicznej.
Montaż śruby głównej w korpusie:
śrubę należy posmarować na całej długości gwintu roboczego
smarem plastycznym
wkręcić śrubę od  góry korpusu to jest od strony kołnierza
nakrętki  śrubę należy wkręcić w nakrętkę aż do miejsca jej
podcięcia.
Po wykonaniu powyższej operacji można przystąpić do montażu
podkładki zabezpieczającej śrubę główną przed wykręceniem w tym
celu należy przykręcić podkładkę przy pomocy śruby M12
montaż korony podnośnika.
Podnośnik śrubowy 11 z 11