AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA

im. Stanisława Staszica w Krakowie

KATEDRA PODSTAW BUDOWY

I EKSPLOATACJI MASZYN

PROJEKT

ŚRUBOWEGO ZAWIESIA LINY

DANE: Qmax = 10 [kN]

α = 30˚

H = 60 mm

Wykonali:

Paweł Kotuła

Łukasz Główka

Rafał Struszewski

Konrad Marcinek

ZADANIE PROJEKTOWE

1. Temat:

Zaprojektować śrubowe zawiesie liny

2. Dane:

Qmax = 10 [kN]

α = 30˚

H = 60 [mm]

3. Założenia projektowe:

-wytwarzanie jednostkowe

-wymagana odporność na działania atmosferyczne

-regulacja siły napinającej

4. Obliczenia i dobór:

1. Połączenie śrubowe

1. Obliczyć i dobrać śruby oczkowe

2. Obliczyć i dobrać nakrętkę napinającą rurową

2. Połączenie sworzniowe

1. Obliczyć i dobrać sworzeń

2. Dobrać podkładkę i zawleczkę do sworznia

3. Obliczyć wymiary widełek

3. Połączenie spawane

1. Obliczyć wymiary spoiny czołowej widełek

Schemat obliczeniowy - „Zawiesia liny”

I. POŁĄCZENIE ŚRUBOWE

1. Przeprowadzenie obliczeń wstępnych średnicy rdzenia śruby oczkowej
   obciążonego siłą osiową Q oraz momentem skręcającym
   .

1. Przyjęcie materiału śruby Re, RM, oraz klasy własności mechanicznych wg

PN-72/H-84020 dla stali zwykłej jakości lub PN-75/H-84019 dla stali wyższej jakości (dla stali stopowych PN-72/H-84030 )

-Przyjmuję stal 50 z normy PN-75/H-84019

2. Założenie wartości współczynnika bezpieczeństwa Xe (urządzenie odpowiedzialne, stąd Xe = 2.3 - 2.5 ), oraz obliczenie dopuszczalnych naprężeń rozciągających według zależności:

-Dla stali 50

Re = 380 MPa

MPa

3. Obliczenie wstępne średnicy rdzenia śruby
   , tylko z warunku na rozciaganie , przyjmując w obliczeniach, według wzoru:

4. Normalizacja i dobór parametrów gwintu śruby i nakrętki według PN-83/M-02013 (d, h, D1 =d 1 , D 2 =d 2 , d3 ).

Dobrany został gwint M12 dla którego:

d = 12 mm, H = 1.52 mm, D1 =d 1 = 10.11, D 2 =d 2 = 10.86, d3 = 9.85 mm,

P = 1.75 mm, R = 0.25 mm

Charakterystyczne wymiary zarysu gwintu metrycznego zwykłego według PN-83/M-02013

2. Obliczenia sprawdzające przyjętych założeń i obliczeń wstępnych

1. Obliczenie naprężeń rozciągających
   w rdzeniu śruby (d3 ):

2. Obliczenie kąta wzniosy linii śrubowej γ według wzoru:

gdzie: P - skok gwintu

d2 - średnica podziałowa gwintu

3. Przyjęcia wartości współczynnika tarcia μ (stal po stali = 0.15),

oraz obliczenie pozornego konta tarcia ρ' ze wzoru:

gdzie: α - kąt zarysu gwintu ( dla gwintów metrycznych
)

4. Sprawdzenie samohamowności gwintu:

Warunek spełniony.

5. Obliczenie momentu skręcającego
   w rdzeniu śruby:

6. Określenie wskaźnika wytrzymałości przekroju śruby na skręcania
   

można też przyjąć
191.13

7. Obliczenie naprężeń skręcających
   w rdzeniu śruby według wzoru:

8. Przeprowadzenie sprawdzających obliczeń naprężeń zastępczych
   ze wzoru:

9. Sprawdzenie rzeczywistego współczynnika bezpieczeństwa
   

- przyjęty współczynnik bezpieczeństwa w obliczeniach wstępnych (
= 2.3 - 2.5 )

Warunek nie został spełniony
Powtórne obliczenia …

Przyjęto gwint M16 dla którego:

d = 16 mm, H = 2 mm, D1 =d 1 = 13.83, D 2 =d 2 = 14.7, d3 = 13.55 mm,

P = 2 mm, R = 0.25 mm

Charakterystyczne wymiary zarysu gwintu metrycznego zwykłego według PN-83/M-02013

3. Obliczenia sprawdzające przyjętych założeń i obliczeń wstępnych

1. Obliczenie naprężeń rozciągających
   w rdzeniu śruby (d3 ):

2. Obliczenie kąta wzniosy linii śrubowej γ według wzoru:

gdzie: P - skok gwintu

d2 - średnica podziałowa gwintu

3. Przyjęcia wartości współczynnika tarcia μ (stal po stali = 0.15),

oraz obliczenie pozornego konta tarcia ρ' ze wzoru:

gdzie: α - kąt zarysu gwintu ( dla gwintów metrycznych
)

4. Sprawdzenie samohamowności gwintu:

Warunek spełniony.

5. Obliczenie momentu skręcającego
   w rdzeniu śruby:

6. Określenie wskaźnika wytrzymałości przekroju śruby na skręcania
   

można też przyjąć
0.000000497 [
]

7. Obliczenie naprężeń skręcających
   w rdzeniu śruby według wzoru:

8. Przeprowadzenie sprawdzających obliczeń naprężeń zastępczych
   ze wzoru:

9. Sprawdzenie rzeczywistego współczynnika bezpieczeństwa
   

- przyjęty współczynnik bezpieczeństwa w obliczeniach wstępnych (
= 2.3 - 2.5 )

Warunek spełniony

4. Sprawdzenie długości nakrętki do dobranej śruby oczkowej, z warunku na dopuszczalne naciski powierzchniowe pomiędzy zwojami gwintu i nakrętki.

1. Dla dobranej średnicy śruby oczkowej dobrać napinającą nakrętkę rurową według PN-57/M-822268 ( M, L, D,
   ,
   ,
   ,
   ) lub według PN-57/M/82269

M = 20mm, L = 170mm, D = 10mm, m = 4.5mm

= 30mm,
= 30mm,
= 24mm

2. Przyjąć materiał nakrętki z PN-57/M-822268 ( zalecana stal R35 ) oraz klasę własności mechanicznych nakrętek rurowych z PN-73/H-74240.

-Przyjęto stal 18G2A

3. Określić wartości nacisków dopuszczalnych
   dla połączeń rurowych niezbyt często poruszanych korzystając z zależności:

4. Obliczenie ilości zwojów w nakrętce
   

gdzie : M - długość nakrętki ( z normy PN-57/M-82269 )

P - skok gwintu

5. Obliczenie ilości zwojów czynnych
   

gdzie
- liczba zwojów biernych,
= 1

6. Obliczenie naprężeń w gwincie
   dochodzących do docisków zwoju gwintu i nakrętki:

7. Porównanie wartości obliczonych nacisków
   z naciskami dopuszczalnymi
   .

<

21.98 < 117 MPa

Warunek spełniony

5. Obliczenie i dobór długości śruby oczkowej „l” dla danego skoku naciągu linowego H, oraz wymaganej minimalnej długości wkręcenia
   

1. Obliczanie nagwintowanej części śruby oczkowej
   wg wzoru:

2. Dobór znormalizowanej długości nagwintowanej części śruby „b” wg PN 77/M-82425:

b = f ( M16,
)

b >

100 > 50

b = 60 mm

3. Dobór zakresu długości śruby „ 60 ≤ 1≤ 150 „ wg PN/M-82425

4. Dobór znormalizowanej długości śruby oczkowej „ l ” z uwzględnieniem zakresu z punktu C wg PN/M-82425.

l = 110 mm

5. Obliczanie wymiarów gabarytowych złącza śrubowego
   i
   

=2*l - 2*
+ L = 2*110 - 2*20 + 170

= 350 mm

= 2*l - 2* b + L = 220 - 120 + 170

= 270 mm

6. Rysowanie szkicu złącza śrubowego oraz śruby oczkowej z podaniem dobranych i wyliczonych wymiarów wg schematu:

Schemat złącza śrubowego Zawiesia liny i śruby oczkowej dla danego skoku H=
-
= 2b - 2

= 32 mm,
= 16 mm, L = 110 mm, b = 60 mm, S = 17 mm

6. Obliczenie naprężeń rozrywających w oczku śruby oczkowej.

1. Obliczenie przekroju niebezpiecznego
   w oczku śruby:

2. Sprawdzenie naprężeń rozrywających w przekroju
   

II. POŁĄCZENIE SWORZNIOWE

1. Obliczenie wymiarów gabarytowych widełek ( b x g ) połączenie sworzniowego.

1. Dobór materiału widełek wg PN -72/H-84020 dla stali zwykłej jakości lub PN-75/H-84030 dla stali wyższej jakości ( dla stali stopowych PN-72/H-84030). Przyjęcie wartości nacisków dopuszczalnych
   dla sworzniowych połączeni spoczynkowych

- Dobrano St 4 :

2. Obliczenie szerokości widełek „g” z warunku na naciski powierzchniowe według wzoru:

( wartość g przyjąć jako całkowitą liczbę większą od obliczonej z szeregu grubości zalecanych wg normy PN-72/H-93202 i PN-72/H-93211 )

-Przyjeto przyjęto g = 4 mm

3. Przyjęcie wartości naprężeń dopuszczalnych na rozciąganie
   dla materiału widełek połączenie sworzniowego :

4. Obliczenie wysokości widełek „b” z warunku na rozciąganie w przekrojach osłabionych otworami pod sworzeń wg wzoru :

(wartość b przyjąć jako całkowitą liczbę większą od obliczonej, z szeregu szerokości zalecanych wg normy PN-72/H-93202 i PN-72/H-93211 )

-Przyjęto b = 30 mm

2. Sprawdzenie wytrzymałości przekroju sworznia z warunku na zginanie

(
)

1. Przyjęcie rodzaju pasowania sworznia w oczku śruby i widełkach ( zaleca się pasowanie ruchowe np. H11/h11 )

-Przyjęto pasowanie H11/h11

2. Obliczanie wskaźnika wytrzymałości przekroju sworznia na zginanie wg wzoru:

3. Obliczanie maksymalnego momentu gnącego
   według wzoru :

4. Obliczenie naprężeń zginających
   oraz dobór materiału sworznia wg PN-72/H-84020 dla stali zwykłej jakości lub PN-75/H-84019 dla stali wyższej jakości (dla stali stopowych PN-72/H-84030 )

-Przyjęto materiał 45

Warunek spełniony

3. Przeprowadzenie obliczeń sprawdzających nacisków powierzchniowych występujących w połączeniu sworzniowym.

1. Obliczenie przekroju oczka śruby (
   ) narażonego na naciski powierzchniowe:

2. Obliczenie sprawdzające nacisków powierzchniowych p w oczku śruby:

- naciski dopuszczalne materiału miększego, śruby lub sworznia

3. Obliczanie przekroju widełek
   narażonych na naciski powierzchniowe:

4. Obliczenie sprawdzające nacisków powierzchniowych p w widełkach :

widełki - p = 97 MPa

śruba - p = 117 MPa

- naciski dopuszczalne materiału miększego, śruby lub widełek

Warunek spełniony

4. Dobór znormalizowanej długości sworznia ( PN-63/M-83002 ),

podkładki ( PN-63/M-83001 ) oraz zawleczki ( PN-76/M-82001 ).

Dobrano sworzeń o parametrach:

= 25 mm

= 35 +4.5 = 39.5 mm

= 35 mm

= 29 mm

= 6 mm

= 4 mm

III. POŁĄCZENIE SPAWANE

1. Sprawdzenie naprężeń zredukowanych w spoinie łączącej widełki z masztem

1. Założenie spoiny czołowej o parametrach
   i
   grubość spoiny
   jest równe grubości widełek
   .

2. Przyjęcie długości obliczonej spoiny z uwzględnieniem wysokości widełek b

3. Obliczenie naprężeń dopuszczalnych dla spoiny czołowej wg wzoru:

4. Obliczanie naprężeń zginających w spoinie, pochodzących od składowej
   według wzoru:

5. Obliczanie naprężeń rozciągających w spoinie, pochodzących o składowej
   według wzoru:

6. Obliczanie naprężeń ścinających pochodzących od składowej:

7. Sprawdzenie naprężeń zredukowanych występujących w spoinie według wzoru:

Warunek nie został spełniony
Powtórne obliczenia …

2. Sprawdzenie naprężeń zredukowanych w spoinie łączącej widełki z masztem

A) Założenie spoiny czołowej o parametrach
i
grubość spoiny
jest równe grubości widełek
.

B) Przyjęcie długości obliczonej spoiny z uwzględnieniem wysokości widełek b

Przyjmujemy
80 mm

C) Obliczenie naprężeń dopuszczalnych dla spoiny czołowej wg wzoru:

D) Obliczanie naprężeń zginających w spoinie, pochodzących od składowej
według wzoru:

E) Obliczanie naprężeń rozciągających w spoinie, pochodzących o składowej
według wzoru:

F) Obliczanie naprężeń ścinających pochodzących od składowej:

G) Sprawdzenie naprężeń zredukowanych występujących w spoinie według wzoru:

Warunek spełniony

---