AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA

im. Stanisława Staszica w Krakowie

KATEDRA PODSTAW BUDOWY I EKSPLOATACJI MASZYN

PROJEKT ŚRUBOWEGO ZAWIESIA LINY

Dane:

Q_max = 22 [kN]

α= 60 [^o]

H = 70 [mm]

Imię i nazwisko: Patryk Murzyn

Wydział: Górnictwa i Geoinżynierii

Kierunek: Górnictwo i Geologia

Rok: II, Grupa: B1

ZADANIE PROJEKTOWE NR 1

1.Temat:

Zaprojektować śrubowe zawieszenie liny.

2.Dane:

Q=22[kN]

α=60^o

H=70 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. Połączenia 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

DANE	OBLICZENIA	WYNIKI
Znak stali: St5 Re= 285 [MPa] Rm= 375 [MPa] Xe=2,30 Qmax = 22 [kN] = 22000 [N] krobl =105,326= 105 326[Pa] Qmax = 22 [kN] = 22000[N] d3 = 16,933 [mm] d3 = 0,016933 [m] h=2,5 [mm] d2= 18,376 [mm] μ = 0,2 α = 60[^o] γ = 1,48 [^o] ρ' = 1,49 [^o] Qmax = 22 [kN] = 22000 [N] d2= 18,701 [mm] = 0,018701 [m] γ = 1,48 [^o] ρ' = 1,52 [^o] d3 = 16,76 [mm] d3 = 0,01676 [m] Ms = 10,536[Nmm] Wo= 953,304 [mm^3] σr= 97,963 [MPa] τs = 11,052 [MPa] σz = 99,551 [MPa] kr = 123,91 [MPa] Re= 285 [MPa] σz = 99,551 [MPa] Xe,przerw = 2,86 Xe = 2,30 D = d= 20,000[mm] M20 kr = 123,913 [MPa] m = 32 [mm] P =2,5 [mm] imin =13 ib = 1 Qmax = 22000 [N] d =0,020 [m] D1 = 0,017835 [m] izc = 12 σd = 16,284 [MPa] pdop = 99,130 [Mpa] pdop = 22 [MPa] (według podrozdz.3.5,3.6) H = 60[mm] m= 32[mm] bobl =62 [mm] l =180 [mm] mmin = 32[mm] L = 200[mm] b = 62[mm] D1 = 34 [mm] d0 = 18 [mm] S = 22 [mm] Qmax = 22000 [N] D1 =0,034 [m] d0 = 0,018 [m] S = 0,022 [m] kr = 123,913 [MPa] Dla stali St7 Re= 355 MPa Przyjęto: Xe = 1,9 Qmax = 22000 [N] d0 = 0,018 [m] pdop=46,71 [MPa] Qmax = 22000 [N] g = 0,008 [m] kr= 186,842 [MPa] d0 = 0,018 [m] l3 = 44 d0 = 18 [mm] Qmax = 22000 [N] g = 0,014 [m] S = 0,022 [m] St7 (355MPa) kg = 250,52 [Mpa] Mgmax = 137,5 [Nm] Wx= 572,56*10^-9 [m^3] d0 = 18 [mm] S = 22 [mm] Qmax = 22000 [N] F2 = 0.000378 [m^2] pdop = 46,71 [Mpa] d0 = 18 [mm] g = 14 [mm] Qmax = 22000 [N] F3 = 0,000504 [m^2] pdop = 46,71 [Mpa] Założono: b= 0,5*S sworzeń o średnicy d=18mm według: PN-93/M-83002 l2 =7 mm S= 22 mm d=18 mm d= 18 mm b = 30[mm] g = 14 [mm] z0 = 0,8 z = 0,9 kr= 186,842 [MPa] Qmax = 22000 [N] α = 60^0 a = 40 [mm] g = 14 [mm] l0 = 2 [mm] α = 60^0 g = 14 [mm] l0 = 2[mm] Q = 22000 [N] σg = 23,57 [MPa] σr = 34,03 [Mpa] tt = 19,64 [Mpa] kg’= 134,53 [Mpa]	Połączenie śrubowe 1.Przeprowadzenie wstępnych obliczeń średnicy rdzenia śruby oczkowej d3 obciążonego siłą osiową Q oraz momentem skręcającym Ms. Przyjęcie materiału śruby Re, Rm, oraz klasy własności mechanicznych według PN-72/H-84030 Założenie wartości współczynnika bezpieczeństwa Xe, oraz obliczenie dopuszczalnych naprężeń rozciągających Obliczanie wstępne średnicy rdzenia śruby d3, tylko z warunku na rozciąganie, przyjmując w obliczeniach, według wzoru Z normy PN-83/M-02013 przyjmuję najbliższy większy gwint metryczny zwykły tj. M20 oraz dobieram pozostałe parametry gwintu śruby i nakrętki. d3 ≥ 16,452 [mm] 2. Obliczenia sprawdzające przyjętych założeń i obliczeń wstępnych Obliczanie naprężeń rozciągających σr w rdzeniu śruby(d3) Obliczanie kąta wzniosu linni śrubowej γ według Przyjęcie wartości współczynnika tarcia μ oraz obliczanie pozornego kąta tarcia ρ’ Sprawdzenie samohamowności gwintu γ < ρ’ Obliczanie momentu skręcającego Ms w rdzeniu śruby Określenie wskaźnika wytrzymałości przekroju śruby na skręcanie Wo Obliczanie naprężeń skręcających ts w rdzeniu śruby Przeprowadzenie sprawdzających obliczeń naprężeń zastępczych σz 99,551≤ 123,91 (warunek spełniony) Sprawdzenie rzeczywistego współczynnika bezpieczeństwa 3.Sprawdzenie długości nakrętki do dobranej śruby oczkowej, z warunku na dopuszczalne naciski powierzchniowe pomiędzy zwojami gwintu i nakrętki Dobranie napinającej nakrętki rurowej według PN-57/M/82269 dla dobranej średnicy śrub oczkowych, dla stali St5. L = 200[mm] D = 35[mm] mmin = 32[mm] d1 = 25[mm] d2 = 30[mm] d3 = 10[mm] Określenie wartości nacisków dopuszczalnych pdop dla połączeń ruchowych niezbyt często poruszanych pdop = 0,8*kr Obliczanie ilości zwojów w nakrętce imin Obliczanie ilości zwojów czynnych izc Obliczanie naprężeń w gwincie σd pochodzących od docisku zwojów gwintu i nakrętki Porównanie wartości obliczonych nacisków σd z naciskami dopuszczalnymi pdop 20, < 99,130 (warunek spełniony) Do dalszych obliczeń przyjęto zatem nakrętkę napinającą otwartą M20 według PN-57/M-82269, ze stali St5. 4. Obliczenia i dobór długości śruby oczkowej „l” dla danego skoku naciągu linowego H, oraz wymaganej minimalnej długości wkręcenia mmin Obliczanie nagwintowanej części śruby oczkowej „bobl” Dobór znormalizowanej długości nagwintowanej części śruby „b” według PN-77/M-82425 Dobór b w zakresie 125 < l ≤ 200 dla M20 jest równe 62 bobl ≤ b czyli 62 ≤ 62 (warunek spełniony) Dobór zakresu długości śruby według PN-77/M-82425 125 < l ≤ 200 Dobór znormalizowanej długości śruby oczkowej „l” według PN-77/M-82425 d0 = 18 [mm] S = 22 [mm] D1 = D2 = D3 = 34 [mm] k = 28 [mm] r = 4 [mm] Obliczanie wymiarów gabarytowych złącza śrubowego hmax i hmin hmax = 2l – 2mmin +L hmin = 2l – 2b +L 5.Obliczanie naprężeń rozrywających w oczku śruby oczkowej Obliczanie przekroju niebezpiecznego F1 w oczku śruby F1 = ( D1 – d0 )S Sprawdzenie naprężeń rozrywających w przekroju F1 62,5 [MPa] ≤ 123,913 [MPa] (warunek spełniony) II Połączenie sworzniowe 1.Obliczanie wymiarów gabarytowych widełek ( b x g ) połączenia sworzniowego Przyjęcie wartości naprężeń dopuszczalnych kr dla materiału widełek połączenia sworzniowego Dobór materiału widełek według PN-72/H-84020. Przyjęcie wartości nacisków dopuszczalnych pdop dla sworzniowych połączeń spoczynkowych Obliczenie szerokości widełek „g” Przyjęcie wartości g według PN-72/H-93202 i PN-72/H-93211 g = 14 [mm] Obliczenie wysokości widełek „b” z warunku na rozciąganie w przekrojach osłabionych otworami pod sworzeń Przewiduje się, że widełki będą wykonane ze stali St7 w formie walcowanego pręta o przekroju kwadratowym. Dla uzyskania wymiaru poprzecznego widełek l3 = 44 mm wybrano pręt o przekroju kwadratowym o wymiarach 52x52 mm według PN-72/H-93201. Dla uzyskania wymaganych wymiarów poprzecznych widełek można zastosować obróbkę skrawaniem. Przyjęcie wartości b z szeregu szerokości zalecanych według PN-72/H-93202 i PN-72/H-93211 b = 30 [mm] 2.Sprawdzenie wytrzymałości przekroju sworznia z warunku na zginanie (σg <kg) Zakładamy, że sworzeń będzie luźno pasowany z oczkiem i widełkami oraz przyjmujemy pasowanie ruchowe H11/h11 Obliczanie wskaźnika wytrzymałości przekroju sworznia na zginanie Obliczanie maksymalnego momentu gnącego Mgmax Obliczanie naprężeń zginających σg oraz dobór materiału sworznia według PN-72/H-84020 3.Przeprowadzenie obliczeń sprawdzających nacisków powierzchniowych występujących w połączeniu sworzniowym Obliczanie przekroju oczka śruby narażonego na naciski powierzchniowe Obliczanie sprawdzające nacisków powierzchniowych p w oczku śruby Obliczanie przekrojów widełek(F3) narażonych na naciski powierzchniowe F3 = 2dog Obliczanie sprawdzające nacisków powierzchniowych p w widełkach P2 = Qmax / F3 < pdop 4. Dobór znormalizowanej długości sworznia według PN-63/M-83002, podkładki według PN-78/M-82005, oraz zawleczki według PN-76/M-82001 Zakładam sworzeń o średnicy d=18mm. Wymagana długość roboczej części sworznia: lw= S+2*b+s+gp-d1/2+d0+l2 lw= 2*S+s+gp-d1/2+d0+l2 gdzie: b- szerokość jednej odnogi widełek, s- minimalny luz poosiowy ( przyjęto s=0,5 mm- zalecana wartość według PN-63/M-83000), gp- gruboć podkładki dobrana według PN-90/M-82004, d0 – średnica zawleczki według PN-76/M-82001, d1- średnica otworu zawleczkowego według PN-90/M-83002, l2- minimalna odległość otworu zawleczkowego od końca sworznia dobrana według PN-90/M-83002 Z normy PN-90/M-83002 dobieram najbliższą większą długość sworznia: l=60 mm, dla średnicy d=18 mm. Wymagana grubość widełek wynosi: l3= S+2*w= 44 mm Dobór podkładki do sworznia: Do sworznia o średnicy d= 18 mm dobrano podkładkę (wg PN-90/M-82004), o średnicy wewnętrznej d0=18 mm, średnicy zewnętrznej D= 28 mm i grubości g= 4mm, materiał podkładki St3S. Dobór zawleczki do sworznia: Do sworznia o średnicy d= 18 mm dobrano zawleczkę wg PN-76/M-82001 przy czym średnica umowna zawleczki d0 została przyjęta jako równa średnicy otworu d1 w sworzniu, czyli d1= 5mm . Ze względu na konieczność rozgięcia końców zawleczki, długość zawleczki l przyjęto znacznie większą od średnicy sworznia, czyli l= 28mm. Materiał zawleczki St2S. III Połączenie spawane 1.Sprawdzenie naprężeń zredukowanych w spoinie łączącej widełki z masztem Założenie spoiny czołowej o parametrach z0 = 0,8, z = 0,9, grubość spoiny gs jest równa grubości widełek g Przyjęcie długości obliczeniowej spoiny z uwzględnieniem wysokości widełek b Obliczanie naprężeń dopuszczalnych dla spoiny czołowej wg wzoru Obliczanie naprężeń zginających w spoinie pochodzących od składowej Qmaxcosα według wzoru Obliczanie naprężeń rozciągających w spoinie, pochodzących od składowej Qmaxsinα Obliczanie naprężeń ścinających pochodzących od składowej Qmmaxcosα Sprawdzenie naprężeń zredukowanych występujących w spoinie według wzoru 66,70 < 134,53 [MPa] Warunek wytrzymałościowy dla spoiny został spełniony. Na tej podstawie można zastosować połączenie spawane dla połączenia płaskowników z płytą w celu wykonania zaczepu naziemnego. IV. Zabezpieczenia antykorozyjne Instrukcja użytkowania mechanizmu napinającego: W miarę potrzeby usuwać zanieczyszczenia z gwintowanych elementów oraz uzupełniać smaru plastycznego na śrub oczkowych. W miarę potrzeby sprawdzać, czy na elementach mechanizmu naciągowego nie ma znaczących ognisk korozji, wytarć lub peknięć.	kr = 123,913 [Mpa] krobl =105,326 [Mpa] d3 = 16,933[mm] D1=d1 = 17,294 [mm] D2=d2= 18,376 [mm] D = d = 20,000 [mm] h =P =2,5 [mm] σr=97,693 [Mpa] tanγ = 0,0259 γ= 1,48 [^o] tan ρ’ = 0,346 ρ’= 1,49 [^o] 1,48< 1,49 Ms =10,536[Nm] Wo = 953,304 [mm^3] τs = 11,052 [Mpa] σz = 99,551 [Mpa] Xe,przerw = 2,86 2,86 ≥ 2,30 pdop = 99,130 [Mpa] imin = 13 izc = 12 σd = 16,284[Mpa] bobl =62 [mm] l =180 [mm] hmax = 496[mm] hmin = 436 [mm] F1 = 352 [mm^2] σr = 62,5 [Mpa] kr= kc = 186,842 [Mpa] gobl = 13,083 [mm] Przyjęto najbliższą wartość z normy PN-72/H-93211, która wynosi g=14 [mm] b =23,35 [mm] Ze względów wytrzymałościowych i konstrukcyjnych przyjęto b= 30 mm. Wx= 572,55 [mm^3] Mgmax = 137,5 [Nm] σg = 240,15 [Mpa] 240,15 < 250,52 F2 = 378 [mm^2] P = 58,2 [Mpa] 44,2 < 46,71 [Mpa] F3 = 504 [mm^2] P2 = 43,65 [Mpa] 43,65 < 46,71 [Mpa] lw=58 mm s= 0,5 mm gp= 3 mm d0= 18 mm d1= 5 mm l2= 8 mm l= 60 mm l3 = 44 mm d0=18 mm g= 4mm D= 28 mm l0 = 2[mm] kg’= 134,53 [MPa] σg = 23,57 [MPa] σr = 34,03 [MPa] tt = 19,64 [MPa] σz = 66,70 [MPa] 66,70 < 134,53[MPa]