Podstawy Mechaniki i Konstrukcji Maszyn
Projekt 3
Temat projektu: Dobierz cechy konstrukcyjne złącza śrubowo-sworzniowego przedstawionego na schemacie
Dane projektowe: Szukane: P = 20 [kN] = 20000 [N]; Obliczenia wytrzymałościowe dla
Gatunek materiału: Stal S185; poszczególnych węzłów
l = 3600 [mm] = 3,6 [m]
Justyna Kwiatkowska
WIMiC gr.projektowa nr 1
Technologia Chemiczna
Czwartek godz. 16.00
12 | Nakrętka M8-8-II | 2 | - | PN-75/M-82144 | - | - |
---|---|---|---|---|---|---|
11 | Podkładka 18 | 2 | - | PN-78/M-82006 | - | - |
10 | Śruba M8x40- 8.8-II | 2 | - | PN-74/M-82105 | - | - |
9 | Nakrętka M20-8-II | 1 | - | PN-75/M-82144 | - | - |
8 | Podkładka 44 | 1 | - | PN-78/M-82006 | - | - |
7 | Śruba M20x54-8.8-II | 1 | - | PN-74/M-82105 | - | - |
6 | Podkładka 30 | 1 | - | PN-59/M-82005 | - | - |
5 | Zawleczka 4x32 | 1 | - | PN-58/M-82001 | - | - |
4 | Sworzeń 20x32-5.8 | 1 | S185 | PN-63/M-83002 | - | - |
3 | Kątownik | 2 | S185 | 12-01-03 | - | - |
2 | Ucho | 1 | S185 | 12-01-02 | - | - |
1 | Widełki | 1 | S185 | 12-01-011 | - | - |
Pozycja | Nazwa części | Il.szt. | Materiał | Nr normy-rys. | Masa | Uwagi |
Dane | Obliczenia | Wyniki |
---|---|---|
x1=1,4[-] x2=1,3[-] x3=1,3[-] x4=1,10[-] xc=2,6[-] Re=185[MPa]= =185∙106[Pa] F=20[kN]= =20000[N] kr=71,15∙106[Pa] A1=0,0003[m2] g=8∙10-3[m] x1=1,4[-] x2=1,3[-] x3=1,4[-] x4=1,15[-] xc=2,93[-] Re=185∙106[Pa] kr=63,14∙106[Pa] z = 0,8 [-] z0 = 1 [-] kr’ = 50,5•106 [Pa] lobl=0,05[m] g=8∙10-3[m] x1=1,2[-] x2=1,2[-] x3=1,4[-] x4=1,15[-] Re = 185 [MPa] xc=2,32[-] kr = 79,74∙106[Pa] kt’=44,65∙106[Pa] x1= 1,2[-] x2= 1,3[-] x3= 1,1[-] x4= 1,1[-] Re = 640∙106 [Pa] xc=1,8876[-] μ = 0, 2[-] i=1[-] m=2[-] P=20000[N] kr=339,05[MPa] x1 = 1,2 [-] x2 = 1,1 [-] x3 = 1,1 [-] x4 = 1,1 [-] xc=1,597[-] Re =185∙106 [Pa] kr=172,2[MPa] P=20000[N] x1= 1,4[-] x2= 1,4[-] x3= 1,3[-] x4= 1,2[-] Re = 400 [MPa] xc=3,06[-] kr=130,71[MPa]
P=20000[N] kr=400∙106[Pa] d=20[mm] kr=130,71[MPa] l0=8[mm] x1 = 1,2 [-] x2=1,1[-] x3 = 1,1 [-] x4 = 1,1 [-] xc= 1,597 [-] Re = 640 [MPa] i=2[-] kr=400,75∙106[Pa] |
Założenia: d=10[mm]=0,01[m]
1.2.1 Obliczenie wartości całkowitego współczynnika bezpieczeństwa xc
.
materiał walcowany
1.2.2 Obliczenie naprężenia dopuszczalnego na rozciąganie
1.2.2.1 Określenie wartości granicy plastyczności Re Dla materiału S185 Re wynosi 185 [MPa]
kr=71,15[MPa]
Przyjmujemy że A1 będzie wynosiło 0,0003[m2] 1.2.3 Obliczenie wartości szerokości przekroju g:
gdzie lrz=6g
Wartość g nie może być ujemna ( grubość nie może być ujemne ponieważ jest to wynik nie fizyczny) więc w toku dalszych obliczeń przyjmiemy g=7,92∙10-3[m]=7,92[mm] Przyjmujemy g=8[mm] lrz = $\frac{A1}{g}$ + d
2.Obliczenie długości rzeczywistej lrz dla węzła numer 2. σr = $\frac{F}{lo\ \bullet \ g}$ ≤ kr’
lrz = lo + 2g Przyjęto: z = 0,8 [-] z0 = 1 [-] 2.2.1 Obliczenie wartości całkowitego współczynnika bezpieczeństwa xc1 xc1=x1 • x2 • x3 • x4 2.2.1.1. Dobór współczynnika jedności założeń X1 wybrano na podstawie literatury [1] i wynosi on x1=1,4. Przyjmuję taką wartość ponieważ gatunek stali jest znany. 2.2.1.2. Dobór współczynnika ważności założeń X2 wybrano na podstawie literatury [1] i wynosi on x2=1,3. Przyjmuję taką wartość ponieważ rozpatrywane złącze może spowodować wypadek. 2.2.1.3. Dobór współczynnika jednorodności materiału X3 wybrano na podstawie literatury [1] i wynosi on x3=1,4. Przyjmuję taką wartość jest to starannie wykonane połączenie spawane wykonane przez spawaczy I kategorii z kontrola rentgenowską. 2.2.1.4. Dobór współczynnika zachowania wymiarów X4 wybrano na podstawie literatury [1] i wynosi on x4=1,15. Przyjmuję taką wartość ponieważ rozpatrywana konstrukcja jest konstrukcją spawaną. xc= 1,4 •1, 3 • 1, 4 • 1, 15 xc=2,93[-] 2.2.2 Obliczenie wartości naprężeń dopuszczalnych na rozciąganie kr1:
kr=63,14[MPa] 2.2.3 Obliczenie wartości naprężeń dopuszczalnych na rozciąganie kr’: kr’ = z •zo • kr = 0,8 •1 • 63, 14 • 106 kr’ = 50,5•106 [Pa] lobl ≥ $\frac{F}{kr'\ \bullet \ g} = \frac{20000}{50,5 \bullet 10^{6} \bullet 8,0 \bullet 10^{- 3}} = 0,049\lbrack m\rbrack$ Przyjęto że lobl będzie wynosić 0,05 [m] lrz = lo + 2g =0, 05+2•8,0•10−3 lrz = 0,065[m]=65 [mm] Zmieniamy szerokości kształtownika ponieważ obliczona szerokość jest większa jak poprzednia 3.Obliczenie długości rzeczywistej lrz dla węzła numer 3. 3.1 Obliczenie wartości długości rzeczywistej lrz. τt =$\frac{F}{2A}$ ≤ kt’ kt’ = z •z0 • kr A = a∙ lobl lobl = lrz – 2a a = 0,707g lrz ≥ $\frac{P}{2k\mathrm{t}^{'}*0,707g}$ + 2∙0,707g Przyjęto: z = 0,8 [-] z0 = 0,7 [-] 3.1.1 Obliczenie naprężenia dopuszczalnego na ścinanie kt’
3.1.1.1Obliczenie naprężenia dopuszczalnego na rozciąganie kr
3.1.1.1.1. Dobór granicy plastyczności Re
3.1.1.1.2 Obliczenie całkowitego współczynnika bezpieczeństwa xc
3.1.1.1.2.1 Dobór współczynnika pewności założeń x1 Wg [1] dla znanego gatunku materiału oraz znanych metod obliczeń dobrano współczynnik pewności założeńx1 = 1,2 [-] 3.1.1.1.2.2 Dobór współczynnika ważności założeń x2 Wg [1] gdyż zniszczenie danej części może spowodować uszkodzenie dobrano współczynnik ważności założeń x2=1,2[-] 3.1.1.1.2.3 Dobór współczynnika jednorodności materiału x3 Wg [1]dla starannie wykonanych połączeń spawanych dobrano współczynnik jednorodności materiał x3 = 1,4[-] 3.1.1.1.2.4 Dobór współczynnika zachowanie wymiarów x4 Wg [1] dla konstrukcji spawanych dobrano współczynnik zachowania wymiarów x4 = 1,15 [-] xc= 1,2 •1, 2 • 1, 4 • 1, 15 xc=2,32[-] $k_{r} = \frac{\text{Re}}{x_{c1}}$=$\frac{185 \bullet 10^{6}}{2,32}$
kt’=0,8∙0,7∙79,74∙106=44,65∙106[Pa] lrz ≥ $\frac{20000}{2 \bullet 44,65 \bullet 10^{6} \bullet 0,707 \bullet 8 \bullet 10^{- 3}} + 2 \bullet 0,707 \bullet 8 \bullet 10^{- 3}$ = 0,051[m] lrz przyjmujemy 60[mm] Nie zmieniamy szerokości kształtownika ponieważ obliczona szerokość jest taka sama jak poprzednia. 4.Obliczenie długości rzeczywistej lrz dla węzła numer 4 (połączenie gwintowe)
4.1.1Warunek wytrzymałościowy na rozciąganie dla śruby luźnej
Przyjmujemy: i=1[-] m=2[-] 4.2.1 Wyznaczenie wzoru na średnice rdzenia śruby
dr = $\sqrt{\frac{4 \bullet A}{\pi}}$ 4.2.2 Obliczanie naprężenia dopuszczalnego na rozciąganie kr kr = $\frac{\text{Re}}{x_{c}}$ 4.2.2.1 Dobór klasy własności mechanicznych śruby Re dla śruby 8.8
4.2.2.2 Obliczenie całkowitego współczynnika bezpieczeństwa xc3 dla śruby:
4.2.2.2.1Dobór współczynnika pewności założeń x1. Wg Tablicy 1.1 [1] dla znanego gatunku materiału oraz zwykłych metod obliczeń przedział wynosi: x1=1,2÷1,4 przyjęto:
4.2.2.2.2. Dobór współczynnika ważności przedmiotu x2. Wg Tablicy 1.1 gdy zniszczenie danej części może spowodować wypadek, przedział wynosi: x2= 1,3÷1,5[-] przyjęto: x2= 1,3[-] 4.2.2.2.3.Dobór współczynnika jednorodności materiału x3. Wg Tablicy 1.1 dla materiałów, kutych walcowanych, ciągnionych, przyjęto: x3= 1,1[-] 4.2.2.2.4.Dobór współczynnika zachowania wymiarów x4. Wg Tablicy 1.1 dla normalnej kontroli metoda wyrywkowa po obróbce skrawaniem, przedział wynosi: x4=1,05÷1,1 przyjęto: x4= 1,1[-] xc=1,2∙1,3 ∙1,1∙1,1=1,8876[-] $k_{r} = \frac{640 \bullet 10^{6}}{1,8876}$=339,05∙106[Pa]=339,05[MPa] 4.2.3 Wyznaczenie współczynnika tarcia zewnętrznego µ µ = (0,1÷0,2) [-] Przyjmujemy μ = 0, 2[-] A ≥ $\frac{1,3*P}{k\mathrm{r} \bullet \mu \bullet i \bullet m}$ $\frac{\pi{\ d}_{r}^{2}}{4}$ ≥ $\frac{1,3*P}{k\mathrm{r} \bullet \mu \bullet i \bullet m}$ dr ≥ $\sqrt{\frac{1,3 \bullet 4 \bullet P}{k\mathrm{r} \bullet \mu \bullet i \bullet m \bullet \pi}}$ dr ≥ $\sqrt{\frac{5,2 \bullet 20 \bullet 10^{3}}{339,05 \bullet 10^{6} \bullet 0,2 \bullet 1 \bullet 2 \bullet 3,14}}$ dr ≥ 0,0156 [m]
Dobrano śrubę M20 według normy [4] 4.2.4 Wyznaczenie przekroju niebezpiecznego 4.2.4.1 Warunek wytrzymałościowy na rozciąganie
4.2.4.1.1 Obliczenie naprężenia dopuszczalnego na rozciąganie
4.2.4.1.1.1 Dobór granicy plastyczności Re
4.2.4.1.1.2 Obliczenie całkowitego współczynnika bezpieczeństwa xc
4.2.4.1.1.2.1 Dobór współczynnika pewności założeń x1 Wg [1] dla znanego gatunku materiału oraz znanych metod obliczeń dobrano współczynnik pewności założeń x1 = 1,2 [-] 4..4.1.1.2.2Dobór współczynnika ważności założeń x2 Wg [1] gdyż zniszczenie danej części może spowodować uszkodzenie dobrano współczynnik ważności założeń x2=1,1[-] 4.2.4.1.1.2.3Dobór współczynnika jednorodności materiału x3 Wg [1] dla materiałów kutych, walcowanych, ciągnionych dobrano współczynnik jednorodności materiału x3 = 1,1 [-] 4.2.4.1.1.2.4 Dobór współczynnika zachowanie wymiarów x4 Wg [1] dla profili walcowych, blachy, dokładnych odlewów dobrano współczynnik zachowania wymiarów x4 = 1,1 [-]
kr = $\frac{\text{Re}}{x_{c}}$ =$\frac{185*10^{6}}{1,597}$ = 172,2 [MPa] lrz $\geq \ \frac{20*10^{3}}{172,2*10^{6}*8*10^{- 3}}$ + 17 * 10-3 lrz ≥ 0,035 [m] obieram lrz = 40 [mm] Nie zmieniamy szerokości kształtownika ponieważ obliczona szerokość jest mniejsza jak poprzednia. 5.Obliczenie długości rzeczywistej lrz dla węzła numer 5 (sworzeń) 5.1Warunek wytrzymałościowy na ścinanie
5.1.1 Obliczenie wartości naprężeń dopuszczalnych na ścinanie kt
5.1.1.1.Obliczenie wartości naprężeń dopuszczalnych na rozciąganie kr:
5.1.1.1.1 Dobór klasy własności mechanicznych sworznia Re wg [4] PN\M-83002 Re 5.8 Re = 400 [MPa] 5.1.1.1.2 Obliczenie wartości całkowitego współczynnika bezpieczeństwa Xc1 xc1=x1 • x2 • x3 • x4 5.1.1 .1.2.1 Dobór współczynnika pewności założeń x1 Wg [1] dla znanego gatunku materiału oraz znanych metod obliczeń dobrano współczynnik pewności założeń x1 = 1,4 [-] 5.1.1 .1.2.2 Dobór współczynnika ważności założeń x2 Wg [1] gdyż zniszczenie danej części może spowodować uszkodzenie dobrano współczynnik ważności założeń x2=1,4[-] 5.1.1.1.2.3 Dobór współczynnika jednorodności materiału x3 Wg[1] gdyż element zawiera połączenia sworzniowe x3 = 1,3 [-] 5.1.1 .1.2.4 Dobór współczynnika zachowanie wymiarów x4 Wg [1] dla profili walcowych, blachy, dokładnych odlewów dobrano współczynnik zachowania wymiarów x4 = 1,2 [-] xc = 1,4∙1,4∙1,3∙1,2= 3,06 [-] kr = 130,71∙106 [Pa] kt = 0,6kr = 0,6∙130,71 = 78,43 [MPa]
d≥18,02 [mm] Przyjęto średnicę sworznia 20 [mm] 5.2 Warunek wytrzymałościowy na docisk dla sworznia
5.2.1Wyznaczenie wartości naprężenia dopuszczalnego na docisk ko = 0,8kr ko = 0,8*400 = 320 [MPa] 5.3 Z tego samego warunku obliczane są grubości widełek:
l0=8[mm]
p=125[MPa]
Dobrano sworzeń według normy [5] Sworzeń walcowy z łbem walcowym niskim D = 36 [mm] , do = 4 [mm] 6. Wyznaczanie wymiarów VI węzła / połączenie śrubowe 6.1 Klasa własności mechanicznej śruby 8.8 6.2.Warunek wytrzymałościowy na rozciąganie dla śruby
dr = $\sqrt{\frac{4 \bullet A}{\pi}}$ 6.2.2 Obliczenie naprężenia dopuszczalnego na rozciąganie kr
6.2.2.1 Dobór klasy własności mechanicznych śruby Re
6.2.2.2 Obliczenie całkowitego współczynnika bezpieczeństwa xc
6.2.2.2.1 Dobór współczynnika pewności założeń x1 Wg [1] dla znanego gatunku materiału oraz znanych metod obliczeń dobrano współczynnik pewności założeń x1 = 1,2 [-] 6.2.2.2.2 Dobór współczynnika ważności założeń x2 Wg [1] gdyż zniszczenie danej części może spowodować uszkodzenie dobrano współczynnik ważności założeń x2=1,1[-] 6.2.2.2.3 Dobór współczynnika jednorodności materiału x3 Wg [1] dla materiałów kutych, walcowanych, ciągnionych dobrano współczynnik jednorodności materiału x3 = 1,1 [-] 6.2.2.2.3 Dobór współczynnika zachowanie wymiarów x4 Wg [1] dla profili walcowych, blachy, dokładnych odlewów dobrano współczynnik zachowania wymiarów x4 = 1,1 [-]
kr = $\frac{\text{Re}}{x_{c}}$ =$\frac{640*10^{6}}{1,597}$ = 400,75 [MPa]
dr≥5,64∙10-3[m]=5,64[mm] 6.3 Dobrano średnicę śruby dr= 6,468[mm] według normy [3] Dobrano śrubę M8 według normy [4] Literatura: [1] „Wzory, wykresy, tablice wytrzymałościowe” M.E. Niezgodziński, T. Niezgodziński [2] „PKM materiały pomocnicze do projektowania” Ryguła,Ciania [3] Norma PN-83/M-02013 [4] Norma PN-74/M-82105 [5] Norma PN-63/M-83002 |
d=10[mm]= =0,01[m] x1=1,4[-] x2=1,3[-] x3=1,3[-] x4=1,10[-] xc=2,6[-] Re=185[MPa]= =185∙106[Pa] kr=71,15[MPa]= =71,15∙106[Pa] A1=0,0003[m2] g1= -6,25∙10-3[m] g2=7,92∙10-3[m] g=0,008[m]
x1=1,4[-] x2=1,3[-] x3=1,4[-] x4=1,15[-] xc=2,93[-] kr=63,14[MPa] =63,14∙106[Pa] kr’ = 50,5•106 [Pa] lobl=0,05[m] lrz =0,065[m] Re = 185 [MPa] x1=1,2[-] x2=1,2[-] x3=1,4[-] x4=1,15[-] xc=2,32[-] kr = 79,74∙106[Pa] kt’=44,65∙106[Pa] lrz=60[mm] Re = 640 [MPa] x1= 1,2[-] x2= 1,3[-] x3= 1,1[-] x4= 1,1[-] xc=1,8876[-] kr=339,05[MPa] μ = 0, 2[-] dr= 16,933 [mm] Re = 185 [MPa] x1 = 1,2 [-] x2 = 1,1 [-] x3 = 1,1 [-] x4 = 1,1 [-] xc=1,597[-] kr=172,2[MPa] lrz = 40 [mm] Re = 400 [MPa] x1= 1,4[-] x2= 1,4[-] x3= 1,3[-] x4= 1,2[-] xc=3,06 [-] kr=130,71∙106 [Pa]
d=20[mm] ko=320∙106[Pa] l0=8[mm] p=125∙106[Pa] D = 36 [mm] do = 4 [mm] Re = 640 [MPa] x1 = 1,2 [-] x2=1,1[-] x3 = 1,1 [-] x4 = 1,1 [-] xc= 1,597 [-] kr=400,75∙106[Pa] dr =6,468 [mm] |