ALGORYTM OBLICZEŃ POŁĄCZENIA SWORZNIOWEGO PASOWANEGO LUŹNO. |
Wyliczenie średnicy rdzenia śruby, obciążoną osiową siłą rozciągającą.
Na podstawie dobranego materiału śruby oczkowej St6 i podanej wartości obciążenia 25 [kN] wyliczam na podstawie wzoru:
gdzie:
σr - naprężenia rozciągające,
Q - siła obciążająca,
S - przekrój śruby,
d3 - średnica rdzenia śruby,
kr - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie.
Minimalną średnicę rdzenia śruby, która wynosi d3= 14,125 mm
Dobieram na podstawie PN-77/M-82425 gwint metryczny M 18 , dla którego średnica rdzenia śruby wynosi 14.712mm .
Sprawdzenie wytrzymałości oczka śruby z warunku na rozciąganie.
Na podstawie warunku:
gdzie:
σr - naprężenia rozciągające,
Q - siła obciążająca,
A - przekrój oczka śruby,
kr - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie,
s - szerokość oczka śruby,
D1 - średnica zewnętrzna oczka śruby,
do - średnica wewnętrzna oczka śruby
Sprawdzam czy oczko śruby wytrzyma obciążenie wywołane siłą rozciągającą.
δr=82.24MPa < kr = 160 MPa
Warunek został spełniony, więc pozostaję przy dobranej śrubie oczkowej.
Na podstawie PN-77/M-82425 dobieram parametry śruby oczkowej:
- całkowita długość śruby l = 75 mm
Dobrana śruba oczkowa to M 18 x 75 - 5.8 - I - F8
Dane śruby oczkowej:
d = M 18
D1 =32mm
d0 = 16 mm
I = 75 mm
b = 42 mm
s = 19 mm
Do dobranej śruby oczkowej na podstawie PN-90/M-83002 dobieram:
- długość sworznia z łbem walcowym l = 32 mm.
Dobrany sworzeń z łbem walcowym to: B 16 x 32 / 26 x 6.
Dane sworznia:
d = 16 mm
d1 = 4 mm
D = 25 mm
k = 5 mm
l = 32 mm
l2 = 6 mm
Sprawdzenie wytrzymałości sworznia z warunku na zginanie.
Schemat obciążenia sworznia.
Sworzeń wykonany ze stali St6 pasowany jest luźno i dlatego należy go sprawdzić z warunku na zginanie:
gdzie:
σg - naprężenia zginające,
Mg - moment zginający,
Wx - wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie,
kg - dopuszczalne naprężenia na zginanie.
σg = 312.8MPa < kg = 195MPa
Warunek na zginanie nie został spełniony.
Ponieważ warunek wytrzymałościowy sworznia na zginanie nie został spełniony, przyjmuję kolejny sworzeń: B 22 i ponownie sprawdzam według warunku na zginanie
σg = 187.8MPa < kg = 195 MPa
Sworzeń wykonany ze stali St6 należy również sprawdzić z warunku na naciski powierzchniowe:
między sworzniem a piastą śruby
p = 37.88MPa < k = 96 MPa
w piastach widełek
p = 33.42MPa < k = 96 MPa
gdzie:
p - wartość nacisków powierzchniowych,
Q - siła obciążająca,
ko - dopuszczalne naprężenia na naciski powierzchniowe
Warunki na naciski powierzchniowe zostały spełnione.
Biorąc pod uwagę wymiary widełek przyjmuję, że długość sworznia będzie wynosiła: 80 mm.
Dobrany sworzeń z łbem walcowym to: B 22 x 80 / 68 x 12
Ponownie na podstawie PN-77/M-82425 dobieram parametry śruby oczkowej M 27:
całkowita długość śruby l = 90 mm
Dobrana śruba oczkowa to: M 27 x 90 - 5,8 - l - F8
Sprawdzenie wytrzymałości nakrętki.
gdzie:
σr - naprężenia rozciągające,
Q - siła obciążająca,
A - przekrój nakrętki,
kr - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie,
Dz - średnica zewnętrzna nakrętki,
d - średnica wewnętrzna nakrętki.
Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, że zewnętrzna nakrętki będzie dwukrotnie większa od średnicy śruby oczkowej Dz = 55 mm .
Sprawdzam wytrzymałość nakrętki wykonanej ze stali St4S :
σs = 26MPa < kr = 130 MPa
Warunek został spełniony więc pozostaję przy dobranych wymiarach nakrętki. Przyjmuję wysokość nakrętki h = 80 mm.
Obliczenie wysokości spoiny.
gdzie:
τt - naprężenia ścinające,
Q - siła obciążająca,
S - przekrój spoiny,
a - grubość spoiny,
l - długość spoiny,
Dz - średnica zewnętrzna nakrętki,
kt' - dopuszczalne naprężenia na ścinanie dla spoiny.
h = 3.760mm
Przyjmuję wysokość spoiny: h = 4 mm.
Korzystając z warunku na rozciąganie sprawdzam wytrzymałość:
piasty widełek
σs = 26.26MPa < kr = 130 MPa
ucha widełek
σs = 33.06MPa < kr = 130 MPa
gdzie:
σr - naprężenia rozciągające,
Q - siła obciążająca,
A1 - przekrój piasty widełek,
A2 - przekrój ucha widełek,
kr - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie.
Warunki wytrzymałościowe zostały spełnione.
Dla dobranego sworznia dobieram:
- na podstawie PN-90/M-82004 PODKŁADKĘ 22 x 4
- na podstawie PN-76/M-82001 ZAWLECZKĘ S - Zn 5 x 36
Ponieważ założenia konstrukcyjne zakładają, że połączenie sworzniowe ma być luźne zakładam rodzaj pasowania między sworzniem a śrubą oczkową i piastami:
20 F8/h6
powyższy zapis oznacza pasowanie części o powierzchniach obrotowych wykonanych wg zasad stałego wałka dający połączenie ruchome ( obrotowe zwykłe ):
Wartości odchyłek:
Wyniki
PASOWANIE: luźne
WARTOŚĆ OBCIĄŻENIA: 25 [kN]
ŚRUBA OCZKOWA: M 27 x 90 - 5.8 - I - F8
MATERIAŁ: St6
PODSTAWOWE DANE:
D1= 46 mm, d0= 22 mm, I= 90 mm, b= 60 mm, s= 30 mm
SWORZEŃ Z ŁBEM WALCOWYM: B 22 X 80 / 68 X 12
MATERIAŁ: St6
PODSTAWOWE DANE:
d= 22 mm, d1= 5 mm, D= 33 mm, k= 6 mm, l= 80 mm, l2= 12 mm
NAKRĘTKA:
MATERIAŁ: St4S
PODSTAWOWE DANE:
dz= 55 mm, h= 80 mm
WIDEŁKI:
MATERIAŁ: St4S
PODSTAWOWE DANE:
d= 22 mm, D= 50 mm, g= 27 mm, l2= 17 mm
PODKŁADKA: 22 X 4
ZAWLECZKA: S - Zn 5 X 36