AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA
im. Stanisława Staszica w Krakowie
KATEDRA PODSTAW BUDOWY I EKSPLOATACJI MASZYN
PROJEKT ŚRUBOWEGO ZAWIESIA LINY
Dane:
Qmax = 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=60o
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 [mm3]
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 [m3]
d0 = 18 [mm]
S = 22 [mm]
Qmax = 22000 [N]
F2 = 0.000378 [m2]
pdop = 46,71 [Mpa]
d0 = 18 [mm]
g = 14 [mm]
Qmax = 22000 [N]
F3 = 0,000504 [m2]
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
b = 30[mm]
g = 14 [mm]
z0 = 0,8
z = 0,9
kr= 186,842 [MPa]
Qmax = 22000 [N]
α = 600
a = 40 [mm]
g = 14 [mm]
l0 = 2 [mm]
α = 600
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]
|
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
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
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 [mm3]
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 [mm2]
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 [mm3]
Mgmax = 137,5 [Nm]
σg = 240,15 [Mpa]
240,15 < 250,52
F2 = 378 [mm2]
P = 58,2 [Mpa]
44,2 < 46,71 [Mpa]
F3 = 504 [mm2]
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
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]
|