ALGORYTM OBLICZEŃ POŁĄCZENIA SWORZNIOWEGO PASOWANEGO LUŹNO.

1. Wyliczenie średnicy rdzenia śruby, obciążoną osiową siłą rozciągającą.

Na podstawie dobranego materiału śruby oczkowej St5 i podanej wartości obciążenia 15 [kN] wyliczam na podstawie wzoru:

gdzie:

• σ_r - naprężenia rozciągające,

• Q - siła obciążająca,

• S - przekrój śruby,

• d₃ - średnica rdzenia śruby,

• k_r - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie.

Minimalną średnicę rdzenia śruby, która wynosi d₃= 11,493 mm

2. Dobieram na podstawie PN-83/M-02113 gwint metryczny M 16, dla którego średnica rdzenia śruby wynosi 11,369 mm .

3. Sprawdzenie wytrzymałości oczka śruby z warunku na rozciąganie.

Na podstawie warunku:

gdzie:

• σ_r - naprężenia rozciągające,

• Q - siła obciążająca,

• A - przekrój oczka śruby,

• k_r - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie,

• s - szerokość oczka śruby,

• D₁ - średnica zewnętrzna oczka śruby,

• d_o - średnica wewnętrzna oczka śruby

Sprawdzam czy oczko śruby wytrzyma obciążenie wywołane siłą rozciągającą.

δ_r=56,39 MPa < k_r = 145 MPa

Warunek został spełniony, więc pozostaję przy dobranej śrubie oczkowej.

4. Na podstawie PN-77/M-82425 dobieram parametry śruby oczkowej:

- całkowita długość śruby l = 80 mm

Dobrana śruba oczkowa to M 16 x 80 - 5.8 - 2 - F8

Dane śruby oczkowej:

d = M 16

D₁ = 28 mm

d₀ = 14 mm

I = 80 mm

b = 38 mm

s = 19 mm

Do dobranej śruby oczkowej na podstawie PN-90/M-83002 dobieram:

- długość sworznia z łbem walcowym l = 30 mm.

Dobrany sworzeń z łbem walcowym to: B 14 x 30 / 24 x 6.

Dane sworznia:

d = 14 mm

d₁ = 4 mm

D = 22 mm

k = 4 mm

l = 30 mm

l₂ = 6 mm

5. Sprawdzenie wytrzymałości sworznia z warunku na zginanie.

Schemat obciążenia sworznia.

Sworzeń wykonany ze stali St5 pasowany jest luźno i dlatego należy go sprawdzić z warunku na zginanie:

gdzie:

• σ_g - naprężenia zginające,

• M_g - moment zginający,

• W_x - wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie,

• k_g - dopuszczalne naprężenia na zginanie.

σ_g = 280,1 MPa < k_g = 170 MPa

Warunek na zginanie nie został spełniony.

Ponieważ warunek wytrzymałościowy sworznia na zginanie nie został spełniony, przyjmuję kolejny sworzeń: B 18 i ponownie sprawdzam według warunku

σ_g = 154,3 MPa < k_g = 170 MPa

• Sworzeń należy również sprawdzić z warunku na naciski powierzchniowe:

• między sworzniem a piastą śruby

p = 37,88 MPa < k = 87 MPa

• w piastach widełek

p = 32,05 MPa < k = 87 MPa

gdzie:

• p - wartość nacisków powierzchniowych,

• Q - siła obciążająca,

• k_o - dopuszczalne naprężenia na naciski powierzchniowe

Warunki wytrzymałościowe zostały spełnione.

Biorąc pod uwagę wymiary widełek przyjmuję, że długość sworznia będzie wynosiła: 60 mm.

Dobrany sworzeń z łbem walcowym to: B 18 x 60 / 58 x 8

Ponownie na podstawie PN-77/M-82425 dobieram parametry śruby oczkowej M 20:

• całkowita długość śruby l = 80 mm

Dobrana śruba oczkowa to: M 20 x 80 - 5,8 - l - F8

• 
  Sprawdzenie wytrzymałości nakrętki.

gdzie:

• σ_r - naprężenia rozciągające,

• Q - siła obciążająca,

• A - przekrój nakrętki,

• k_r - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie,

• D_z - średnica zewnętrzna nakrętki,

• d - średnica wewnętrzna nakrętki.

Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, że zewnętrzna nakrętki będzie dwukrotnie większa od średnicy śruby oczkowej D_z = 45 mm .

Sprawdzam wytrzymałość nakrętki wykonanej ze stali St3S, korzystając z warunku :

gdzie:

• σ_r - naprężenia rozciągające,

• Q - siła obciążająca,

• A - przekrój nakrętki,

• k_r - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie,

• D_z - średnica zewnętrzna nakrętki,

• d - średnica wewnętrzna nakrętki.

σ_s = 11,76 MPa < k_r = 120 Mpa

Warunek został spełniony więc pozostaję przy dobranych wymiarach nakrętki. Przyjmuję wysokość nakrętki h = 60 mm.

• 
  Obliczenie wysokości spoiny.

Obliczam wysokość spoiny mocującej nakrętkę korzystając z warunku:

gdzie:

• τ_t - naprężenia ścinające,

• Q - siła obciążająca,

• S - przekrój spoiny,

• a - grubość spoiny,

• l - długość spoiny,

• D_z - średnica zewnętrzna nakrętki,

• k_t' - dopuszczalne naprężenia na ścinanie dla spoiny.

h = 3,095 mm

Przyjmuję wysokość spoiny: h = 4 mm.

• Sprawdzam wytrzymałość piasty widełek korzystając z warunków:

• 
  

σ_s = 26,22 MPa < k_r = 120 Mpa

• Sprawdzam wytrzymałość ucha widełek korzystając z warunków:

σ_s = 35,88 MPa < k_r = 120 MPa

gdzie:

σ_r - naprężenia rozciągające,

Q - siła obciążająca,

A₁ - przekrój piasty widełek,

A₂ - przekrój ucha widełek,

k_r - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie.

Warunki wytrzymałościowe zostały spełnione.

Dla dobranego sworznia dobieram:

- na podstawie PN-90/M-82004 PODKŁADKĘ 18 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:

 18 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: 15 [kN]

ŚRUBA OCZKOWA: M 20 x 80 - 5.8 - I - F8

MATERIAŁ: St5

PODSTAWOWE DANE:

D₁= 34 mm, d₀= 18 mm, I= 80 mm, b= 46 mm, s= 22 mm

SWORZEŃ Z ŁBEM WALCOWYM: B 18 X 60 / 52 X 8

MATERIAŁ: St5

PODSTAWOWE DANE:

d= 18 mm, d₁= 5 mm, D= 28 mm, k= 5 mm, l= 60 mm, l₂= 8 mm

NAKRĘTKA:

MATERIAŁ: St3S

PODSTAWOWE DANE:

d_z= 45 mm, h= 60 mm

WIDEŁKI:

MATERIAŁ: St3S

PODSTAWOWE DANE:

d= 18 mm, D= 40 mm, g= 19 mm, l₂= 13 mm

PODKŁADKA: 18 X 4

ZAWLECZKA: S - Zn 5 X 36

---