Akademia Górniczo-Hutnicza
im. Stanisława Staszica w Krakowie
Projekt śrubowego zawiesia liny
Wykonał: Wójcik Sławomir
Wydział: GiG
Rok studiów: II
Grupa: 4
Rok akademicki: 2006/2007
Semestr: IV
DANE |
OBLICZENIA |
WYNIKI |
Naciąg w linie jest równy sile osiowej w zawiesiu liny Qmax= 18 kN, która powoduje miedzy innymi naprężenia rozciągające w trzpieniu śruby oczkowej
Dla stali o klasie własności mechanicznych 4.8, stali 40 lub St7: Re = 365 MPa
d3= 13,31 mm
Qmax= 18 kN d3= 13,620 mm
d2= 14,701 mm h= 2 mm
|
Zgodnie z przyjętymi założeniami, które zostały sformułowane w temacie zadania, do obliczeń przyjęto koncepcje rozwiązania konstrukcyjnego urządzenia w postaci śrubowego zawiesia liny.
Wymiary zawiesia liny są uzależnione w głównej mierze od cech geometrycznych śruby oczkowej. Przewidywane wartości obciążeń śruby oraz dobrane cechy wytrzymałościowe materiału na śrubę, warunkują wartość średnicy rdzenia nagwintowanej średnicy trzpienia śruby [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8].
I. POŁĄCZENIA ŚRUBOWE
1. Przeprowadzenia obliczeń wstępnych średnicy rdzenia śruby oczkowej d3 obciążonego siłą osiową Q oraz momentem skręcającym Ms
Przyjęcie materiału śruby Re, RM, oraz klasy własności mechanicznych wg PN-72/H-84020 dla stali zwykłej jakości lub PN-75/H-84019 (dla stali wyższej jakości (dla stali stopowych PN-72/H-84030). Założenie wartości współczynnika bezpieczeństwa XE (urządzenie odpowiedzialne, stąd Xe = 1.9-2.9), oraz obliczenie dopuszczalnych naprężeń rozciągających według zależności:
Obliczanie wstępne średnicy rdzenia śruby d3, tylko z warunku na rozciąganie, przyjmując w obliczeniach, według wzoru:
Normalizacja i dobór parametrów gwintu śruby i nakrętki według PN-83/M-02013 (d, h, D2=d2, D1=d1, d3).
2. Obliczenia sprawdzające przyjętych założeń i obliczeń wstępnych
Obliczenia naprężeń rozciągających σr w rdzeniu śruby (d3):
Obliczenia kąta wzniosu linii śrubowej γ według wzoru:
gdzie: h - skok gwintu d2 - średnica podziałowa gwintu |
kr =152,1 MPa
kr obl = 129,3 MPa
Dane z normy PN-83/M-02013
d= 16 mm d1= 13,835 mm d2= 14,701 mm d3= 13,620 mm h= 2
σr= 113,72 MPa
γ = 2,29°
|
DANE |
OBLICZENIA |
WYNIKI |
α = 50°
d2 = 14,701 mm
d3 = 13,620 mm
Ms= 28,9 Nm Wo= 5,72·10-7 m3
σr= 113,72 MPa τs= 50,5 MPa
Re = 365 MPa |
Przyjęcie wartości współczynnika tarcia μ (stal po stali μ = 0,15) oraz obliczenie pozornego kąta tarcia ρ` ze wzoru:
gdzie: α - kąt zarysu gwintu (dla gwintów metrycznych α = 60°)
Obliczanie momentu skręcającego Ms w rdzeniu śruby:
Określenie wskaźnika wytrzymałości przekroju śruby na skręcanie Wo
można też przyjąć
Obliczanie naprężeń skręcających τs w rdzeniu śruby według wzoru:
Przeprowadzenie sprawdzających obliczeń naprężeń zastępczych σz ze wzoru:
Sprawdzenie współczynnika bezpieczeństwa:
|
ρ`= 9,50°
Ms= 28,9 Nm
Wo= 5,72·10-7 m3
τs= 50,5 MPa
σz= 143,47 MPa
Xobl= 2,54 |
DANE |
OBLICZENIA |
WYNIKI |
kr = 152,1 MPa
m = 30 mm P = 2 mm
D =32 mm d1 = 22 mm izc = 14
H = 40 mm mmin = 25 mm |
3. Sprawdzenie długości nakrętki do dobranej śruby oczkowej, z warunku na dopuszczalne naciski powierzchniowe pomiędzy zwojami gwintu śruby i nakrętki.
Dla dobranej średnicy śrub oczkowych dobrać napinającą nakrętkę rurową według PN-57/M-82268 (M, L, D, mmin, d1, d2, d3) lub według PN-57/M-82269
Określić wartość nacisków dopuszczalnych pdop dla połączeń ruchowych niezbyt często poruszanych korzystając z zależności:
Obliczanie ilości zwojów w nakrętce imin
gdzie: m - długość nakrętki (z normy PN-57/M-82269) P - skok gwintu
Obliczanie ilości zwojów czynnych izc
ib - liczba zwojów biernych, ib = 1
Obliczanie naprężeń w gwincie σd pochodzących od docisku zwojów gwintu i nakrętki:
Porównanie wartości obliczonych nacisków σd z naciskami dopuszczalnymi pdop
4. Dobór długości śruby oczkowej l dla danego skoku napinacza H.
Obliczanie nagwintowanej części śruby oczkowej bobl dla danego skoku napinacza H oraz wymaganej minimalnej długości wkręcenia mmin.
|
Dane z normy PN-57/M-82268
M = 16 mm L = 170 mm D = 32 mm mmin= 25 mm d1 = 22 mm d2 = 26 mm d3 = 10 mm
pdop = 76,05 MPa
imin = 15
izc = 14
σd = 2,25 MPa
bobl = 45 mm |
DANE |
OBLICZENIA |
WYNIKI |
L = 170 mm
Dane z normy PN-77/M-82425
l = 120 mm b = 50 mm
Dane z normy PN-77/M-82425
D1 = 28 mm do = 14 mm S = 19 mm
Dla stali St7 Re = 355 MPa Xe = 1,9 |
Dobór nagwintowanej długości śruby oczkowej b (b>bobl) oraz znormalizowanej długości śruby oczkowej l (najbliższa większa lub mniejsza) według PN-77/M-82425.
5. Obliczanie naprężeń rozrywających w uchu śruby oczkowej.
Przyjęcie zgodnie z PN-77/M-82425 śruby znormalizowanej z łbem cylindrycznym o wymiarach D1, do, S.
Sprawdzenie naprężeń rozrywających w niebezpiecznym przekroju:
II. POŁĄCZENIA SWORZNIOWE
1. Obliczanie wymiarów gabarytowych widełek (b × g) połączenia sworzniowego.
Dobór materiału widełek wg PN-72/H-84020 dla stali zwykłej jakości lub PN-75/H-84019 dla stali wyższej jakości (dla stali stopowych PN-72/H-84030). Przyjęcie wartości nacisków dopuszczalnych pdop dla sworzniowych połączeń spoczynkowych.
Obliczanie szerokości widełek „g” z warunku na naciski powierzchniowe według wzoru:
Przyjęcie wartości dopuszczalnych na rozciąganie kr dla materiału widełek połączenia sworzniowego
|
hmax = 360 mm
hmin = 315 mm
σr = 67,5 MPa
g = 8,5 mm
kr = 186 MPa |
DANE |
OBLICZENIA |
WYNIKI |
g = 8,5 mm kr = 186 MPa
Dla stali 55 Re = 380 MPa Xe = 1,9 |
Obliczanie wysokości widełek „b” z warunku na rozciąganie w przekroju osłabionych otworami według wzoru:
2. Sprawdzenie wytrzymałości przekroju sworznia z warunku na zginanie (σg ≤ kg)
Przyjęcie rodzaju pasowania sworznia w oczku śruby i widełkach (zaleca się pasowanie ruchowe np. H11/h11)
Obliczanie wskaźnika wytrzymałości przekroju sworznia na zginanie według wzoru:
Obliczanie maksymalnego momentu gnącego Mg max według wzoru:
Obliczanie naprężeń zginających σg oraz dobór sworznia wg PN-72/H-84020 dla stali zwykłej jakści lub PN-75/H-84030 dla stali wyższej jakości (dla stali stopowych PN-75/H-84030)
Obliczanie Reg i kg::
Czyli:
|
Ze względów wytrzymałościowych i konstrukcyjnych (działanie naprężeń skręcających, średnicę podkładki i długość zawleczki) przyjęto:
g = 6 mm b= 46 mm
Mg max = 69,75 Nm
σg = 258,75 MPa
|
DANE |
OBLICZENIA |
WYNIKI |
do = 14 mm S = 19 mm
Dla stali o klasie 4.8 (np. St6-kr=176MPa) przyjęto, że kc=kr= 176 MPa
S = 19 mm gw = 6 mm gp = 3 mm d1 = 4 mm l2 = 6 mm
|
3. Przeprowadzenie obliczeń sprawdzających nacisków powierzchniowych występujących pomiędzy sworzniem i oczkiem śruby ≤ pdop.
Obliczanie przekroju oczka śruby (F2) narażonego na naciski powierzchniowe według wzoru:
Obliczenie nacisków dopuszczalnych p oraz ich sprawdzenie z naciskami pdop materiału śruby oczkowej według wzoru:
Ze względu na brak wartości pdop (w dostępnej literaturze) dla połączeń półruchowych i obciążeń w przybliżeniu stałych, przyjęto wstępnie wartość pdop dla połączeń sworzniowych ruchowych i obciążeń zmiennych.
Z porównania wartości naprężeń prognozowanych i dopuszczalnych
wynika, że warunek wytrzymałościowy nie jest zachowany Z tego powodu obszary styku ucha śruby oczkowej i sworznia mogą charakteryzować się mniejszą trwałością spowodowaną szybszym zużywaniem ściernym. Zaakceptowano jednak takie jednak takie skojarzenie, zważywszy że wstępnie przyjęta wartość nacisków dopuszczalnych dotyczy połączeń ruchowych i obciążeń zmiennych, natomiast w projektowanym połączeniu będą występować jedynie okresowe wzajemne przemieszczenia oscylacyjne (półruchowe) oraz w przybliżeniu stała wartość Q. Zatem w analizowanym tu przypadku można dopuścić większe wartości pdop.
4. Dobór znormalizowanej długości sworznia (PN-63/M-83002), podkładki (PN-63/M-83001) oraz zawleczki (PN-76/M-82001).
Obliczanie długości sworznia:
|
F2 = 252 mm2
p = 70,9 MPa
pdop = 44 MPa
l = 42 mm |
DANE |
OBLICZENIA |
WYNIKI |
b = 46 mm g = 6 mm
Re = 275 MPa Xe = 1,9
z = 0,9 zo = 0,8
Qmax = 18 kN g = 6 mm lo = 34 mm
σg = 153 MPa σr = 24,75 MPa
|
III. POŁĄCZENIA SPAWANE
1. Sprawdzenie naprężeń zredukowanych w spoinie łączącej widełki z masztem.
Założenie spoiny o parametrach: zo = 0,8; z = 0,9 grubość spoiny gs jest równe 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 Qmax cos α według wzoru:
Obliczanie naprężeń rozciągających w spoinie, pochodzących od składowej Qmax sin α według wzoru:
Obliczanie naprężeń ścinających pochodzących od składowej Qmax cos α:
Sprawdzenie naprężeń zredukowanych występujących w spoinie według wzoru:
|
lo = 34 mm
k`r = 144 MPa
k`g = 103 MPa
σg = 153 MPa
σr = 24,75 MPa
τt = 36 MPa
σz = 1 MPa
|
DANE |
OBLICZENIA |
WYNIKI |
b = 46 mm g = 6 mm
z = 0,9 kr = 144 MPa
Qmax = 18 kN g = 6 mm lo = 38,8 mm
σg = 121,5 MPa σr = 10,1 MPa |
Z powodu nie spełnienia warunku wytrzymałości założono, że spoiny będą ułożone po obu stronach każdego płaskownika (w sumie cztery spoiny)
Przewidywana długośc spoiny obliczeniowej:
Przewidywane naprężenia dopuszczalne dla każdej spoiny:
Przewidywane naprężenia rozciągające w każdej spoinie:
Przewidywane naprężenia ścinające w każdej spoinie:
Przewidywane naprężenia zginające w każdej spoinie:
Przewidywane naprężenia zastępcze po podstawieniu do wzoru:
Warunek wytrzymałościowy został spełniony. Na tej podstawie można zastosować połączenie spawane do połączenia płaskowników z płytą w celu wykonania zaczepu naziemnego. Wymagane są cztery spoiny o grubości a = 6 mm, ułozone po każdej stronie płaskownika.
Uwzględniając założenia projektowe, w których przewidziano pracę urządzenia w zmiennych warunkach atmosferycznych, należy przewidzieć takie zabiegi technologiczne, które zabezpieczą elementy urządzenia przed korozją.
Opracował : Wójcik Sławomir |
lo = 38,8 mm
kg` = 129 MPa
σr = 10,1 MPa
τt = 15,75 MPa
σg = 121,5 MPa
σz = 134,4 MPa |
AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA
im. Stanisława Staszica w Krakowie
PROJEKT ŚRUBOWEGO ZAWIESIA LINY
Temat: Zaprojektować śrubowy mechanizm zawiesia liny dla poniższych danych.
Dane jakościowe:
urządzenie bardzo odpowiedzialne
montaż i eksploatacja w warunkach
terenowych.
Założenia projektowe:
jednostkowe wytwarzanie mechanizmu
wymagana odporność na działanie czynników
atmosferycznych,
zdatność do regulacji siły napięcia w linach,
trwałość około 5 lat.
Dane liczbowe: Nazwisko i imię wykonawcy projektu:
obciążenie Q = 18 kN Wójcik Sławomir
minimalny skok całego mechanizmu Kierunek: Górnictwo i Geologia
H = hmax - hmin = 45 mm Wydział: GiG, rok II, semestr letni 2006/2007
kąt pochylenia liny α = 50°. Data wykonania: 5.05.2007
1
Wyszukiwarka