Dane do projektu:

Q = 5,5 t = 9,81m/s² x 5500kg = 53955N - maksymalna masa, jaką obciążamy papier

H = 350 mm = 0,35 m - maksymalna wysokość papieru

Schemat ideowy prasy introligatorskiej wraz z występującymi w niej naprężeniami:

Dobór materiałów:

Na materiał śruby przyjmuję stal 45 oraz gwint trapezowy symetryczny zgodny z normą PN-79/M-02017

Materiał nakrętki - brąz B10

Materiał na słupki - stal St3

Siła ręki pracownika - 250 N

Obliczenia Do Projektu Prasy Introligatorskiej

Obliczenia śruby

Dobór średnicy wewnętrznej gwintu (rdzenia) d_r z warunku na ściskanie z uwzględnieniem skręcania:

i podstawiając wartości:

uzyskujemy po

przekształceniu wzór z uwzględnieniem naprężeń skręcających:

gdzie:

β - współczynnik uwzględniający wpływ naprężeń skręcających w przekroju śruby - przyjęta wartość = 1,3

Q - siła Q obciążająca papier

k_c - wskaźnik dopuszczalnych naprężeń na ściskanie (dla stali 45 nieobrobionej cieplnie przyjmuję wartość k_c = 119 [MPa])

Dobór średnicy podziałowej gwintu d_p z warunku wytrzymałości zwojów na zużycie:

gdzie:

ψ_h - współczynnik wysokości nakrętki (dla nakrętki nierozciętej (ψ_h = 1,2 ÷ 2,5) przyjmuję ψ_h = 2,0

ψ_H - współczynnik wysokości gwintu (dla gwintu trapezowego symetrycznego ψ_H=0,5)

k_d - wskaźnik dopuszczalnych nacisków jednostkowych (dla współpracującej pary stal niehartowana - brąz wartość k_d = 8 ÷ 12 [MPa], przyjmuję k_d = 12 MPa)

Przyjmuję gwint trapezowy Tr 44 x 7 (d_p = 40,5mm, d_r = 37mm) zgodny z normą PN-79/M-02017.

Sprawdzenie śruby na wyboczenie:

Długość ściskanej części śruby:

gdzie:

350 mm - długość śruby między górną belką, a dociskiem papieru

35 mm - połowa wysokości docisku

40 mm - połowa wysokości nakrętki

Długość wyboczeniowa:

gdzie:

L₁ - długość ściskanej części śruby

μ - współczynnik wyboczeniowy długości śruby zależny od sposobu zamocowania końców ściskanej śruby - dla schematu zamocowania jak obok przedstawionego przyjmuję μ = 0,7

Smukłość śruby:

gdzie:

i - promień bezwładności

Podstawiając do wzoru:

Ponieważ λ << λ_gr stąd musi zostać spełniony warunek:

gdzie:

Współczynniki „a” oraz „b” dla stali 45: a=380; b=1,8

Warunek został spełniony.

Współczynnik bezpieczeństwa:

Dobór gwintu - gwint trapezowy Tr 44 x 7 pozostaje bez zmian.

Warunek samohamowności gwintu:

gdzie:

Kąt wzniosu linii śrubowej -
gdzie:

p - podziałka gwintu

d_p - średnica podziałowa gwintu

Zastępczy kąt tarcia -
gdzie:

f - współczynnik tarcia dla współpracującej pary materiałów (stal niehartowana - brąz f = 0,10 ÷ 0,12), przyjmuję z wartości tablicowych f = 0,11

α - kąt pochylenia oporowej powierzchni gwintu (dla gwintu trapezowego α = 30˚)

warunek został spełniony

Sprawdzenie śruby:

Moment tarcia w gwincie wyznaczam wg poniższego wzoru:

Z warunku wytrzymałościowego na ścinanie:

Zgodnie z normą PN-88/M-H-84020 dla stali 45 ks=120MPa.

gdzie:

→

Dobór gwintu - gwint trapezowy symetryczny Tr 44 x 7 pozostaje bez zmian.

Wymiary nakrętki:

Korzystając z warunku na naciski powierzchniowe obliczam wymaganą liczbę zwojów nakrętki.

gdzie:

d=44 mm, D₁=37 mm, p_dop=12MPa (dla brązu twardego i połączenia ruchomego)

Maksymalna liczba zwojów dla mechanizmu śrubowego n_max = 11, więc przyjmuję liczbę zwojów nakrętki n = 10.

Wysokość nakrętki:

Przyjmuję h=2 x d_p

Średnicę zewnętrzną nakrętki obliczam z warunku na naciski powierzchniowe

p_dop - maksymalne naciski powierzchniowe dla brązu B10

gdzie:

D_z - wymiar zewnętrzny nakrętki [mm]

D₀ - wymiar gwintu nakrętki [mm]

Dla gwintu Tr 44 x 7 D₀=44 mm

Przyjmuję średnicę zewnętrzną nakrętki D_z=88 mm.

Średnicę kołnierza nakrętki zabezpieczającą przed wysunięciem jej podczas pracy prasy obliczam z warunku na naciski powierzchniowe:

Przyjmując p_dop = 12 MPa - maksymalne naciski powierzchniowe dla brązu B10

gdzie:

D_K - średnica kołnierza

Przyjmuję średnicę kołnierza D_K = 118 mm

Wysokość kołnierza:

Przyjmuję wysokość kołnierza h_K = 0,25h gdzie:

h - wysokość nakrętki

h_K = 0,25h = 0,25 ^. 91 = 22,75 [mm]

Sprawdzenie kołnierza z warunku wytrzymałościowego na ścinanie:

gdzie:

D_z - średnica zewnętrzna nakrętki

k_t - wskaźnik wytrzymałości brązu na ścinanie k_t = 30 ÷ 50 MPa

Warunek wytrzymałościowy został spełniony.

Moment tarcia na podporowej powierzchni nakrętki:

gdzie:

f - wartość współczynnika tarcia dla współpracującej pary stal - brąz

D_K - średnica kołnierza

D_z' - średnica uwzględniająca ścięcie w korpusie pod nakrętkę;

gdzie:

c - wartość ścięcia odczytana z norm (dla wału - w tym przypadku nakrętki o średnicy zewnętrznej <100 mm wartość c = 4 mm)

Podstawiając dane do wzoru otrzymuję:

nakrętka nie wymaga zastosowania blokady przed obrotem w korpusie.

Blokada nakrętki przed wysunięciem:

Stosuję śrubę bez łba w celu zabezpieczenia nakrętki przed wysunięciem pod wpływem ciężaru stopy dociskającej papier i ewentualnym obrotem w przypadku np. mechanicznego uszkodzenia gwintu śruby i zaklinowania się go w nakrętce. Przyjmuję jako blokadę śrubę bez łba M6 x 20 wg PN-EN 27434:2000

d_wk - średnica wkręta

L_wk - długość wkręta

Sprawność przekładni:

η ≈ 34%

Obliczenia prowadnic (słupów):

Materiał na prowadnice - stal St3

Zakładam wstępną długość prowadnicy L = 400 mm i średnicę 30 mm.

Prowadnice (słupy) podczas eksploatacji prasy zostają poddawane naprężeniom rozciągającym.

Warunek został spełniony.

Wytrzymałość belki górnej na zginanie

Wytrzymałość górnej belki sprawdzam z warunku wytrzymałościowego na zginanie znając obciążenie Q oraz długość belki. Przyjmuję materiał, z jakiego jest wykonana belka - Zl 250.

Dla przekroju A-A:

gdzie:

M_g - moment gnący belkę

gdzie:

b - szerokość belki w danym miejscu

h - wysokość belki w danym miejscu

Podstawiając do wzoru, oraz przyjmując wskaźnik wytrzymałości żeliwa 250 na zginanie k_g = 145 [MPa] otrzymuję wartość:

Warunek wytrzymałościowy spełniony.

Dla przekroju B-B:

Wykonuję analogicznie obliczenia do przekroju B-B:

Warunek został spełniony.

Obliczenia mechanizmu zapadkowego

Dobór podstawowych parametrów koła zapadkowego:

M_s=198 Nm

Przyjmuję siłę na dźwigni F_r=300 N, Z = 10 - liczba zębów koła zapadkowego

Przyjmuję wartości:

d₁ = 44 mm

a = 0,7 ^. d₁ + (1÷2) mm

a = 0,7 ^. 44 + 1 = 31,8 mm

d₂ = a - (1÷2) mm = 31,8 - 1 = 30,8 mm

Przyjmuję wartość d₂ = 31mm

przyjmuję t = 21,2 mm

2. Obliczeniowa długość rękojeści

3. Średnica rękojeści

gdzie:

k_g = 120 MPa;

Z_r = 1 - współczynnik określający liczbę robotników obsługujących prasę

K_z = 1 - współczynnik nierównomiernego przykładania siły przez robotników (zależny od współczynnika Z_r)

Przyjmuję d_r = 22 mm

4. Zewnętrzna średnica korpusu zapadki

Naprężenia zginające korpusu zapadki

5. Siła obwodowa na kole zapadkowym

6. Naprężenia u stopy zęba koła zapadkowego

Naprężenia ścinające

Naprężenia zginające

gdzie:

7. Średnica sworznia zapadki z umowy wytrzymałości na zginanie

;

Minimalną średnicę sworznia dobieram na podstawie następującego równania:

Stąd wniosek, że średnica sworznia d_sw = 14 mm - wg normy PN-63/M-83002 dobieram sworzeń z małym łbem walcowym.

8. Naprężenia zginające szczęk korpusu zapadki

σ_g

p

σ_r

M_s

σ_c

σ_r

δ δ

L=b₁+ δ

---