3784503825

PRZEGLĄD GÓRNICZY 2010

UKD: 622.28.043.2:621.88:622.284.5:621.88:621.85.053:539.414

Dr inż. Jarosław Brodny *)

Wpływ momentu zginającego na pracę połączenia śrubowego w złączu ciernym obudowy podatnej

Treść: W artykule przedstawiono analizę stanu obciążenia i odkształcenia połączenia śrubowego stosowanego w stojakach ciernych i odrzwiowych w obudowach podatnych. Deformacja śmby pracującej w złączu ciernym jest bardzo często wynikiem wystąpienia złożonego stanu jej obciążenia. W wielu przypadkach obok osiowej siły rozciągającej i momentu skręcającego na śrubę działa także moment zginający. Pojawienie się tego momentu jest wynikiem niedokładności wykonania elementów¹ strzemion oraz ich odkształcaniem się w czasie pracy złącza ciernego. W celu wyznaczenia wpływu jednoczesnego działania momentu zginającego oraz osiowej siły rozciągającej na stan naprężenia i odkształcenia śmby opracowany został model śmby jako jednostronnie sztywno zamocowanej belki zginanej. Umożliwiło to wyznaczenie równań opisujących stan odkształcenia i naprężenia śmby, na podstawie których określono wpływ parametrów¹ geometrycznych śmby na stan jej naprężenia. Przeanalizowano także wpływ kąta przekosu. jako głównej przyczyny powstawania naprężeń zginających w śrubie, na stanjej obciążenia i naprężenia. Celem prezentowanej analizy jest pełniejsze poznanie istoty pracy połączenia śmbowego w złączu ciernym.

Slotva kluczowe:

obudowa odrzwiowa podatna, praca połączenia śrubowego, momenty zginające, wpływ parametrów geometrycznych śrub na stan naprę-

1. Wprowadzenie

Podstawową funkcją połączeń śrubowych stosowanych w złączach ciernych stojaków ciernych oraz odrzwiowych podatnych obudów górniczych jest zapewnienie odpowiedniej siły docisku współpracujących kształtowników. Nacisk ten jest wynikiem działania sił osiowych przenoszonych przez śruby strzemion.

Stan obciążenia śrub ma bardzo istotny wpływ na pracę złącza ciernego, a także na całą konstrukcję, w której są one wykorzystywane.

Opty malnym stanem obciążenia śruby w połączeniu gwintowy in jest jej osiowe rozciąganie łub ściskanie - istotne przy projektowaniu śrub [2,3], W rzeczywistości stan idealnego osiowego obciążenia śmby występuje bardzo rzadko. W praktyce w śrubach występują złożone stany obciążenia, które wywołują złożone stany naprężenia i odkształcenia. Z takim stanem mamy do czynienia przy analizie pracy śrub w złączu ciernym obudowy podatnej. Śmby stosowane w strzemionach obudów górniczych narażone są na działanie sil osiowych, momentowy skręcających oraz momentów zginających.

W czasie montażu złącza ciernego śmby strzemion są dokręcane wstępnym momentem skręcającym dla uzyskania wymaganej siły naciągu wstępnego, która zapewnia odpowiedni docisk współpracujących kształtowników. Teoretycznie,

Instytut Mechanizacji Górnictwa. Wydział Górnictwa i Geologii, Politechnika Śląska, Gliwice. Artykuł opiniował prof. dr hab. inż. Krzysztof Krauze.

w tym przypadku, śmby powinny być poddawane działaniu rozciągającej siły osiowej oraz momentu skręcającego. W praktyce jednak bardzo często już na etapie wstępnego obciążania pojaw ia się w śmbie moment zginający' działający w płaszczyźnie prostopadłej do jej przekroju poprzecznego i pokrywającej się z poprzeczną osią symetrii strzemiona. Moment ten jest wynikiem zdeformow ania kołnierzy jarzm strzemiona w następstwie występujących nierównoleglości pomiędzy płaszczyznami zew nętrznymi ty ch kołnierzy a powierzchniami oporowymi łba śmby i nakrętki. Występowanie tych nierównoleglości wynika ze zbyt dużych tolerancji geometrycznych wykonania elementów strzemion, a także z defonnacji kołnierzy pod wpływem obciążenia zewnętrznego.

Na rysunku 1 przedstawiono przykład stanu deformacji strzemiona i śmby w złączu ciernym. W strzemieniu górnym wystąpiła defonnacja kołnierza jarzma dolnego (3), która powoduje, że powierzchnia oporowa nakrętki (2) śmby (1) jest obciążona miinośrodowo. Konsekwencją tego stanu deformacji jest pojaw ienie się w śmbie (1) obok siły rozciągającej także momentu zginającego. Kąt zawarty' pomiędzy płaszczy znami oporowymi nakrętki przed i po deformacji kołnierza nazywamy kątem przekosu i w dalszej części opracowania będzie oznaczany jako kąt a [2],

Analiza przedstawionego stanu defonnacji jednoznacznie wskazuje, że jego główną przyczynąjest. oprócz działającej na śmbę rozciągającej siły osiow ej, także moment zginający.

Przedstawiono analizę wpływu momentu zginającego na stan naprężenia i odkształcenia śmby w złączu ciernym. W tym celu opracowano model śmby jako belki jednostronnie