Upload
ninoprelec
View
539
Download
7
Embed Size (px)
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
1/26
VELEUILITE U KARLOVCU
Struni studij strojarstva
ELEMENTI STROJEVA I
Proraun oslonca u zavarenoj izvedbi s
upreanom ahurom
Luki NevenStrojarstvo0110612031
Karlovac, prosinac 2014.
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
2/26
Zadatak:Proraunati i konstruirati oslonac izveden i optereen prema slici 1 i slici 2.
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
3/26
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
4/26
Oslonac P1-P5 je optereen statikom vertikalnom silom Fvi istosmjernom promjenjivom udarnomsilom Fpod kutem s faktorom udara =1,2prema detalju D. O uvjetima eksploatacije (podrujebroja promjena i spektra optereenja) odreena je pogonska grupa B.
Konstrukcija oslonca sastoji se iz leajne ahure P1 upreane u glavinu oslonca P2 koja je zavarenazavarom debljine a2na nosae P3. Nosai su izvedeni iz pravokutnih cijevi te zavareni zavaromdebljine a1na temeljnu plou P5.Cijela konstrukcija je preko temeljne ploe P5 privrena s 4 vijkaP4 za podlogu.
Pomou alata za upreavanje P6-P16 potrebno je upreati leajnu ahuru P1 u glavinu P2. Alat zaupreavanje sastoji se od normalnog dvovojnog trapeznog vretena P12 s glavom za upreavanjeP16, poluge za okretanje P6 te tri zahvatna kraka P11 koji su preko svornjaka P10 povezani nakuite P9. U kuite P9 upreana je matica P7 te osigurana s zatinim vijkom P8. U glavi zaupreavanjeP15 nalazi se kuglasti oslonac P14 na kojem je oslonjeno navojno vreteno P12 koje jeosigurano ploom P13 i zatinim vijkom P15 protiv ispadanja i okretanja.
Materijal nosive konstrukcije oslonca: S235JR / S355JRMaterijal leajne ahure P1 i matice trapeznog vretena P7: P.CuSn12Materijal trapeznog vretena P12: E295 / E335Materijal svornjaka P10: E295Materijal kuita P9 i krakova P11: GE200
duH11 [mm] 85
d [mm] 110
Dv [mm] 180
l [mm] 210
Fv [N] 4000
F [N] 35000
[] 60
L [mm] 500
[mm] 30
1 [mm] 10a2 [mm] 5
a1 [mm] 5
PG B4
KZ IPGPogonska grupa ; KZkvaliteta zavara
Potrebno je:1. Proraunati i dimenzionirati stezni spoj leajne ahure P1 i glavine P22. Izvriti kontrolu naprezanja zavara u presjeku B-B3. Proraunati potrebni promjer vijaka P4 za privrivanje temeljne ploe za podlogu
4. Dimenzionirati trapezno vreteno za ispreavanje P12, te kontrola pritiska u matici P75. Odrediti duljinu poluge P6 za okretanje ako je runa sila Fr150NM 6. Dimenzionirati svornjak P10 prikazan na detalju C
7. Izraditi sklopne i radionike crtee
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
5/26
LIST 41. DIMENZIONIRANJE DOSJEDA STEZNOG SPOJA
Slika 1. Stezni spoj
TV FpASF - ravnotea u steznom spoju
2mmldA 12,01,0 - faktor trenja prianjanja
25,1 StS - sigurnost steznog spoja
1.1 Minimalni pritisak u spoju Pmin=0.993 N/mm2
2min /993,01.0210110
8.14000mmN
A
SFp StV
1.2 Potreban minimalni preklop
mPdKKpP uvSt minmin,
Pst,min =24.84m Nmm
Q
Q
EK V
V
V
V
V /3.0)611.0(1
)611.0(1
210000
1
1
11 22
2
2
2
Kv=1.1910-5mm2/N
NmmQ
Q
EK U
U
U
U
U /35.0)773.0(1
)773.0(1
85000
1
1
11 22
2
2
2
Ku=5.2010-5mm2/N mRRP
ZUZV )(8,0 - gubitak prijeklopa zbog uglaavanja P=15.04 m
3,0v - Poissonov koeficijent za elik
35,0U - Poissonov koeficijent za broncu
611.0180
110
v
vD
dQ - omjer promjera glavine Qv=0.611
773.0110
85
d
dQ uu - omjer promjera ahure
FT
FT
p
Fv
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
6/26
LIST 5Qu=0.773
Ovisno o minimalnom preklopu potrebno je odabir dosjeda )min(,min, ISOSSt PPP
39,04 m
Slika 2. Dijagram dosjeda
1.3 Maksimalni tlak u spoju Pmax=14.8 N/mm2
2
55
)max(,
max /110)1046.11051.7(
01504.0162.0mmN
dKK
PPp
Vu
ISOS
1.4 Naprezanja u steznim dijelovima
U leajnoj ahuri najvee naprezanje je na unutarnjoj strani i iznosi:
22
2,0
2
max
max, /66.1162.1
1402.104
846.01
8.142
1
2mmN
S
R
Q
p
pu
p
u
u
u,max=116.66N/mm2
104.12116.68 UVJET ZADOVOLJEN
5,12,1 PuS - traena sigurnost prema plastinom naprezanju u ahuri
Naprezanje u glavini:
222
maxmax, /160
5.1
24084.57846.01
8.142
1
2 mmNS
R
Q
p
pv
e
v
v
v,max=57.84N/mm2
57.84160 UVJET ZADOVOLJEN
5,12,1 PvS - traena sigurnost prema plastinom naprezanju u glavini
Ukoliko naprezanje prelazi doputene granice potrebno je odabrati dosjeds manjim maksimalnim prijeklopom ili poveati debljinu leajne ahureodnosno glavine.
1.5. Tolerancija unutarnjeg promjera ahure duH11
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
7/26
LIST 6Izrauje li se unutranji promjer ahure prije upreavanja potrebno jeizraunati deformaciju promjera provrta kao posljedicu upreavanja u glavinu.Na osnovu deformacija potrebno je provrt izraditi u tolerancijskom polju koje senalazi iznad nul-linije.
Minimalna defromacija:
Maksimalna deformacija:
Odabir potrebnog toleranciskog polja:
mdEI u 12.104max, - donje odstupanje EI=104.12m
mdTES up 98.21298.6206min,' - gornje odstupanje ES=212.98m
mEIESTp 86.10812.10498.212'' - tolerancija provrta Tp=108.86m
Slika 3. Dijagram deformacije unutranjeg promjera ahure H11
Ukoliko se izrauje manji broj komada jednostavnije je ostaviti dodatak zaobradu te provrt na konanu mjeru obraditi nakon upreavanja u glavinu.
Nije mogue odabrati potrebno tolerancijsko polje.Unutarnji promjerahure izvodi se sa dodatkom za obradu.
2. KONTROLA NAPREZANJA U ZAVARU
2.1. Istosmjerno promjenjivo optereenje silom
mE
dpd
u
u
u 3
2
u
minmin, 10)Q-(1
2
mE
dpd
u
u
u 3
2
u
maxmax, 10
)Q-(12
mE
dpd
u
uu
32
u
10)Q-(1
2
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
8/26
LIST 7
Slika 4. Slika optereenja zavara
Horizontalna sila u smjeru x-osi
F,x=36373.06N
Horizontalna sila u smjeru z-osi
F,z=21000 NU presjeku B-B zavar je optereen na:
- savijanje (sile i )
- vlak (sila )
- smik (sile i )
2.2 Momenti savijanja
NmLFM vf -1
Mf1=1880 Nm
NmLFM xf - ,2 Mf2=17095.33Nm
Iz skice, Odabirem standardni profil cijevi 160x80x8-Kraut(2009.god.,str.577)
2.3. Naprezanja zavara u presjeku B-B
Savojno naprezanje zavara oko osi x:
xF , vF
zF ,
xF , vF
NFFz
cos,
NFFx
sin,
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
9/26
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
10/26
LIST 9
2,, /mmN
A
F
zav
z
zavv
v,zav=8.4 N/mm2
2112121 22 mmbcabacAzav - - povrina zavara
Smino naprezanje zavara:
Prema tehnikim propisima uzima se da je smino naprezanje jednolikorasporeeno po presjeku zavara i da ga preuzimaju samo zavari paralelni sasmjerom djelovanja smine sile (srednje naprezanje).
Radi djelovanja komponente sile :
Iizav1=20.207
N/mm2
- povrina zavara
Radi djelovanja sile vF na leaju :
Iizav2=1.176
N/mm2
- povrina zavara
F
21
,
1 /mmNA
F
IIzav
x
IIzav
22211 24 mmaacAIIzav
22
2 /mmNA
F
IIzav
v
IIzav
22212 24 mmaabAIIzav
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
11/26
LIST 10
2.4. Ukupna naprezanja
Potrebno je nacrtati prostornu shemu naprezanja te na osnovu nje odrediti ukojim tokama su najnepovoljnija naprezanja zavara.
Normalno naprezanje u toki (+):2
)( /mmNzavzav zav(+)=71.5 N/mm2
Normalno naprezanje u toki (-):
2)( /mmNzavzav zav(-)=-54.7
N/mm2
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
12/26
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
13/26
LIST 12
2.6. Doputeno naprezanje
Doputeno naprezanje za r=-1:
Za materijal 0361pogonsku grupu B2 i sluaj zareznog djelovanja K4 iztablice 1:
Tablica 1.
Tablica 2.
Odnos graninih naprezanja:
1082.0606.79
61.8
max
min
zav
zavr
2/min mmNzav - apsolutno najmanje naprezanje 2/max mmNzav - apsolutno najvee naprezanje
Doputeno naprezanje zavara za stvarni r:
Potrebno je izraunati doputeno naprezanje za promatrani sluajdinamikog istosmjernog promjenljivog naprezanja koje jedefinirano prekoizraunatog odnosa r. Formulu za izraunavanje doputenog naprezanjaodabrati iz tablice 3, a pri tome voditi rauna u kojem se podrujudjelovanja nalazi maksimalno naprezanje zavara (vlak ili tlak
).
doprDv )(
doprDt )(
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
14/26
LIST 13
Tablica 3.
U sluaju da nije ostvaren uvijet potrebno je
poveati presjek zavara ili odabrati kvalitetniji osnovni materijal.
ISTOSMJERNO PODRUJE NAPREZANJA VLAK:
TLAK:
2red 2
)( /mmNdoprDv
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
15/26
LIST 14
3. PRORAUN VIJAKA
Prema dimenzijama nosaa odabiru se dimenzije temeljne ploe.
Slika 5. Optereenje spojnih vijaka
3.1 Sile u vijcima
Smatrajui da je temeljna ploa znatno krua od vijka moe se pretpostavitida normalna sila Fn izmeu podloge i temeljne ploe djeluje na rubu temeljneploe.Radna sila u vijku (1) moe se napisati:
NFFFF zrxrVrr ,1,,1,1,1, - radna sila u vijku Fr,1=33343.34N NFVr1, - sila u vijku zbog djelovanja sile
NF xr,
1,
- sila u vijku zbog djelovanja sile
NF zr
,
1,
- sila u vijku zbog djelovanja sile
NvijakabrojFF zz
r /,,
1,
Iz uvjeta ravnotee:
NfbFffbFLF VrV
rV
2
2
2
2 2,1,
Nec
Feec
FLF xrx
rx
22
22 ,2,
,
1,,
Iz uvjeta da je temeljna ploa znatno krua od vijka proizlazi:
() ()
vF
F
F
Nfb
fbFF Vr
V
r
1,2,
Nec
ecFF xr
x
r
,1,
,
2,
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
16/26
LIST 15
Uvrtavanjem prethodnih jednadbi u uvjet ravnotee dobivaju se izrazi zaizraunavanje radne sile u vijcima (1):
N
ffb
fbf
fb
LFF VVr
2/
2/
2
2
121,
N
eec
ece
ec
LFF
xx
r
2/
2/
2
2
12
,,
1,
N-broj vijaka
Zbog sile pritezanja maksimalna sila u vijku je:
NFF pr6,13,1max Fmax=86692.68 N
NFF rpr 1,32 - sila pritezanja Fpr=66686.28 N
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
17/26
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
18/26
LIST 17
2
1tand
Ph - kut uspona navoja
costan
1- reducirani kut trenja
mmd2 - srednji promjer navoja mmd
3 - promjer jezgre navoja
mmPh - uspon navoja - faktor trenja izmeu vijka i matice
- polovica vrnog kuta navoja 5,2
bpr
pr
bFF
FS - sigurnost protiv razdvajanja spojenih dijelova
NFFF rb max - sila brtvljenje meu spojnim dijelovima
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
19/26
LIST 184. Dimenzioniranje trapeznog vretena za ispreavanje
Slika 6. Optereenje vretena
Dimenzioniranje vretena vri se obzirom na izvijanje. Zadana tlana silamora biti manja od kritine sile uz stupanj sigurnosti protiv izvijanja:
NFSF upKK /
- kritina sila izvijanja NpAF Djup max, - ravnotea spoja
108/ KS - sigurnost protiv izvijanja (pretpostavka)
Pa
dKK
Pp
Vu
ISOS
D110)1046.11051.7(
162.055
)max(,
,max
2mmAj - presjek jezgre dosjeda
2
max, /mmNp D -maksimalni tlak u spoju (dosjedu) pmax,D=16.41
N/mm2
12,01,0 - faktor trenja prianjanja
VUKK ; - iz toke 1.2
mmdD - promjer dosjeda
Ne poznavajui vitkost vretena pretpostavlja se elastino izvijanje za kojese kritinasila pri kojoj dolazi do izvijanja rauna po Eulerovoj jednadbi.
NlIEFO
vrvr
K 2
min,2
44
3min,
64mm
dI vr
- najmanji aksijalni moment tromosti
mmll vrO 2 - slobodna duljina izvijanja
2/mmNEvr - modul elastinosti za vreteno
mmlvr - duina vretena lvr=500 mm
mmd3 - promjer jezgre vretena
Uvrtavanjem jednadbi u predhodni izraz te njegovim sreivanjem dobiva sepotrebni promjer jezgre vretena obzirom na izvijanje:
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
20/26
LIST 19
mmE
lFSd
vr
vrupk4
3
2/
3
264
d3=34.28 mm
Prema d3iz B.Kraut: Strojarski prirunik odabire se najblii normalni
dvovojni trapezni navoj (obino prva vea dimenzija):
Prema tablici 13,B.Kraut,str.687,izdanje 2009. odabirem Tr 40x6(3)Tr40x6 ( zbog toga to se radi o dvovojnom navoju)
P(mm) d(mm) d2=D2(mm) d3(mm) D1(mm) D4(mm) A(mm2)
3 40 38.5 36.5 37 40.5 1046
4.1. Kontrole naprezanjaVreteno je izloeno sloenom naprezanju (normalno i
tangencijalno),potrebno je izvriti njegovu kontrolu. Ekvivalentno naprezanjemora biti manje od dozvoljenog normalnog naprezanja.
2,
2
,
2 /3 mmNvrdopvrtvrred red=17.09 N/mm2 Tlano naprezanje u vretenu:
2/9.141046
03.15587mmN
A
F
j
up
vr
vr=14.9 N/mm2
Torzijsko naprezanje:
2, /mmN
W
T
p
vr
vrt
t,vr=4.836 N/mm2
NmmdFT upvr tan
22 - torzijski moment navoja vretena Tvr=46782.16
Nmm
2
1tand
Ph - kut uspona navoja
costan
1 - reducirani kut trenja
mmd2 - srednji promjer navoja mmd3 - promjer jezgre navoja
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
21/26
LIST 20 mmPh - uspon navoja - faktor trenja izmeu vijka i matice
- polovica vrnog kuta navoja
Navoj vretena mora biti samokoan, da bi to bilo ispunjeno mora kut uspona navoja vretena biti manji od reduciranog kuta trenja u navoju:
33316
mmd
Wp
- polarni moment otpora Wp=9547.913 mm3
Reducirano naprezanje:
2,
2
,
2 /3 mmNvrdopvrtvrred
2, /mmNSpotrDI
vrdop - doputeno naprezanje dop,vr =90 N/mm2
2/mmNDI - istosmjerno promjenjiva trajna vrstoa
(oitava se iz Smit-ovog dijagrama) 2potrS - potrebna sigurnost
4.2 Kontrola na izvijanje vretena
Faktor vitkosti za vreteno krunog presjeka:
649.10912.9
1000
i
lO
j
vr
A
Ii min, - polumjer tromosti i=9.12
4
44
3
min, 71.8712464
5.36
64 mm
d
I vr
222
3 35.10464
5.36
4mm
dAj
Aj=1046.35
mm
Nakon uvrtavanja i sreivanja, dobiva se:
589.1095.36
100044
3
d
lO
=109.58
>o (109.58>105)raunam naprezanje prema Euleru
Vitkost0
predstavlja granicu izmeu elastinog i neelastinog izvijanja, ovisi o materijalu i iznosi:
8/10/2019 -Elementi- konstrukcija
22/26
LIST 21za S235JR i S275JR 1050
za E295 i E335 890
Za sluaj >0
postoji elastino izvijanje i u tom sluaju se kritino naprezanjerauna prema Euleru:
22
2
2
2 /606.17258.109
210000mmN
EvrK
K=172.606
N/mm2
Sigurnost prema izvijanju:
66,2 vr
KKS
Sk=9.79 9.79
Ako je o