Click here to load reader
Upload
doandung
View
321
Download
22
Embed Size (px)
UNIVERZITET U ISTOČNOM SARAJEVU
MAŠINSKI FAKULTET
Biljana Marković, Mirko Blagojević, Zorica Đorđević
Milan Rackov, Žarko Mišković, Aleksandar Košarac
MAŠINSKI ELEMENTI – PRIRUČNIK
Improvement of product development studies
in Serbia and Bosnia and Herzegovina
530577-TEMPUS-1-2012-1-RS-TEMPUS-JPCR
Naziv udžbenika:
„ MAŠINSKI ELEMENTI – PRIRUČNIK“
Autori:
Biljana Marković, Mirko Blagojević, Zorica Đorđević
Milan Rackov, Žarko Mišković, Aleksandar Košarac
Recenzenti:
Prof. dr Vojislav Miltenović
Prof. dr Radivoje Mitrović
Izdavač:
Univerzitet u Istočnom Sarajevu
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
Glavni i odgovorni urednik:
Prof. dr Ranko Antunović
Štampanje odobrio:
Univerzitet u Istočnom Sarajevu
Mašinski fakultet
Izdanje:
Prvo
Štampa:
„Comesgrafika“ d.o.o. Banja Luka
Tiraž:
200 primjeraka
Računarska obrada teksta:
Aleksandar Košarac
ISBN 978-99976-623-4-7
Ova knjiga je štampana sredstvima Evropske Komisije preko TEMPUS projekta IPROD (br. projekta: 530577‐TEMPUS‐1‐2012‐1‐RS‐TEMPUS‐JPCR). Publikacija odražava samo stavove autora i Komisija ne može biti odgovorna za bilo kakvu upotrebu informacija koja se sadrže u publikaciji.This book was published by the European Commission through the project TEMPUS IPROD (No: 530577‐TEMPUS‐1‐2012‐1‐RS‐TEMPUS‐JPCR).This publication reflects the views only of the authors, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein.
PREDGOVOR
Publikacija „MAŠINSKI ELEMENTI - PRIRUČNIK“ rezultat je rada na TEMPUS projektu
„UNAPREĐENJE OBRAZOVANJA NA UNIVERZITETIMA U SRBIJI I BIH U OBLASTI RAZVOJA
PROIZVODA“ (EACEA 530577 – 2012 – RS – TEMPUS – JPCR “Improvement of product development
studies in Serbia and Bosnia and Herzegovina“ (IPROD).http://iprod.masfak.ni.ac.rs). Koordinator projekta
je Univerzitet u Nišu, a partner univerziteti su: iz EU -KIT – Karlsruhe Insitute of Technology (Nemačka),
FDIBA - Technical University of Sofia (Bugarska) i STU- Slovak University of Technology, Bratislava
(Slovačka); iz Srbije univerziteti u Novom Sadu, Beogradu i Kragujevcu; iz BiH univerziteti u Istočnom
Sarajevu, Banjoj Luci i Mostaru.
Osnovni cilj projekta je podizanje konkurentnosti regionalne industrije putem unapređenja obrazovanja u oblasti
razvoja proizvoda na univerzitetima u Republici Srbiji i Bosni i Hercegovini. Specifični ciljevi projekta su:
uvođenje novih studijskih programa u oblasti menadžmenta razvojem proizvoda/inovacionog
menadžmenta i razvoja eko-proizvoda, kao i modernizacija postojećih studijskih programa u oblasti
industrijskog razvoja proizvoda;
uspostavljanje više obuka iz domena industrijskog razvoja proizvoda u okviru programa celoživotnog
učenja;
harmonizacija i modernizacija obrazovanja u oblasti industrijskog razvoja proizvoda na visokim
školama strukovnih studija putem obuke nastavnika sa visokih škola.
Opstanak i uspeh preduzeća u savremenim uslovima moguće je obezbediti preko inovativnih proizvoda i
proizvodnih procesa. Međutim, primena inovativnih proizvoda i proizvodnih procesa je dosta kompleksna i
zahteva novi pristup u radu, koji je prvenstveno vezan za optimizaciju raspoloživih resursa, precizno definisanje
kompetencija i kooperativni pristup u radu.
Osnova kooperativnog pristupa u radu su metode i sistemi, kojima se u svim fazama transparentno prikazuje
kompletan proces razvoja proizvoda i njegove proizvodnje. Metodski pristup obuhvata primenu različitih
metoda za razvoj proizvoda, metoda za planiranje i upravljanje proizvodnim procesima kao i metoda vezanih za
upravljanje projektima i organizacioni menadžment. Sistemski pristup obuhvata računarsku podršku u svim
fazama procesa razvoja proizvoda i njegove proizvodnje. Moderna izrada prototipa uz primenu informacionih
tehnologija može višestruko da ubrza proces razvoja proizvoda.
Strategiju planiranja proizvoda i procesa određuje buduće tržište. Polazeći od strategije preduzeća analiziraju se
potencijali za nove poslove, identifikuju se ideje za nove proizvode i procese i razrađuju i ocenjuju koncepti
proizvoda. Rezultat strategijskog planiranja proizvoda i procesa su razvoj novih inovativnih proizvoda, njihova
proizvodnja i plasiranje na tržište.
Da bi savremene kompanije uspešno rešavale ovako kompleksne probleme moraju imati na raspolaganju
svestrano obrazovane inženjere. Ovo nameće potrebu da se na univerzitetima izvrši odgovarajuća reforma
obrazovanja, saglasno zahtevima savremne tehnike i tehnologije. U tom smislu jedan od važnih ciljeva projekta
je izdavanje publikacija u oblasti razvoja inovativnih proizvoda i unapređenja poslovanja. Predviđeno je da se u
okviru IPROD projekta izdaveći broj publikacija iz ove oblasti.
Ove publikacije mogu korisno da posluže obrazovanju studenata tehničkih fakulteta za sticanje stručnih
kompetenci i inovacione spremnosti u oblasti razvoja proizvoda. Takođe se preporučuju i inženjerima u privredi
koji se bave razvojem inovatitnih, tržišno konkurentnih proizvoda za rešavanje praktičnih problema.
Rukovodilac IPROD projekta
Prof.dr Vojislav Miltenović
RIJEČ AUTORA
“Mašinski elementi” kao predmet izučavanja na studijama mašinskih nauka, predstavljaju
osnovu inženjerske struke, na putu savladavanja principa, metoda i alata u proračunu
nosivosti i dimenzionisanju svih mašinskih dijelova i sklopova. Teorija iz ova oblasti je
obimna i sveobuhvatna, te čini područje ukrštanja i korištenja drugih važnih znanja u domenu
mašinske struke, koje je neophodno poznavati i kombinovati sa znanjem o fukncionalnoj
upotrebi i praktičnim uslovima rada svakog ugrađenog mašinskog elementa, bio to dio, sklop
ili mašina, u cjelini. Ovaj pomoćni udžbenik, zbog specifičnosti nastanka i veličini tematskih
lekcija koje je potrebno obuhvatiti, nema ambiciju da razmatra teorijske osnove, principe
izrade, načine fukncionisanja i primjene velikog broja mašinskih dijelova i sklopova, već
samo tipične primjere proračuna i adekvatne konstrukcione oblike.
Zato, poštovani korisnici udžbenika, na ovoj stranici je nevedno samo par uvodnih
napomena koje će vam pomoći da shvatite namjenu ovog priručnika, kao i razloge za njegov
nastanak. Autori su otvoreni za sve dobronamjerne prijedloge, sugestije i primjedbe koje će
doprinjeti poboljšanju narednih izdanja.
“MAŠINSKI ELEMENATI - PRIRUČNIK” je udžbenik u kome su, po prvi put,
predstavljeni načini i metodologija izrade obaveznih grafičkih zadataka na Mašinskim
fakultetima u Republici Srpskoj i Republici Srbiji, na nekoliko univerziteta.
Osnovna namjena Priručnika je da pomogne studentima u savladavanju gradiva iz
predmeta Mašinski elemenati (I i II) i u izradi obaveznih grafičkih zadataka.
Priručnik je podijeljen u četiri poglavlja, pri čemu svako poglavlje predstavlja dio gradiva
koji se izučava na Mašinskom fakultetu u Istočnom Sarajevu, Mašinskom fakultetu u
Beogradu, Fakultetu tehničkih nauka u Novom Sadu i Fakultetu inženjerskih nauka
Univerziteta u Kragujevcu, iz pomenutog predmeta. Zbog toga se pojedine nastavne cjeline
prikazane u okviru poglavlja u određenoj mjeri ponavljaju ili su urađene primjenom nešto
drugačijeg pristupa proračunu, s obzirom na činjenicu da se i Mašinski elementi na pojedinim
Fakultetima izučavaju korištenjem različitih literaturnih izvora.
Prof. dr Biljana Marković
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
I
SADRŽAJ
I POGLAVLJE – MAŠINSKI FAKULTET ISTOČNO SARAJEVO............................................ 1
1 ODREĐIVANJE STEPENA SIGURNOSTI ................................................................. 2
2 PROVJERA NOSIVOSTI ZAVARENIH SPOJEVA .................................................. 19
3 PRORAČUN NAVOJNIH SPOJEVA ......................................................................... 32
3.1 Pokretni navojni spojevi ........................................................................................ 32
3.2. Uzdužno opterećene zavrtanjske veze ...................................................................... 48
3.3 Grupne zavrtanjske veze ........................................................................................ 52
4 OPRUGE....................................................................................................................... 54
4.1 Zavojna ventilska opruga ....................................................................................... 54
4.2 Gibanj .................................................................................................................... 59
4.3 Fleksiona opruga.................................................................................................... 62
5 PRORAČUN I DIMENZIONISANJE VRATILA ....................................................... 65
6 PRORAČUN LEŽAJEVA ............................................................................................ 79
6.1 Klizni ležaj ............................................................................................................. 79
6.2 Kotrljajni ležaj ....................................................................................................... 82
LITERATURA ................................................................................................................ 83
II POGLAVLJE – MAŠINSKI FAKULTET BEOGRAD .......................................................... 85
ZADATAK I ........................................................................................................................ 87
ZADATAK II....................................................................................................................... 98
ZADATAK III ................................................................................................................... 113
III POGLAVLJE – FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA NOVI SAD ...................................... 121
1 PRORAČUN NAVOJNOG PRENOSNIKA .............................................................. 122
1.1 Prethodni proračun navojnog prenosnika ............................................................ 122
1.2 Završni proračun navojnog prenosnika ............................................................... 123
2 PRORAČUN NEPODEŠENIH ZAVRTNJEVA KOJIMA SE NOSAČ
VRETENA VEZUJE ZA KUĆIŠTE .......................................................................... 125
2.1 Prethodni proračun nepodešene uzdužno opterećene zavrtanjske veze .............. 125
2.2 Završni proračun nepodešene uzdužno opterećene zavrtanjske veze .................. 126
3 IZBOR TRAPEZNOG KAIŠA................................................................................... 128
3.1 Proračun trapeznog kaišnika ................................................................................ 128
3.2 Naponi u kaišu ..................................................................................................... 129
3.3 Konstrukcioni parametri kaišnika ........................................................................ 130
3.4 Izračunavanje dimenzija paoka ........................................................................... 131
LITERATURA .................................................................................................................. 132
II
IV POGLAVLJE – FAKULTET INŽENJERSKIH NAUKA UNIVERZITETA
U KRAGUJEVCU .............................................................................................................. 139
I domaći zadatak .................................................................................................................... 140
a. CILINDRIČNI EVOLVENTNI ZUPČASTI PAR SA PRAVIM ZUPCIMA .............. 141
1 POLAZNI PODACI.................................................................................................... 141
2 PRORAČUN MODULA ............................................................................................ 141
3 PRORAČUN OSNOVNIH GEOMETRIJSKIH VELIČINA ZUPČASTOG PARA 143
4 GEOMETRIJSKE MERE TELA VELIKOG ZUPČANIKA..................................... 146
5 UPUTSTVO ZA IZRADU RADIONIČKOG CRTEŽA VELIKOG ZUPČANIKA. 147
b. CILINDRIČNI EVOLVENTNI ZUPČASTI PAR SA KOSIM ZUPCIMA ................. 150
1 POLAZNI PODACI.................................................................................................... 150
2 PRORAČUN MODULA ............................................................................................ 150
3 PRORAČUN OSNOVNIH GEOMETRIJSKIH VELIČINA ZUPČASTOG PARA 151
4 GEOMETRIJSKE MERE TELA VELIKOG ZUPČANIKA..................................... 155
5 UPUTSTVO ZA IZRADU RADIONIČKOG CRTEŽA VELIKOG ZUPČANIKA. 156
II domaći zadatak ................................................................................................................... 159
1 POLAZNI PODACI.................................................................................................... 160
2 PRENOSNI ODNOSI ................................................................................................. 160
3 STEPEN ISKORIŠĆENJA PRENOSNIKA .............................................................. 160
4 OSNOVNI PARAMETRI SNAGE I KRETANJA PRENOSNIKA .......................... 161
5 PRORAČUN GEOMETRIJSKIH VELIČINA ZUPČANIKA .................................. 163
6 PRORAČUN VREDNOSTI AKTIVNIH SILA NA ZUPČANICIMA 2 I 3 ............. 164
7 ŠEMATSKI PRIKAZ OPTEREĆENJA ZUPČANIKA 2 I 3 ................................... 164
8 ŠEME OPTEREĆENJA VRATILA II ....................................................................... 166
9 PRORAČUN OTPORA OSLONACA ....................................................................... 166
10 PRORAČUN MOMENATA SAVIJANJA ............................................................ 167
11 PRORAČUN MOMENATA UVIJANJA ............................................................... 169
12 DIMENZIONISANJE VRATILA .......................................................................... 169
13 IZBOR LEŽAJA ..................................................................................................... 173
LITERATURA .................................................................................................................. 176
I POGLAVLJE – MAŠINSKI FAKULTET ISTOČNO SARAJEVO
Na Mašinskom fakultetu u Istočnom Sarajevu predmeti Mašinski elementi I i Mašinski elementi II izučavaju se u okviru trećeg i četvrtog semestra, kao obavezni predmeti, sa sedmičnim fondom sati 3+2 (predavanja + vježbe).
U okviru predmeta Mašinski elementi I izučavaju se osnove konstruisanja mašinskih elementata i mašinski spojevi, dok se u okviru predmeta Mašinski elementi II izučavaju elementi za prenos snage i elementi za obrtno kretanje, korištenjem proračuna koji je zasnovan na standardu DIN 743.
U okviru predmeta Mašinski elementi I obrađuju se četiri grafička zadatka, i to:
1. Određivanje stepena sigurnosti, 2. Provjera nosivosti zavarenih spojeva, 3. Proračun navojnih prenosnika, 4. Proračun opruga,
dok se u okviru predmeta Mašinski elementi II obrađuju tri grafička zadatka:
1. Proračun i dimenzionisanje vratila, 2. Proračun ležajeva, 3. Proračun prenosnika snage – reduktora.
U prvom poglavlju ovog Priručnika prikazan je dio materije koja se obrađuje kroz izradu grafičkih zadataka na Mašinskom fakultetu u Istočnom Sarajevu. S obzirom na obim gradiva koje se izučava u okviru Mašinskih elemenata u cjelini, kao i ograničenja ovog priručnika definisana zahtjevima projekta Tempus IPROD, u ovom materijalu biće prikazano prvih šest grafičkih vježbi, dok će sedma grafička vježba – proračun prenosnika snage, biti obrađena kao zasebana cjelina, u nekoj od narednih publikacija.
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
1
1 ODREĐIVANJE STEPENA SIGURNOSTI
1. Za dijelove prikazane na slikama 1.1. i 1.2. potrebno je odredit radne napone, odvojeno za zatezanje, savijanje i uvijanje. Sve vrijednosti treba proračunati za dvije kombinacije, sa različitim veličinama radijusa zaobljenja i prikazati ih tabelarno, za date podatke:
PODACI: h= 11 mm F= 13000 N b/d = 50 mm M= 680 Nm ρ1= 7 mm T= 240 Nm ρ2= 8 mm
2. Nacrtati Smitov dijagram za čelik sledećih karakteristika:
σzp(-1)N= 140 N/mm2 σDzp= 55±126 N/mm2 σf(-1)N= 180 N/mm2 σDf= 170±75 N/mm2 τt(-1)N = 105 N/mm2 τDt= 100±74 N/mm2 ReN= 360 N/mm2
3. Proračunati dijelove izložene zatezanju, slika 1.3. slika i slika 1.4. Za oba dijela odrediti:
a. Stepen sigurnosti u odnosu na pojavu plastičnih deformacija, b. Dinamički stepen sigurnosti.
PODACI:
B= 38 mmd = 6 mmh= 7 mmF= ± 52000 N Materijal C60E
4. Odrediti dinamički stepen sigurnosti dijelova prikazanih na slikama 1.5. i 1.6, izloženih
istovremeno savijanju i uvijanju. Materijal: Poboljšani čelik 34Cr4.
PODACI:
D= 88 mm M = ±7000 Nm d = 80 mm Tmax= 2000 Nm ρ= 4 mm Tmin= 0
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
2
3
RJEŠENJE ZADATKA 1.
Slučajevi prikazani na slici 1.1. i slici 1.2. provjeravaju se za različite vrijednosti radijusa zaobljenja. U nastavku se prikazuje provjera radnih napona ovih dijelova i to za dvije vrijednost radijusa zaobljenja, 1 7 mm i 2 8 mm .
Razmatraju se sljedeći slučajevi opterećenja:
a. Dio 1 opterećen na zatezanje, ρ= 7 mm; b. Dio 1, opterećen na zatezanje, ρ= 8 mm; c. Dio 1 opterećen na savijanje, ρ = 7 mm; d. Dio 1, opterećen na savijanje, ρ = 8 mm; e. Dio 2 opterećen na zatezanje, ρ= 7 mm; f. Dio 2, opterećen na zatezanje, ρ= 8 mm; g. Dio 2 opterećen na savijanje, ρ = 7 mm; h. Dio 2, opterećen na savijanje, ρ = 8 mm; i. Dio 2 opterećen na uvijanje, ρ= 7 mm; j. Dio 2, opterećen na uvijanje, ρ= 8 mm;
Radni naponi se određuju preko geometrijskog faktora koncentracije napona αk prema obrascu 13.19 [1]:
σmax = αk · σ; τmax = αk · τ,
gdje su σ normalni napon od zatezanja, odnosno savijanja, a τ tangentni napon od uvijanja.
- Normalni napon od zatezanja dijela 1 2
13000 N 23,63 50 11 mmzp
F
A
- Normalni napon od savijanja dijela 1 3
2 2
680 10 N 148,36 11 50 mm
6
fx
M
W
- Normalni napon od zatezanja dijela 2 2 2
13000 N 6,62 50 mm
4
zp
F
A
- Normalni napon od savijanja dijela 2 3
3 2
680 10 N 55, 44
50 mm32
fx
M
W
- Tangentni napon od uvijanja dijela 2 3
3 2
240 10 N 9,78
50 mm16
tp
T
W
Geometrijski faktor koncentracije napna αk određuje se na osnovu P13-23 [2]. Za radijus ρ1 = 7 mm d/D = 50/64 = 0,78, ρ/t = 7/7 = 1. Za radijus ρ2 = 8 mm d/D = 50/64 = 0,76, ρ/t = 8/8 = 1. Usvojene vrijednosti geometrijskog faktora koncentracije napona αk kao i proračunate vrijednosti nominalnih, odnosno radnih napona date su u tabeli 1.1. Gemetrijska koncentracija napona za navedene slučajeve opterećenja prikazana je na slikama 1.7 - 1.16.
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
4
Tabela 1.1. Vrijednosti radnih napona
Opterećenje ρ mm Napon N/mm2
Geometrijski fakor koncentracije napona αk
Radni napon d/D b/B ρ/t αk
Dio
1 Zatezanje
7 223,63 N/mmzp - 0,78 1 1,77 σmax= 41,82 N/mm2
8 - 0,76 1 1,65 σmax= 39 N/mm2
Savijanje 7 2 148,36 N/mmf - 0,78 1 1,6 σmax = 237,4 N/mm2 8 - 0,76 1 1,5 σmax = 222,54 N/mm2
Dio
2
Zatezanje 7 26,62 N/mmzp 0,78 - 1 1.67 σmax= 11 N/mm2 8 0,76 - 1 1.54 σmax= 10,2 N/mm2
Savijanje 7 2 55,44 N/mmf 0,78 - 1 1,5 σmax= 83,16 N/mm2 8 0,76 - 1 1.42 σmax= 78,27 N/mm2
Uvijanje 7 2 9,78 N/mmt 0,78 - 1 1,4 τmax= 13,7 N/mm2 8 0,76 - 1 1,3 τmax= 12,71 N/mm2
Slika 1.7. Dio 1, zatezanje, ρ =7mm Slika 1.8. Dio 1, zatezanje, ρ=8 mm
Slika 1.9. Dio 1, savijanje, ρ=7 mm Slika 1.10. Dio 1, savijanje, ρ=8 mm
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
5
Slika 1.11. Dio 2, zatezanje ρ = 7 mm Slika 1.12. Dio 2, zatezanje ρ = 8 mm
Slika 1.13. Dio 2, savijanje ρ = 7 mm Slika 1.14. Dio 2, savijanje ρ = 8 mm
Slika 1.15. Dio 2, uvijanje ρ=7 mm Slika 1.16. Dio 2, uvijanje ρ=8 mm
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
6
RJEŠENJE ZADATKA 2.
Razmjera: 1 mm ≅ 5N
Slika 1.17. Smitov dijagram
2
1 140 /zp N N mm 255 126 /Dzp N mm
2
1 180 /f N N mm 2170 75 /Df N mm
2
1 105 /t N N mm 2100 74 /Dt N mm
Granica tečenja (radna čvrstoća) kod savijanja σfF i uvijanja τfF približno iznose
2 1, 2 1, 2 360 432N/mmfF pR , odnosno 2
1,2 N250
mm3p
fF
R
.
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
7
RJEŠENJE ZADATKA 3.
B = 38 mm d = 6 mm h = 7 mm F = ± 52000 N
Materijal: C60E
Rješenje:
Prema prilogu P13-2v [2] karakteristike čvrstoće i izdržljivosti materijala C60E su:
850mR 2N/mm
580eNR 2N/mm
1 340zp N 2N/mm
0 570zp N 2N/mm
1 425f N 2N/mm
0 635f N 2N/mm
1t N = 250 2N/mm
0 400t N 2N/mm
Dio prikazan na slici 1.3.
a. Stepen sigurnosti u odnosu na pojavu plastičnih deformacija
Kod statički opterećenih mašinskih dijelova od žilavih materijala kritični napon jednak je granici tečenja Re. Vrijednost radne čvrstoće σF ne treba da prekorači granicu tečenja, odnosno σF ≤ Rp. Za kritične napone statički opterećenih mašinskih dijelova potrebno je uzeti u obzir tehnološki uslovljen pad napona sa porastom veličine dijela, odnosno
21 580 0 mm ,58 N/ p t pNR K R gdje su:
- tK tehnološki faktor veličine presjeka dijela, P13-18 [2],
- pNR nominalna vrijednost granice tečenja, P13-2v [2].
Tehnološki faktor veličine presjeka dijela Kt određuje se prema prilogu P13-12b [2] i P13-18 [2] i iznosi tK = 1.
Međutim, tehnološki faktor veličine presjeka dijela, prema standardu DIN 743 može se odrediti i pomoću sljedećih analitičkih obrazaca [5]:
- Ugljenični konstrukcioni čelici i čelici za nitriranje, određivanje mR , D=100-300 mm
1 0, 23 lg100t
DK
- Ugljenični konstrukcioni čelici i čelici za nitriranje, određivanje eR , D=32-300 mm
1 0, 26 lg32t
DK
- Čelici za poboljšanje, D=16-300 mm
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
8
1 0, 23 lg16t
DK
Maksimalni statički radni napon od zatezanja max može se odrediti prema obrascu:
2
52000 N195,5
266 mmmax
F
A
pri čemu je 238 7 266 mmA B h .
Statički stepen sigurnosti u odnosu na pojavu tečenja SF određuje se prema obrascu:
580 2,79 1, 2 .1,8195,5
FF Fmin
max
S S
.
b. Dinamički stepen sigurnosti
S obzirom da je promjena sile čisto naizmjenično promjenjiva, vrijednost amplitudnog radnog napona jednaka je najvećoj (gornjoj) graničnoj vrijednosti radnog napona max i
iznosi 2 195,5 N/mm a max
Faktor konstrukcije DK za normalne napone određuje se prema sljedećem obrascu:
1 1 1 1 11 ; 1 ; 1,26
1 0,72 1,1k
D D Dg O v
K K KK K K
gdje su:
- Faktor hrapavosti površine oK određuje se prema P13-17 [2] i za valjani čelik iznosi
1 0,22 120
8501 0,22 100 1 0,72
20
mo z
o
RK lgR lg
K lg lg
- Vrijedosti hrapavosti 100zR µm usvaja iz tabele P13-17 [2], za grubu obradu,
- Geometrijski faktor veličine gK određuje se iz priloga P13-18v [2] i za zatezanje
iznosi 1gK ,
- Faktor ojačanja površinskih slojeva vK određuje se iz priloga P13-19 [2]. Usvaja se
1,1vK za sve postupke,
- S obzirom da dio nema izvore koncentracije napona 1k .
Dinamička izdržljivost mašinskog dijela za čisto naizmjenično promjenjivo opterećenje određuje se prema 13.26 [1]
1
1 2
340 N 269,84 1,26 mm
D
D MDK
S obzirom da je ekvivalentni srednji napon mv jednak nuli, amplituda dinamičke
izdržljivosti mašinskog dijela jednaka je dinamičkoj izdržljivosti mašinskog dijela za čisto naizmjenično promjenjivo opterećenje, odnosno 1AM D M .
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
9
Amplitudni stepen sigurnosti AS određuje se prema obrascu:
min
269,841,38 1, 2
195,5
AMA A
a
S S
Izračunati stepen sigurnosti veći je od minimalno dozvoljenog stepena sigurnosti min 1, 2AS .
Dio prikazan na slici 1.4.
a. Stepen sigurnosti u odnosu na pojavu plastičnih deformacija
Maksimalni statički radni napon σmax određuje se prema obrascu:
2
52000 N232,14
224 mmmax
F
A
gdje je 238 6 7 224 mmA B d h .
Statički stepen sigurnosti u odnosu na pojavu tečenja FS određuje se prema obrascu:
580 2, 49 1, 2 .1,8232,14
FF Fmin
max
S S
pri čemu se vrijednost radne čvrstoće F ne mijenja u odnosu na dio iz prethodne tačke.
b. Dinamički stepen sigurnosti 2 232,14 N/mm a max
Faktor konstrukcije DK za normalne napone određuje se prema obrascu:
1 1 1,93 1 11 ; 1 ; 2,1
1 0,72 1,1k
D D Dg O v
K K KK K K
pri čemu koeficijenti ,, g O vK K K imaju iste vrijednosti kao u prethodnoj tački.
Efektivni faktori koncentracije napona k moguće je odrediti prema obrascu:
1 1 2,12 1 0,83 1 1,93k k k .
Vrijednost geometrijskog faktora koncentracije napona k i stepena osjetljivosti materijala
na koncentraciju napona k određuju se sa dijagama prikazanog na slici 1.18. i imaju
vrijednosti - 2,12 k
- 0,83 k
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
10
Slika 1.18. Geometrijski faktor koncentracije napona k i stepen osjetljivosti materijala na
koncentraciju napona k [4]
1
1 2
340 N 161,92,1 mm
D
D MDK
2
1 1 61,9 N/mm AM D M
161,9 0,69
232,14AM
Aa
S
min 1, 2 AS
S obzirom da je dobijena vrijednost amplitudnog stepena sigurnosti manja od minimalno dozvoljene vrijednosti ( min 1, 2AS ), može se zaključiti da dio nema potrebnu dinamičku
nosivost. Vrijednost stepena sigurnosti može se korigovati izborom drugog materijala ili korigovanjem dimenzija mašinskog dijela. U konkretnom primjeru korekcija stepena sigurnosti vrši se izmjenom dimenzija mašinskog dijela.
Usvaja se B = 60 mm, h = 9 mm.
Dio prikazan na slici 1.3.
a. Stepen sigurnosti u odnosu na pojavu plastičnih deformacija
2
52000 N96,3
540 mmmax
F
A
260 9 540 mmA B h 5
18
, 2...1,80
696,3
FF Fmin
max
S S
b. Dinamički stepen sigurnosti
269,84 2,8
96,3AM
Aa
S
min 1, 2 AS
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
11
Dio prikazan na slici 1.4.
a. Stepen sigurnosti u odnosu na pojavu plastičnih deformacija
2
52000 N107
486 mmmax
F
A
260 6 9 486 mmA B d h
580 5, 4210
17
, 2...1,8
FF Fmin
max
S S
b. Dinamički stepen sigurnosti
1 1 2, 21 1 0,83 1 2k k k
1 1 2 1 11 ; 1 ; 2,1
1 0,72 1,1k
D D Dg O v
K K KK K K
1 1 2 1 11 ; 1 ; 2,17
1 0,72 1,1k
D D Dg O v
K K KK K K
1
1 2
340 N 156,72,17 mm
D
D MDK
1 2
N1 61,9
mmAM D M
156,71, 46
107AM
Aa
S
min 1, 2 AS
RJEŠENJE ZADATKA 4.
D = 88 mm M = ± 7000 Nm d = 80 mm Tmax = 2000 Nm ρ = 4 mm Tmin = 0
Materijal: 34Cr4
Prema prilogu P13-2v [2], karakteristike čvrstoće i izdržljivosti materijala 34Cr4 su:
2
2
21
20
21
20
900 N/mm
700 N/mm
450 N/mm
740 N/mm
270 N/mm
480 N/mm
m
eN
f N
f N
t N
t N
R
R
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
12
Dio prikazan na slici 1.5.
Proračun radnih napona mašinskog dijela:
Napon od savijanja
3
2
7000 10 N139,26
50265,5 mmfx
M
W
3 3380
50265,5 mm32 32x
dW
Napon od uvijanja: 3
2
2000 10 N19,9
100530,9 mmtp
T
W
3 3380
100530,9 mm16 16p
dW
Amplitudni radni naponi od savijanja i uvijanja, s obzirom na zadatkom definisane slučajeve toka promjene napona iznose:
2139, 26 N/mm a
2
19,9 N9,95
2 2 mmt
a
Proračun kritičnih napona mašinskog dijela
Za proračun nosivosti dijelova neophodno je poznavanje vrijednosti trajne dinamičke izdržljivosti. Vrijednosti trajne dinamičke izdržljivosti određuju se prema sljedećim obrascima:
1 1
1 1
·
·
tD f N
tD N
K
K
2
1 0,82 450 369 N/mmD
2
1 0,82 480 393,6 N/mmD
Tehnološki faktor veličine presjeka dijela tK određuje se prema P13-18 [2] i iznosi
0,82.tK
Različiti uticaji na dinamičku izdržljivost uzimaju se u obzir preko faktora konstrukcije DK
za normalne i DK za tangentne napone.
1 1 1,375 1 11 ; 1 ; 1,64
0,84 0,865 1,1
kD D D
g O v
K K KK K K
1 1 1,25 1 11 ; 1 ; 1,44,
0,84 0,922 1,1
kD D D
g O v
K K KK K K
gdje su
- Geometrijski faktor veličine 0,84gK ,
- Faktor ojačanja površinskih slojeva 1,1vK ,
- Efektivni faktor koncentracije napona k , odnosno k zavisi od vrste naprezanja i
geometrijskog faktora koncentracije napona k i određuju se na osnovu P13-21 [2]
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
13
Za savijanje
2,01 1kf f kc
0,3fc
2,0 2, 25;k
1 0,3 2, 25 1 1,375kf
Za uvijanje
1,41 1kf t kc
0,5tc
1,4 1,5;k
1 0,5 1,5 1 1, 25kt
- Faktor hrapavosti površine oK određuje se iz P13-17 [2] i za valjani čelik iznosi
1 0, 22 1 ; 0,575 0, 42520
mo z o o
RK lgR lg K K
9001 0, 22 6,3 1 0,865; 0,575 0,865 0, 425 0,922
20
o oK lg lg K
- Hrapavosti 6 μmzR se usvaja iz P13-17 [2] za osrednje brušenje.
Dinamička izdržljivost mašinskog dijela za čisto naizmjenično promjenjivo opterećenje određuje se prema obrascu 13.2b [1]:
1
1 2
369 N 255 1,64 mm
D
D MDK
1
1 2
393,6 N 273,33 1,44 mm
D
D MDK
Zavisnost od srednjeg napona M ,za valjani čelik, se određuje prema obrascima datim u
tabeli 13.13 [1]:
0,00035· 0,1mM R 20, 00035 900 0,1 0, 215 N/m· mM
2 · 0,58·0, 215 0,125 N/mmM f M
pri čemu se faktor za proračun karakteristika izdržljivosti materijala f određuje iz P13-15а
[2] i iznosi 0,58f .
Ekvivalentni srednji napon kod istovremenog djelovanja normalnog i tangentnog napona, za slučaj opterećenja S2 (pri R = const) određuju se prema obrascima datim u tabeli 13.13 [1]:
1
2
225 N219,08
17,23 mm1 0,2151139,26
D M
AMmv
a
M
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
14
1
2
273,33 N242,85
9,99 mm1 0,12519,95
D M
AMmv
a
M
Ekvivalentni srednji napon mv se određuje u zavisnosti od primjene hipoteze o čvrstoći
materijala. Za žilave materijale, pri proračunu ekvivalentnih napona, najbolje rezultate daje hipoteza ukupnog rada za izazivanje odgovarajućih deformacija (HDR) [1]. Prema ovoj hipotezi ekvivalentni srednji napon određuje se prema obrascu:
2 23mv zpm f m
·mv mvf
2 2 20 3 9,95 17,23 N/mmmv 20,58 17, 23 9,99 N/mmmv
Dinamički stepen sigurnosti AS
AMA
a
S
gdje su:
AS - amplitudni stepen sigurnosti
AM - amplituda dinamičke izdrživosti
a - amplitudni radni napon
Kod složenog naprezanja mašinskog dijela najprije se izračunavaju parcijalni stepeni, a zatim ukupni stepen sigurnosti.
219,081,57
139,26AM
Aa
S
242,8524,4
9,95AM
Aa
S
Kod raznorodnih naprezanja ukupni stepen sigurnosti za žilave materijale (HDR) iznosi:
2 2
A A
A
A A
S SS
S S
2 2
1,57 24,4 1,56
1,57 24,4
AS
min 1, 2 AS
Dio prikazan na slici 1.6.
2· 88 2·4 80 mmd D
Radni naponi od savijanja i uvijanja imaju iste vrijednosti kao u slučaju štapa 1 - slika 1.5.
Napon od savijanja 21 39, 26 N/mma f
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
15
Napon od uvijanja 219,9 N/mmt
2 9,95 N/mm2 2
19,9ta
Efektivni faktor koncentracije napona može se odrediti po obrascu:
1 1 2,2 1 0,95 1 2,14kf kf k
1 1 1,65 1 0,95 1 1,62 , kt kt k gdje su:
- kf efektivni faktor koncentracije napona pri savijanju,
- kt efektivni faktor koncentracije napona pri uvijanju,
- kf geometrijski faktor koncentracije napona za slučaj savijanja,
- kt geometrijski faktor koncentracije napona za slučaj uvijanja,
- k stepen osjetljivosti materijala na koncentraciju napona. Vrijednost stepena
osjetljivosti materijala na koncentraciju napona k se određuje sa dijagrama
prikazanog na slici 1.18. i izosi 0,95k .
- Faktori kt i kf se određuju prema P13-23b [2] za slučaj savijanja, odnoso P13-23v
[2] za slučaj uvijanja i iznose 2, 2 kf , odnosno 1,65 kt .
Faktori , ,, g O O vK K K K imaju iste vrijednosti kao u primjeru sa slike 1.5.
1 1 2,14 1 11 ; 1 ; 2,46
0,84 0,865 1,1k
D D Dg O v
K K KK K K
1 1 1,62 1 11 ; 1 ; 1,84
0,84 0,922 1,1k
D D Dg O v
K K KK K K
1
1 2
369 N 150 2,46 mm
D
D MDK
1
1 2
393,6 N 213,91 1,84 mm
D
D MDK
1
2
150 N146,11
17,23 mm1 0,2151139,26
D M
AMmv
a
M
1
2
213,91 N190,06
9,99 mm1 0,12519,95
D M
AMmv
a
M
146,111,05
139,26AM
Aa
S
190,0619,1
9,95AM
Aa
S
2 2
A A
A
A A
S SS
S S
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
16
2 2
1,05 1 9,1 1,05
1,05 19,1
AS
min 1, 2 AS
S obzirom da je dobijena vrijednost amplitudnog stepena sigurnosti manja od minimalno dozvoljene vrijednosti ( min 1, 2AS ), može se zaključiti da dio nema potrebnu dinamičku
nosivost. Potrebno je izvršiti korekcije zadatih dimenzija mašinskog dijela, odnosno povećati dimenzije mašinskog dijela.
Korekcija dimenzija mašinskog dijela:
85 mm, 4 mm, 93 mm d D
Radni naponi
Napon od savijanja
3
2
7000 10 N116,16
60261 mmfx
M
W
3 3385
60261 mm32 32x
dW
Napon od uvijanja
3
2
2000 10 N16,59
120522 mmtp
T
W
3 3385
120522 mm16 16p
dW
2116,16 N/mma 28, 29 N/mma
1 1 2,1 1 0,95 1 2,05kf kf k
1 1 1,64 1 0,95 1 1,61kt kt k
2,05 1 11 ; 2,36
0,84 0,865 1,1D DK K
1,61 1 11 ; 1,82
0,84 0,922 1,1D DK K
1
1 2
369 N 156,35 2,36 mm
D
D MDK
1
1 2
393,6 N 216,26 1,82 mm
D
D MDK
2 23mv zpm f m , ·mv mvf
2 2 20 3 8,295 14,37 N/mmmv 2
0,58 14,37 8,33 m · N/ mmv
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
17
1
2
156,35 N152,53
14,37 mm1 0,2151116,16
D M
AMmv
a
M
1
2
216,26 N192,23
8,33 mm1 0,12518,29
D M
AMmv
a
M
152,531,31
116,16AM
Aa
S
, 192,23
238,29
AMA
a
S
2 2
A A
A
A A
S SS
S S
2 2
1,31 23 1,3
1,31 23
AS
min 1, 2 AS
Nakon izvršene korekcije, odnosno povećanja dimenzija mašinskog dijela stepen sigurnosti ima vrijednost veću od minimalno dozvoljene.
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
18
2 PROVJERA NOSIVOSTI ZAVARENIH SPOJEVA
1. Izračunati dinamički stepen sigurnosti zavarenog kružnog ugaonog spoja, prikazanog na slici 2.1, koji vezuje vratilo sa ručicom. Promjenjiva sila F može da dostigne vrijednost 16000 N. Promjena se ostvaruje tako da je Fsr/Fg=0,5.
PODACI:
Materijal: E295 Krak ručice R 170 mmPrečnik vratila d: 118 mm Debljina šava a 6 mm Kvalitet šava C
2. Izračunati dinamički stepen sigurnosti zavarenog spoja prikazanog na slici 2.2. Kvalitet
šava C. Materijal E295. Opterećenje je dinamičko (čisto naizmjenično promjenjivo, koeficijent asimetrije ciklusa R=-1).
PODACI:
F= 10000 N R= 160 mm l= 150 mm D= 118 mm a= 6 mm
3. Rotor sa zavarenim rukavcem, prikazan na slici 2.3, izložen je istovremeno savijanju,
dejstvom momenta savijanja M i uvijanju, dejstvom momenta uvijanja T. Izračunati dinamički stepen sigurnosti zavarenog spoja. Kvalitet šava C. Tokom rada nema udarnih opterećenja.
Materijal E295. PODACI:
F= 18900 N d= 96 mm a = 7 mm T= 700 Nm
4. Kolika je razlika u moći nošenja sklopa glavčina – zupčanik prikazanog na slici 2.4,
ukoliko je spoj ostvaren zavarivanjem, kvalitet šava C, u odnosu na spoj ostvaren presovanim, sklopom ΦD1H8/za8. Materijal E295. Stepen sigurnosti zavarenog spoja S=2,5.
PODACI:
D= 215 mm d= 50 mm a= 9 mm D1= 70 mm b= 18 mm Rzs= 10 μm Rzu= 10 μm
5. Dio prikazan na slici 2.5. opterećen je čisto jednosmjerno promjenjivom silom zatezanja F
(slučaj opterećenja S2). Kvalitet šava je C. Materijal E295. Potrebno je odredi:
a. stepen sigurnosti na mjestu I-I, b. stepen sigurnosti sučeonog zavarenog spoja, ukoliko je oblik šava „V šav obrađen“, c. potrebnu debljinu šava sučenog zavarenog spoja, ukoliko je oblik šava „V – šav
korijen zavaren“ tako da stepen sigurnosti zavarenog spoja bude jednak kao na mjestu I-I.
PODACI: b= 50 mm B= 60 mm ρ = 5 mm δ= 5 mm F= 50000 N
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
19
RB
ρ
b
δ
F
F F
I
I
Slika 2.1.
Slika 2.5.
d
l
R
D F
a
Slika 2.2.
d
l
a
FFl=1,5d
Slika 2.3.
aD1
H8/Z
a8
d
b
D
Slika 2.4.
20
RJEŠENJE ZADATKA 1.
Karakteristike čvrstoće i izdržljivosti čelika E295, P13-2а [2]: 2490 N/mmmNR 2 295 N/mmeNR
2
1 195 N/mmzp N
2
0 295 N/mmzp N
2
1 245 N/mmf N
2
0 355 N/mmf N
2
1 145 N/mmt N
2
0 205 N/mmt N
Maksimalni radni napon
Radni napon uključuje smicanje i uvijanje.
Napon od uvijanja
, , 2
2720000 N19,64
138480,38 mmw a tp
T
W
gdje je moment uvijanja · 16000·170 2720000 Nmm 2720 NmT F R .
Polarni otporni moment zavarenog šava određuje se prema obrascu:
328025481,25 19024256,77 138480,38 mm
65ps pu
pmax
I IW
y
444118 2 6
28025481,25 mm32 32s
ps
dI
4 44118
19024256, 77 mm32 32u
pu
dI
118 2·6 65 mm
2maxy
Napon od smicanja
, , 2
16000 N6,85
2336,16 mmw a s
F
A
Površina presjeka šava izloženog smicanju određuje se prema obrascu:
2 22118 2 6 118
2336,16 mm4 4
A
.
Kritični napon
Za slučaj opetrećenja S2 amplituda dinamičke izdržljivosti zavarenih spojeva, određuje se prema obrascima datim u tabeli 21.7. [1]:
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
21
1
, ,,
,
1
D N
w D Nw m
w max
tg
1, ,
,
,
1
D N
w D Nw m
w max
tg
, , , , ,w A N w D N w m
, , , , ,w A N w D N w m
S obzirom da je zadato 0,5sr
g
F
F , slijedi i da je 0sr sr
g g
.
Kako je 2
g dsr
, slijedi da je
11
2 2g dsr d
g g g
11 0,5
2d
g
1 1d
g
0d
g
, odnosno 0R .
0 1 1
0 0
145 2 1 2 1 0,585
/ 2 205D D D
D D
tg
30,34
1
, , 2,
,
145 N205
1 0,5·0,585 mm1
D N
w D Nw m
w max
tg
S obzirom da je 0R , amplituda dinamičke izdrživosti epruvete jednaka je
A,s,N , 2
1 1 Nτ 205 125
2 2 mmw max .
Kritični naponi dinamički opterećenih zavarenih spojeva određuju se, zavisno od vrste opterećenja, prema sljedećim obrascima:
Istezanje - pritisak: , , 1 2 , ,w A zp t A zp NK
Savijanje: , , 1 2 , ,w A f t A f NK
Smicanje: , , 1 2 , ,W A s t A s NK
Uvijanje: , , 1 2 , ,W A t t A t NK
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
22
Pri tome su
,w A w A - amplituda dinamičke izdržljivosti zavarenog spoja,
,AN AN - amplituda dinamičke izdržljivosti epruvete,
1 - faktor oblika šava - P21-8 [2],
2 - faktor kvaliteta šava - P21-b [2],
tK - tehnološki faktor veličine presjeka – P13-18a,b [2].
Usvaja se:
1tK
1 0, 41
2 0, 9 2
, , , 1 2 , , ,· · · 1 ·0, 41· 0,9 125 46,125 N/mmw A s t A s NK 2
, , , 1 2 , , ,· · · 1 ·0, 41· 0,9 125 46,125 N/mmw A t t A t NK
Stepen sigurnosti dinamički opterećenih zavarenih spojeva određuje se, zavisno od vrste opterećenja, prema sljedećim obrascima:
Istezanje - pritisak: , ,
, ,, ,
w A zpW A zp
w a zp
s
Savijanje: , ,
, ,, ,
w A fW A f
w a f
s
Smicanje: , ,
, ,, ,
w A sW A s
w a s
s
Uvijanje: , ,
, ,, ,
w A tW A t
w a t
s
U konkretnom primjeru posebno se određuje amplitudni stepen sigurnosti za smicanje, a posebno za uvijanje:
, ,, ,
, ,
46,125 6,73
6,85
w A sW A s s
w a s
s S
, ,, ,
, ,
46,1252,34
19,64
w A tW A t t
w a t
s S
S obzirom da su oba napona tagentna, ukupni stepen sigurnosti se prema obrascu 13.33 [1] računa kao:
6,73 2,341,73
6,73 2,34
t s
At s
S
S
SS
S min 1,2 AS
RJEŠENJE ZADATKA 2.
Karakteristike čvrstoće i izdržljivosti čelika E295, P13-2а [2]: 2490 N/mmmNR 2 295 N/mmeNR
2
1 195 N/mmzp N
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
23
2
0 295 N/mmzp N
2
1 245 N/mmf N
2
0 355 N/mmf N
2
1 145 N/mmt N
2
0 205 N/mmt N
Određivanje radnog napona
Radni napon uključuje savijanje, smicanje i uvijanje.
Napon od savijanja
, , 2
1500000 N21,67
69240,2 mmw a fx
M
W
Moment savijanja · 10000 ·150 1500000 Nmm 1500 Nm M F l .
Aksijalni otporni moment zavarenog šava određuje se prema obrascu:
314012740,63 9512128,385 69240,2 mm
65xs xu
xmax
I IW
y
, gdje su:
444118 2 6
14012740,63 mm64 64s
xs
dI
4 44118
9512128,385 mm64 64
u
xu
dI
118 2·6 65 mm
2
maxy .
Napon od uvijanja
, , 2
1600000 N11,56
138480,38 mmw a tp
T
W
Moment uvijanja · 10000 ·160 1600000 Nmm 1600 Nm T F R .
Polarni otporni moment zavarenog šava određuje se prema obrascu:
328025481,25 19024256,77 138480,38 mm
65ps pu
pmax
I IW
y
, gdje su
444118 2 6
28025481,25 mm32 32s
ps
dI
4 44118
19024256, 77 mm32 32u
pu
dI
118 2·6 65 mm
2
maxy .
Napon od smicanja
, , 2
10000 N4, 29
2336,16 mmw a s
F
A ,
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
24
gdje je površina presjeka šava izloženog smicanju određena prema obrascu:
2 22118 2 6 118
2336,16 mm4 4
A
.
Određivanje kritičnih napona
S obzirom da je opterećenje čisto naizmjenično promjenjivo, sa koeficijentom asimetrije ciklusa 1R , amplituda dinamičke izdržljivosti epruvete jednaka je dinamičkoj izdržljivosti epruvete pri čisto naizmjeničnoj promjeni napona, P13-2а [2] i iznosi
2
, , 1 245 N/mmA f N f N za savijanje, odnosno 2
, , , , 1 145 N/mmW A t W A s t N za
uvijanje, odnosno smicanje.
Amplituda dinamičke izdržljivosti zavarenog spoja za savijanje, uvijanje i smicanje određuje se prema
2, , 1 2 , , 0,87·0,9·1·245 191,8 N/mm w A f t A f NK
2, , 1 2 , , 0, 41·0,9·1·145 53,5 N/mm W A t t A t NK
2, , 1 2 , , 0, 41·0,9·1·145 53,5 N/mm W A s t A s NK
pri čemu je faktor oblika šava 1 0, 87 za savijanje, odnosno
1 0, 41 za uvijanje /
smicanje, dok je faktor kvaliteta šava 2 0, 9 . Tehnološki faktor veličine presjeka 1tK .
S obzirom da je naprezanje mašinskog dijela složeno, najprije se računaju parcijalni stepeni sigurnosti, a zatim ukupni stepen sigurnosti:
Savijanje: , ,
, ,, ,
191,88,85
21,67
w A fW A f A
w a f
s S
Smicanje: , ,
, ,, ,
53,512,47
4,29
w A sW A s As
w a s
s S
Uvijanje: , ,
, ,, ,
53,54,62
11,56
w A tW A t At
w a t
s S
Kod istorodnih napona ukupan stepen sigurnosti se računa prema obrascu: 4,62 12,47
3,374,62 12,47
At As
AAt As
S SS
S S
Ukupan amplitudni stepen sigurnosti određuje se prema obrascu:
2 2 2 2
8,85 3,373,14
8,85 3,37
A A
A
A A
S SS
S Smin 1,2 AS
RJEŠENJE ZADATKA 3.
Određivanje radnog napona
Radni napon uključuje savijanje, smicanje i uvijanje.
Napon od savijanja
, , 2
2721744 N49,63
54838,8 mmw a fx
M
W
Moment savijanja · 18900 ·144 2721744 Nmm 2721,744 Nm.M F l
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
25
1,5 1,5 96 144 mml d
Aksijalni otporni moment zavarenog šava određuje se prema obrascu:
37183240,625 4167106,56 54838,8 mm
55xs xu
xmax
I IW
y
, gdje su:
44496 2 7
7183240,625 mm64 64s
xs
dI
4 4496
4167106,56 mm64 64u
xu
dI
96 2·7 55 mm
2maxy
Napon od uvijanja
, , 2
700000 N6,38
109677,6 mmw a tp
T
W
Moment uvijanja T je zadat i iznosi 700000 Nmm 700 Nm T .
Polarni otporni moment zavarenog šava određuje se prema obrascu:
314366481,25 8334213,12 109677,6 mm
55ps pu
pmax
I IW
y
, gdje su:
44496 2 7
14366481,25 mm32 32s
ps
dI
4 4496
8334213,12 mm32 32u
pu
dI
.
Napon od smicanja
, , 2
18900 N8,34
2363,94 mmw a s
F
A
gdje je površina presjeka šava izloženog smicanju određena prema obrascu:
2 2296 2 7 96
2363,94 mm4 4
A
Određivanje kritičnih napona
Broj promjena napona savijanja jednak je broju obrtaja vratila, jer se pun ciklus promjene ostvaruje u toku jednog obrta. Napon uvijanja je konstantan, pri konstantnom obrtnom momentu, bez obzira na rotaciju vratila. Ipak, dejstvo obrtnog momenta povremeno prestaje usljed prestanka radnih otpora kod mašine ili usljed isključivanja mašine. Broj ovih promjena u radnom vijeku mašine može biti veliki. Iz ovih razloga se napon uvijanja može smatrati jednosmjerno promjenjivim. Naravno, u slučaju promjenjivog obrtnog momenta ovaj napon bi takođe bio naizmjenično promjenjiv.
Amplituda dinamičke izdržljivosti epruvete jednaka je dinamičkoj izdržljivosti epruvete pri
čisto naizmjeničnoj promjeni napona i iznosi 2
, , 1 245 N/mmA f N f N za savijanje,
odnosno 2
, , , , 0 205 N/mmW A t W A s t N za uvijanje, odnosno smicanje , P13-2а [2].
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
26
Amplituda dinamičke izdržljivosti zavarenog spoja za savijanje, uvijanje i smicanje određuje se prema obrascu:
2, , 1 2 , , 0,87·0,9·1·245 192 N/mmw A f t A f NK
2, , 1 2 , , 0, 41·0,9·1·205 75,645 N/mmW A t t A t NK
2, , 1 2 , , 0, 41·0,9·1·205 75,645 N/mmW A s t A s NK
pri čemu vrijednosti faktora oblika šava 1 , faktora kvaliteta šava 2 i tehnološkog faktora
veličine presjeka tK imaju iste vrijednosti kao u prethodnom zadatku.
Parcijalni stepeni sigurnosti
Savijanje: , ,
, ,, ,
1923,86
49,63
w A fW A f A
w a f
s S
Smicanje: , ,
, ,, ,
75,645 9,07
8,34
w A sW A s As
w a s
s S
Uvijanje: , ,
, ,, ,
75,645 11,85
6,38
w A tW A t At
w a t
s S
9,07 11,855,14
9,07 11,85
At AsA
At As
S SS
S S
Ukupan stepen sigurnosti
2 2 2 2
3,86 5,143,08
3,86 5,14
A A
A
A A
S SS
S Smin 1,2 AS
RJEŠENJE ZADATKA 4.
Određivanje moći nošenja zavarenog spoja
Zavareni spoj opterećen je na uvijanje momentom uvijanja T čiji je karakter promjene jednosmjerno promjenjiv. Prema tome, amplituda dinamičke izdržljivosti epruvete , ,A t N
jednaka je 0
2
205 N102,5
2 2 mmt N
.
Amplituda dinamičke izdržljivosti zavarenog spoja jednaka je 2
, , 1 2 , , 0, 45 0,91 1 02,5 41,51 N ,/mm W A t t A t NK gdje su:
1tK
1 0,45
2 0,9
S obzirom da je stepen sigurnosti dinamički opterećenog zavarenog spoja , , 2,5W A ts
amplituda radnog napona određuje se prema obrascu:
, ,, , 2
, ,
41,51 N16,604
2,5 mmw A t
w a tw a tS
.
Slijedi da je maksimalni radni napon jednak 2, , ,2 · 2·16,604 33, 20 N/ m .8 mw t w a t
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
27
Maksimalna vrijednost obrtnog momenta T koju zupčanik može prenijeti za navedene uslove iznosi
, · 33, 208 80193,9 2663079,031 Nmm 266,307 Nmw t pT W
Polarni otporni moment pW određuje se po obrascu:
35884510,72 2355981,25 80193,9 mm
44ps pu
pmax
I IW
y
, gdje su:
44470 2 9
5884510,72 mm32 32s
ps
dI
4 4470
2355981,25 mm32 32u
pu
dI
max
70 2 9 8844 mm
2 2
y
Obimna sila se računa po obrascu:
2 2 2663079,031 76,08 kN
70
TF
D
Određevanje moći nošenja presovanog spoja
Za presovani skolop definisan nalijeganjem 70 8 / 8 H za karakteristične tolerancije određuju se za područje nazivnih mjera 50-80 mm i ISO osnovne tolerancije IT8, pri čemu brojna vrijednost osnovnih tolerancija iznosi t=T = 46 µm.
70 8H
Gornje granično odstupanje ES = 46 µm. Donje granično odstupanje EI = 0 µm.
70 8za
46 t µm Gornje granično odstupanje: 320 es µm Donje granično odstupanje: 274 ei µm
Najveći preklop: 0 320 320 gP EI es µm
Najmanji preklop: 46 274 228 dP ES ei µm
Tolerancija nalijeganja za čvrsto nalijeganje određuje se kao:
320 228 92n g dT P P µm
46 46 92nT T t µm
Gubitak preklopa zbog skidanja neravnina: 0,8· 0,8· 10 10 16 µm zs zuP R R
Najmanji stvarni preklop
228 16 212 wd dP P P µm
Relativni najmanji stvarni preklop
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
28
3
2120,003
70 10wd
wdF
P
D
Odnos prečnika spoljašnjeg i unutrašnjeg dijela određuje se prema obrascu 25.6 [1]
700,325
215F
sS
D
D
500,71
70F
uS
D
D
Pomoćna veličina računa se prema 25.11 [1]
2 2 2 2
2 2 2 2
1 1 1 0,71 1 0,325 4,27
1 1 1 0,71 1 0,325u s
u s
K
Najmanji pritisak u spoju prema 25.19 [1] iznosi
2
210000 N · 0,003· 147,56
4,27 mms
Fd wd
Ep
K
Dozvoljena nosivost spoja - maksimalna aksijalna sila određuje se prema obrascu 25.21 [1]:
147,56 70 18 0,0722704,54 N 22,704 kN,
1,8
Fd f p
p
p D lFa
Sgdje su
- 0,07pµ koeficijent prionljivosti za podmazane površine,
- 1,8pS stepen sigurnosti protiv proklizavanja spoja za jednosmjerno promjenjivu
aksijalnu silu.
Poređenjem vrijednosti maksimalne aksijalne sile 22,704 kNaF sa vrijednošću obimne sile
76,08 kNF može se zaključiti da zavareni spoj ima 3,35 puta veću moć nošenja od presovanog spoja.
RJEŠENJE ZADATKA 5.
a. Stepen sigurnosti na mjestu I-I
- Tehnološki faktor veličine poprečnog presjeka dijela 1tK , P13.18 [2],
- Geometrijski faktor veličine za zatezanje i pritisak 1gK , P13.18.v [2],
- Faktor ojačanja površinskih slojeva 1,1vK , P13.19 [2],
- Geometrijski faktor koncentracije napona 1,8k , slika 1.8.
- Stepen osjetljivosti materijala na koncetraciju napona 0,82k , slika 1.8.
- Hrapavost (za osrednje brušenje) 12,5z mR , P.13.17 [2].
- Efektivni faktori koncentracije napona od savijanja na mjestu promjene prečnika dijela
( 1) 1 (1,8 1) 0,82 1 1,656kk k
- Faktor kvaliteta obrađene površine P13.17 [2]
1 0,22 1 1 0,22 12,5 1 0,90620 20
490mo z
RK lgR lg lg lg
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
29
Faktor konstrukcije za normalne DK napone
1 1 1,6
1
56 1 11 1 ; 1,6
0,906 1,1k
D Dg O v
K KK K K
Dinamička izdržljivost
12
1 1 195 195 N/· mmtD f NK
Dinamička izdržljivost mašinskog dijela 13.32 [1]
1
1 2
195 N 121,875 1,6 mm
D
D MDK
Zavisnost od srednjeg napona za valjane čelike, slika 13.15 [1]
0,00035· 0,1mM R 20,00035 0,1 0,071490 N/ mm5M
2
20000
50 5
N80
mmzpm
F
A
22
N40
mmzpm
a
Uporedni srednji napon, 13.34 [1], čelik, žilavi materijal, hipoteza HDR
2 22 23 80 0 3 0 80 N/mmmv zpm f m
Amplituda dinamičke izdržljivosti dijela
1
2
121,875 N106,62
mm1 0,804
07150
1
D M
AMmv
a
M
Amplitudni stepen sigurnosti
min
106,622,66 1,2
40
AMA A
a
S S
b. Stepen sigurnosti zavarenog spoja (oblik šava “V šav obrađen”)
- Faktor oblika šava 1 0,92 , P21.8. [2],
- Faktor kvaliteta šava 2 0,9 , P21.6. [2],
- Tehnološki faktor veličine poprečnog presjeka 1tK .
0 1 1
0 0
195 2 1 2 1 0,6779
/ 2 295D D D
D D
tg
, 2
20000
( 2 ) 5 (
20000 N100
m50 2 5) 5 40 mw max
F F F
A h l h b a
, , 2100 50
1 1 N
2 mm2w m w max
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
30
, , 2
195 N295
1 0,5 0,6779 mmw D N
, , , , , , 2
N295 147,5 147,5
2 mm
1w A N w D N w D N
, , 1 2 , , 20,92 0,9 147,5 122,1
N
mm3 w A zp t A zp NK
, ,, , min
, ,
122,44 1,2
50
2,13
w A fW A f A
w a f
s S
c. Potrebna debljina šava sučenog zavarenog spoja (oblik šava „V – šav korijen zavaren“)
- Faktor oblika šava 1 0,70 , P21.8. [2],
- Faktor kvaliteta šava 2 0,9 , P21.6. [2],
- Tehnološki faktor veličine poprečnog presjeka 1tK , P13.18 [2].
0, 6779tg 2
, , 295 N/mmw D N
, , 1 2 , , 20, 70 0,9 147,5 92,92
N
mm5 w A zp t A zp NK
, , , ,, , , , 2
, , , ,
N2,66, 34,934
2,6
92,92
6 mm
5w A f w A fW A f w a f
w a f W A f
ss
2, , ,2 34,934 69,86 N/2 mmw max w a f
, 2
200 N69,8
00
( 2 ) (50 2 m
) m6
w max
F F F
a l a b a aA a
Prethodni obrazac predstavlja kvadratnu jednačinu, čiji su korijeni potrebna debljina šava, s tim da se, s obzirom na zadatu debljinu dijela, samo prvo rješenje može smatrati realnim.
1
2
8,88 mm
16,12 mm
a
a
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
31
3 PRORAČUN NAVOJNIH SPOJEVA
3.1 Pokretni navojni spojevi
Konstruisati navojni prenosnik – ručnu dizalicu prema slici 3.1. PODACI:
Opterećenje: F= 14 kN Visina dizanja: l = 300 mm MATERIJAL: Navojnog vretena: E295 Ručice: S235JR Navrtka: P.CuSn12 (kalajna bronza) NAVOJ: Trapezni Slika 3.1. Ručna dizalica PRORAČUNATI:
a. Navojno vreteno (sa samokočenjem); b. Navrtku; c. Obrtni moment na ručici i stepen iskorišćenja navoja i navojnog prenosnika; d. Ručicu pri čemu se dužina ručice proračunava prema ukupnom obrtnom mometu i
ručnoj sili kojom treba ostvariti taj moment. Ručna sila je u rasponu 300 – 400 N. Prečnik ručice proračunati iz uslova čvrstoće na savijanje. Uzeti da je broj radnika koji rukuju dizalicom jedan.
e. Dimenzije postolja;
NACRTATI:
a. Sklopni crtež dizalice; b. Radioničke crteže;
Rješenje:
Tabela 3.1. Karakteristike materijala
Materijal N/mm2
N/mm2
Navojno vreteno E295 295 490 Ručica S235JR 235 360 Nosač tereta S235JR 235 360 Navrtka P.CuSn12 (kalajna bronza) 140 260 Klizni ležaj P.CuSn14 (kalajna bronza) 140 200 Postolje GJL-150 98 150
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
32
Određivanje dimenzija navojnog vretena
Navojno vreteno je ispravno dimenzionisano ako je postignut stepen sigurnosti koji iznosti 1,5 – 2S za statičko, odnosno 2 – 3S za dinamičko opterećenje [1]. Navojno vreteno se
dimenzioniše s obzirom na normalni napon usljed zatezanja ili pritiskivanja, pri čemu se zbog uvijanja potrebna površina jezgra navoja povećava za 25% 30%.
Poprečni presjek jezgra navoja se određuje prema obrascu:
3 1,3
z p doz
FA
kr
z p doz S
S obzirom da je opterećenje statičko, kritični napon je 0,2 kr e pR R , te stepen sigurnosti
iznosi 1,5 – 2S (usvaja se 2S ).
2
295 N147,5
2 mmz p doz
23
140001,3 123,39 mm
147,5A
Ovome odgovara prvi veći trapezni navoj Tr 20 x 4 sa dimenzijama d2 = 18 mm, d3 = 15,5 mm, A3 = 189 mm2.
Ugao nagiba zavojnice 2
40,07, 4,048
18
Ptg
d
.
Koeficijent trenja u navojnom paru čelik – bronza se kreće od 0,07 – 0,16 [3], pa redukovani ugao trenja za koeficijent 0,10 iznosi
0,10 5,91
302 2
n narctan arctan arctancos cos
Ovako privremeno usvojeni trapezni navoj treba provjeriti s obzirom na složeno naprezanje u jezgru. Normalni naponi u jezgru vretena usljed pritiska iznosi:
23
N
mm
F
A
Tangentni napon u jezgru vretena usljed uvijanja iznosi:
2
N
mmp
T
W , gdje su
2n T tan Nm
2 n
dT F
333 mm
16p
dW
Ekvivalentni napon usljed složenog naprezanja određuje se prema obrascu:
220i
gdje je 0
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
33
2 18tan 14000 tan 4,048 5,91 22,12 Nm
2 2n n
dT F
S obzirom da je naprezanje statičko,
0 1,45
0,7
.
23
14000 N 74,07
189 mm
F
A
3 333 15,5
730,81 mm16 16p
dW
3
2
22,12 10 N 30,27
730,81 mmp
T
W
2 22 2 20 74,07 1,45 30, 27 86,09 N/mmmp p t
Stepen sigurnosti usljed složenog naprezanja
min
295 3,42 2
86,09
mp
S S
Stepen sigurnosti je veći od 2, pa izabrani trapezni navoj može zadovoljiti zadate uslove opterećenja.
Provjera navojnog vretena na izvijanje u najnepovoljnijem položaju, kada je teret u krajnjem gornjem položaju
Navojno vreteno treba provjeriti na izvijanje u najnepovoljnijem položaju, kada je teret u krajnjem gornjem položaju. Dužina izložena izvijanju (l) računa se od dodirne površine nosača tereta na vretenu do polovine visine navrtke. Pri određivanju vitkosti vreteno se posmatra kao zglobno oslonjeno na oba kraja tako da je redl l [3]. S obzirom da još uvijek
nije poznata visina navrtke, kao i visina glave navojnog vretena, za prethodni proračun usvaja se 1,25redl h (h - visina dizanja), [3].
1,25 300 375 mmredl
Poluprečnik inercije vretena
3 15,5 3,875 mm4 4 min
di
Koeficijent vitkosti vretena lred 375 96,774
3,875mini
Prema P24.19 [2], za materijal navojnog vretena E295, 0 89 , što je manje od dobijene
vrijednosti 96,774 . Prema tome, kritični napon u odnosu na izvijanje, prema [2] računa se po Ojleru prema obrascu:
2 5 2
2 2 2
2,1 1 0 N 221,08
96,774 mmk
E
Na dijelu gdje postoji opasnost od izvijanja navojno vreteno je napregnuto na pritisak i uvijanje, pa je mjerodavni napon na pritisak mp .
221,08 2,56 3 6
86,09
ki i
mp
S S
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
34
Stepen sigurnosti vretena protiv izvijanja manji je od preporučenog, koji za proračun po Ojleru iznosi Si=3···6. Prema tome, potrebno je korigovati dimenzije navojnog vretena. Usvaja se prva veća vrijednost trapeznog navoja Tr 24 x 5, sa dimenzijama d2 = 21,5 mm, d3 = 18,5 mm, A3 = 269 mm2.
Ugao nagiba zavojnice 2
50,074, 4,23
21,5
Ptg
d
23
14000 N 52,04
269 mm
F
A
3 333 18,5
1242,58 mm16 16p
dW
2 21,5tan 14000 tan 4, 23 5,91 26,91 Nm
2 2n n
dT F
3
2
26,91 10 N 21,67
1242,581 mmp
T
W
2 22 20 2
N52,04 1, 45 21,67 60, 79
mmmp p t
Stepen sigurnosti usljed složenog naprezanja
295 4,85
60,79mp
S
.
1,25300 375 mmredl
3 18,5 4,624 mm4 4 min
di
Koeficijent vitkosti vretena
lred 375 81,09
4,624mini
Prema P24.19 [2], za materijal navojnog vretena E295, 0 89 , što je veće od dobijene
vrijednosti 81,09 . Prema tome, kritični napon k u odnosu na izvijanje računa se po
Tetmajeru po obrascu: 2 335 0,62 335 0,62 81,09 284,72 N/mm k
Na dijelu gdje postoji opasnost od izvijanja navojno vreteno je napregnuto na pritisak i uvijanje, pa se mjerodavni stepen sigurnosti određuje prema obrascu:
284,724,68
60,79 k
imp
S
> Si = 2 - 4. S obzirom da se preporučeni stepen sigurnosti protiv
izvijanja Si, za proračun prema Tetmajeru, kreće u granicama Si = 2 – 4, dobijeni stepen sigurnosti zadovoljava.
Prema [3], pitanje oslanjanja nosača tereta koje se ne obrće na vreteno koje se obrće, rješava se postavljanjem bilo kliznog, bilo kotrljajnog ležaja. Pri tome se za terete 15 kNF između nosača tereta i vretena postavlja prsten od bronze, tako da se dobija aksijalni klizni ležaj, dok se za veće terete postavlja aksijalni kotrljajni ležaj. S obzirom da je dato opterećenje dizalice
14 kNF usvaja se konstrukcija dizalice sa kliznim ležajem.
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
35
Spoljašnji prečnik oslonca kliznog ležaja ( 0D ) izračunava se iz uslova površinskog pritiska
prema obrascu:
20
4
odoz
FD d
p
gdje su: 0d unutrašnji prečnik kliznog ležaja, koji se određuje prema obrascu:
0 00,6 0,7 0,6 0,7 24 14, 4 16,8 , 15 mmd d d
dozp dozvoljeni provršinski pritisak za vreteno od čelika a prsten od bronze (klizni
ležaj), iz tab. 2.15. [3] 217,5 – 24,5 N/mmdozp , usvaja se 2 20 N/mmdozp
Prema tome,
24 14000 1 5 33, 41 mm
20oD
, usvaja se 40 mmoD
Prečnik glave navojnog vretena gD
Pri konstruisanju proširenog dijela navojnog vretena (prečnik glave navojnog vretena) kroz koji se provlači ručica gD , potrebno je voditi računa da površina poprečnog presjeka mora
biti veća od površine poprečnog presjeka jezgra vretena 3A . Konstrukciono se usvaja prečnik
glave navojnog vretena 5 40 5 45 mmg glD D .
Visina glave navojnog vretena određuje se, prema [5], konstrukciono na osnovu obrasca:
3 1,3 1,5 · 1,3 1,5 ·24 31, 2 36 h d , usvaja se 3 35 mmh .
Određivanje dimenzija navrtke
Broj aktivnih navojaka navrtke nz se određuje iz uslova površinskog pritiska na dodirnim
površinama bokova navoja vretena i navrtke, prema obrascu
2 1
14000 5,53
21,5 2,5 15ndoz
Fz
d H p
, usvaja se 6nz
gdje su: 1H – dubina nošenja navojnog spoja, 1 0,5· 0,5·5 2,5 mm H P
dozp - dozvoljeni površinski pritisak u navojnom spoju pokretnih navojnih spojeva,
tab. 2.15. [3] 11,0 17,5 dozp 2N/mm , usvaja se 2 15 N/mm dozp
Visina navrtke
· 6 · 5 30 mm n nl z P
Zbog mogućnosti neravnomjerne raspodjele opterećenja dužina navrtke, prema [1], treba biti u granicama:
1,3 1,6 1,3 1,6 24 31, 2 38, 4 mm nl d .
S obzirom da je visina navrtke nešto manja od preporučenih vrijednosti, usvaja se broj aktivnih zavojaka navrtke 2 0 M odnosno visina navrtke · 7·5 35 mmn nl z P .
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
36
Provjera površinskog pritiska
2 22 1
14000 5 N N 11,85
35 21,, 1
5 2,5 mm m
m5
doz doz
uk n
F F Pp p p p
A l d H
Spoljašnji prečnik navrtke
Spoljašnji prečnik navrtke nD (prečnik oboda navrtke) određuje se prema obrascu:
2 25 5 14000 24 31, 2 mm
56ndoz
FD d
gdje je:
dozvoljeni napon za navrtku od bronze 2
140 N 56 2,5 mm
edoz
R
S .
Spoljašnji prečnik navrtke, takođe, može se odrediti konstruktivno, po obrascu: 1, 4 1,7 · nD d
1, 4 1,7 · 1, 4 1,7 ·24 33,6 40,8 mm nD d
Usvaja se 40 mmnD .
Nakon toga provjerava se stepen sigurnosti usljed složenog naprezanja
F
A
gdje su:
2 2 4 nA D d
– poprečni presjek tijela navrtke
4 4 32p nI D d
– polarni moment inercije presjeka A
2 p
pn
IW
D
- polarni otporni moment presjeka A
Uporedni napon usljed složenog naprezanja određuje se prema obrascu:
22 i
2 2 2 2 2 40 24 803,84 mm4 4nA D d
4 4 4 4 4 40 24 218644, 48 mm32 32p nI D d
32 2 218644,48 10932,224 mm
40 p
p pn
IW W
D
2
14000 N 17,41
803,84 mm
F
A
3
2
26,91 10 N 2,46
10932,224 mmp
T
W
2 22 22
Nn 17, 41 1, 45 2, 46 17,77
mmi
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
37
140 7,87
17,77T
i
S
Prečnik oboda navrtke, slika 3.2, određuje se iz uslova dozvoljenog površinskog pritiska između oboda navrtke i postolja dizalice prema obrascu:
2 24 4 14000 40 46,16 , 50 mm
33,6b n bdoz
FD D mm D
p
gdje je: dozp dozvoljeni površinski pritisak slabijeg materijala u spoju. S obzirom da je
postolje od sivog liva, a navrtka od bronze, 2
1,2 1,2 98 N 33,6
3 4 3,5 mme
doz
Rp
za
postolje, odnosno 2
1,2 1,2 140 N 48
3 4 3,5 mme
doz
Rp
za navrtku.
Pri tome su kritični naponi za postolje (materijal GJL-150) 20,2 98 N/mmp NR , P.13-3a [2],
odnosno za navrtku (CuSn12) 20,2 140 N/mmpR , P.13-4 [2].
Visina oboda navrtke računa se konstruktivno, prema [3], po obrascu:
1 1 1 1 35 11,6 8,75 ,
3 4 3 4
nb l
Usvaja se 10 mmb .
Provjera visine oboda navrtke na smicanje
2
14000 N 11,14
40 10 mmn
F
D b
Radna čvrstoća kod smicanja iznosi 2
1,2 1,2 140 N 97
mm3 3e
tF
R pa je stepen
sigurnosti min
97 8,7 2.
11,14 S S
Slika 3.2. Navrtka
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
38
Određivanje dimenzija ručice
Dužina ručice proračunava se prema ukupnom obrtnom momentu T i ručnoj sili kojom se treba ostvariti taj moment. Ručna sila se uzima 150-250 N za duži rad, odnosno 300-400 N za kraći rad, u slučaju manjih visina dizanja. Stepen sigurnosti se usvaja S = 3 [3], u odnosu na
zateznu čvrstoću (dovoljno je spriječiti lomljenje ručice), dakle mfdoz S
.
S obzirom da je na osnovu zadatog opterećenja 14 kN F usvojena konstrukcija dizalice sa kliznim ležajem, pri proračunu ručice potrebno je u obzir uzeti i obrtni moment µT koji služi
za savladavanje otpora trenja na dodirnoj površini glave vretena i nosača tereta, odnosno glave vretena i kliznog ležaja. Pri tome je koeficijent trenja za klizni ležaj od bronze iznosi
0,12µ [3].
3 3 3 3
2 2 2 2
1 1 40 1514000 0,12 24,7 Nm
3 3 40 15s u
µs u
d dT F
d d
Između ručice i otvora u navojnom vretenu predvidjeti labavo nalijeganje i grube tolerancije izrade, 11/ 11H a ili 11/ 11H c [3].
Dužina ručice L
n
r
T TL
n k F
gdje je n – broj radnika, k – koeficijent kojim se uzima u obzir istovremeno
djelovanja dva radnika (prema [3], k = 1 kada djeluje jedan radnik, k = 0,3 – 0,9 kada djeluju dva radnika), Fr – ručna sila 300 N.
326,91 24,7 10172,03 mm
1·1·300L
Zbog ergonomskih zahtjeva usvaja se potrebna dužina ručice 250 mm.
Ukupna dužina ručice ukL
2 45 802· 250 2·15 342,5 mm, 340 mm
2 2 2 2g
uk uk
D LL L x L
L – potrebna dužina ručice Dg – prečnik glave navojnog vretena x – dužina navoja na koji se navrće kugla L2 – dužina koja u obzir uzima širinu šake (80 – 100 mm)
Prečnik ručice rd
Prečnik ručice određuje se iz uslova čvrstoće ručice na savijanje, prema obrascu:
1 3310 10 300 227,5
12,19 mm120
r
rdoz
n k F Ld
Usvaja se prečnik ručice 15 mmrd .
1 2
45 360 N 250 227,5 mm, 120
2 2 3 mmg m
doz
D RL L
S
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
39
Određivanje dimenzija postolja
Visinu postolja hp određujemo na osnovu potrebne visine dizanja tereta h = 300 mm, te visine navrtke 35 mmnl .
50 300 25 50 375 mmp nh h l b
Postolje se izvodi sa nagibom 1 1
( )10 15
tg .
Za slobodan izlaz noža prilikom obrade unutrašnje površine postolja ispod navrtke, prema [3] konstrukciono se usvaja 6 5 10 mm nD D = 40 + 10 = 50 mm.
Unutrašnji prečnik osnove postolja
3 6 6
1 12· · 2· · 50 2· 375 25 · 120 mm
10 10p p nD D h tan D h l
Prečnik D4 se određuje iz uslova dozvoljenog površinskog pritiska za materijal podloge na koje se oslanja dizalica.
2 24 3 42 2
4 5 14000 N N 1 20 141,32 , 150
4 mm mmdoz
FD D D
p
Dozvoljeni površinski pritisak za drvenu podlogu 24 N/mmdozp [3].
Usvaja se debljina zida δ = 10 mm [3], pa je prečnik 5 6 2· 50 2·10 70 mm. D D
Visina papuče postolja 1 1,5· 1,5·10 15 mm.
Određivanje dimenzija nosača tereta
Nosač tereta se izrađuje obično od čelika. U ovom primjeru za izradu nosača tereta predviđen je konstrukcioni čelik S235JR. Nosač tereta je napregnut na pritisak i uvijanje komponentom mometa uvijanja Tµ, ali se ne proračunava, jer konstrukcione dimenzije prikazane na slici 3.3 daju dovoljnu sigurnost. Visina nosača tereta h4 konstrukciono se uzima 4 1,25 . h d Između
nosača tereta i završnog dijela navojnog vretena potrebno je predvidjeti labavo nalijeganje. Nareckana površina omogućava bolju stabilnost tereta (sprečava klizanje tereta). Za učvršćivanje nosača tereta koristi se zavrtanj sa cilindričnim završetkom JUS M.B1.291 gdje cilindrični završetak naliježe na odgovarajući žlijeb na vrhu navojnog vretena.
4 1,25 1,25·30 30 mmh d
Prečnik vrha nosača određuje se konstrukciono 1,8 24 43,2nd , usvaja se 43 mm.
Slika 3.3. Nosač tereta
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
40
Određivanje dimenzija kliznog ležaja
Dimenzije kliznog ležaja od bronze P.CuSn14 usvajaju se konstruktivno. Uzima se visina prstena hl =0,4∙d. Dodirne površine treba da budu fino obrađene. Između završnog dijela vretena i prstena predvidjeti labavo nalijeganje. Klizni ležaj je opterećen na površinski pritisak, pa je
222 2
4 1400012,97 za materijal P.CuSn14 iznosi1 5 N / mm
40 15
doz doz
F Np p p
A mmπ
Slika 3.4. Konstruktivno rješenje glavnih djelova ručne dizalice
Provjera navojnog vretena na izvijanje kada je teret u krajnjem gornjem položaju
Navojno vreteno je prilikom prethodnog određivanja dimenzija provjereno na izvijanje i to u najnepovoljnijem položaju, tj. kada je potpuno izvučeno. Budući da na početku nisu poznate dimenzije navrtke, ležaja i navojnog vretena, redukovana dužina vretena se usvaja i iznosi
1,25redl h ( h– visina dizanja). Nakon što su dimenzije elemenata ručne dizalice određene,
poznata je dužina izložena izvijanju, te se navojno vreteno ponovo provjerava na izvijanje.
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
41
Dužina izložena izvijanju ( l ) se računa od dodirne površine nosača tereta na vretenu do polovine visine dijela navrtke u dizalici i iznosi
4 4 3 / 2 30 10 35 300 10 12,5 3( 97,5 mm,) nl h h h h b l b gdje su
- 4h – visina nosača tereta,
- 1h – visina prstena (kliznog ležaja),
- 3h – visina glave navojnog vretena,
- h– visina dizanja, - b– visina oboda navrtke, - nl – visina navrtke.
Koeficijent vitkosti vretena
redl 397,5 85,96
4,624mini
Prema P24.19 [2], za materijal navojnog vretena E295, 0 89 , što je veće od dobijene
vrijednosti 85,96. Kritični napon u odnosu na izvijanje računa se po Tetmajeru prema
2 335 0,62 335 0,62 85,96 281,70 N/mmk
Na dijelu gdje postoji opasnost od izvijanja navojno vreteno je napregnuto na pritisak i uvijanje.
Stepen sigurnosti iS određuje se prema obrascu 281,70
4,63 2 4 60,78
ki i
i
S S .
S obzirom da se preporučeni stepen sigurnosti protiv izvijanja Si za proračun po Tetmajeru kreće u granicama 2 4, iS dobijeni stepen sigurnosti zadovoljava.
Stepen iskorišćenja dizalice
2
4, 230, 215704
29,39tan 4, 23 5,91 0,12tan
21,5sr
n
tan tand
d
srd - srednji prečnik trenja 3 3 3 3
2 2 2 2
2 2 40 1529,39 mm
3 3 40 15s u
srs u
d dd
d d
µ - koeficijent trenja za klizni ležaj od bronze [2] 0,12µ
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
42
Naziv
Oznaka
Izv.podaci Zamjena za
ListL
DatumObrad.Stand.Odobr.
St.i. Izmjene Datum Ime
Masa RazmjeraTermička obradaMaterijal
Tolerancija slobodnih mjera Površinska hrapavost Površinska zaštita
Mašinski fakultetIstočno Sarajevo
2 4T r x 5
4 5
1 5 j 6 1 5 h 8
405
42.5
145
345
10
4 0
N8 N5 N7,
N7
Φ15h8 0-0,027
Φ15j6 0,008-0.003
Φ15H11 0,110
NAVOJNO VRETENO1:2
E2951,6 kg
N6,, ,
A
B
1 0
2 0
145
1 4 145
6.5
25 27.514
3R 1R 15H1
1
5 N6
N5
Napomena: Svi nekotirani radijusi 0,5 mm
Detalj ARazmjera 1:1
4030
M 8 l i j e v i
6 . 9
Detalj BRazmjera 1:1
43
Naziv
Oznaka
Izv.podaci Zamjena za
ListL
DatumObrad.Stand.Odobr.
St.i. Izmjene Datum Ime
Masa RazmjeraTermička obradaMaterijal
Tolerancija slobodnih mjera Površinska hrapavost Površinska zaštita
4 0 H 7
1 0
1 2 01 5 0
15
25
375
1 4 5
1 4 7
R 2
1 2 7 . 5 7
1 2 9 . 2 162
.6157
.3
5 0
6 5 . 1
5 0R
N6 N8,
N8
N6
1:29,2 kgGJL-150
Φ40H7 0,0250
Konus 1:5
Mašinski fakultetIstočno Sarajevo
N8
POSTOLJE
44
Naziv
Oznaka
Izv.podaci Zamjena za
ListL
DatumObrad.Stand.Odobr.
St.i. Izmjene Datum Ime
Masa RazmjeraTermička obradaMaterijal
Tolerancija slobodnih mjera Površinska hrapavost Površinska zaštita
5 0
4 0 n 735
25
T r 2 4 x 5
0 .5R
1 4 51
45
N7 N6
N6
Φ40n7 0,0420,017
NAVRTKA
CuSn122:10,33 kg
Mašinski fakultetIstočno Sarajevo
45
Naziv
Oznaka
Izv.podaci Zamjena za
ListL
DatumObrad.Stand.Odobr.
St.i. Izmjene Datum Ime
Masa RazmjeraTermička obradaMaterijal
Tolerancija slobodnih mjera Površinska hrapavost Površinska zaštita
N8 N7
0,30 kg 2:1
NOSAČ TERETA
1 5 H 8
14M66
4 0
30
N7
N7
Φ15H8 +0,0270
S235JR
Konus 1:10
Mašinski fakultetIstočno Sarajevo
46
12345678910 Poz.
Kol.
JMNa
zivSta
ndard (
Izabra
ne kar
akteris
tike)
Primje
dba1111111111
Kom.
Kom.
Kom.
Kom.
Kom.
Kom.
Kom.
Kom.
Kom.
Kom.
Zavrtan
j
Navoj
no vre
teno
Klizni
ležaj
Navrtk
a
Ručic
a
Postolj
eNo
sač ter
eta
Granič
nikUv
rtni za
vrtanj
Uvrtni
zavrta
nj
RUČN
A DIZA
LICA S
A
E295
CuSn1
2GJL
-150
S235JR
S235JR
S235JR
M10x1
5 (4.8)
JUS M
.B1.28
0M6
x15 (4.
8)JUS
M.B1
.291
M8x30
lijevi
JUS M
.B1.05
0
CuSn1
4
Mašin
ski fak
ultet
Istočno
Saraje
vo
Naziv
Oznak
a
Izv.po
daci
Zamjen
a za
List
L
Datum
Obrad
.Sta
nd.Od
obr.
St.i.
Izmjen
eDa
tumIme
Masa
Razmje
ra
1
2
3
45
67
8910
Bušiti
u sklo
pu
1:2
A
10
18 17
8.1
10
Detalj
ARaz
mjera:
2:1
SA KL
IZNIM
LEŽIŠ
TEM
47
3.2 Uzdužno opterećene zavrtanjske veze
Spoj poklopca sa cilindrom prikazan na slici 3.5, ostvaren je pomoću 12 elastičnih
zavrtnjeva M20. Potrebno je odrediti:
a. Silu pritezanja u zavrtnju, ako se ploče sabiju 12 μm nakon pritezanja zavrtnja.
Ez=Eb=210000 N/mm2;
b. Moment pritezanja zavrtnja, ako je koeficijent trenja u navojnom paru 0,12, a
koeficijent trenja između navrtke i podloge μ=0,13;
c. Stepen sigurnosti zavrtnja na kraju pritezanja, ako su zavrtnji klase čvrstoće 8.8;
d. Promjenu sile u zavrtnju i pločama ako se pritisak u cilindru mijenja od 0 do 10·105
Pa. Nacrtati deformacioni dijagram u trenutku kada pritisak u cilindru ima
maksimalnu vrijednost;
e. Vrijednost pritiska u cilindru koji dovodi do potpunog rasterećenja ploča.
Slika 3.5. Spoj poklopca sa cilindrom
RJEŠENJE
a. Sila pritezanja u zavrtnju
S obzirom da je ,
p
b b
b
Ftan c sila pritezanja određuje se po obrascu p b bF c , gdje su bc
krutost spojenih dijelova, a b deformacija spojenih dijelova, koje je pozanata i iznosi 12
µm. Krutost spojenih dijelova određuje se u zavisnosti od odnosa spoljašnjeg prečnika
spojenih dijelova AD (u ovom slučaju 45 mm), nazivnog prečnika zavrtnja d i debljine
spojenih dijelova bl .
Debljina spojenih dijelova lb se uzima kao razdaljina od glave zavrtnja do početka navoja u
cilindru, što je u ovom slučaju 50 mm.S obzirom da je 3a A ad D d i 8bl d (oblik glave
zavrtnja cilindričan, da = D = 30 mm), mjerodavna površina za proračun spojenih dijelova
određuje se prema obrascu 24.16 [1]:
2
2 2
21
4 8 5
a b bAb a o
a
d l lDA d D
d a
.
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
48
2
2 2 2
2
45 30 50 5030 22 1 380,52 mm
4 8 30 5 10bA
Krutost spojenih dijelova iznosi:
5380,52 2,1 10 N1598184
50 mm
p b bb
b b
F A Ec
l
.
Sila pritezanja iznosi 1598184·0,012 19178,2 N. p b bF c
b. Moment pritezanja zavrtnja
0,12 7,88
60
2 2
n narctan arctan arctan
cos cos
2 18,376tan 19178,208 tan 2,48 7,88 32,21 Nm
2 2 n n
dT F
3 3 3 3
2 2 2 2
2 2 30 22 26,205 mm
3 3 30 22
s u
s u
d dd
d d
26,205 19178,2·0,13· 32,67 Nm
2 2
µ
dT F
32,21 32,67 64,89 Nm n µT T T
c. Stepen sigurnosti na kraju pritezanja
Stepen sigurnosti protiv plastičnih deformacija zavrtnja na kraju procesa pritezanja određuje
se na osnovu najmanjeg presjeka zavrtnja. Dio stabla zavrtnja bez navoja je prečnika 16 mm i
manji je od prečnika jezgra navoja M20, koji je d3=16,933 mm. Površina najmanjeg presjeka
je 2
216200,96 mm
4minA
. Naponi u stablu zavrtnja na mjestu najmanjeg presjeka su:
3
2 3 3 2
T19178,2 N 32,21 10 N 95,43 , 39,32 200,96 mm 0,2 0,2 16 mm
p n n
min p
F T
A W d.
Za klasu čvrstoće zavrtnja 8.8 napon tečenja iznosi 2640 N/mm T.
Parcijalni i ukupni stepen sigurnosti iznose:
0,7640 0,7 640 6,7; 11,3995,41 39,32
T T TS S
2 2 2 2
6,7 11,39 5,77
6,7 11,39
S SS
S S
d. Promjena sile u zavrtnju i pločama pri promjeni pritiska u cilindru od 0 do 10·105
Pa
Pod dejstvom pritiska na poklopac djeluje sila koja kada se raspodjeljuje na z = 12 zavrtnja i
iznosi 2 2
21 70650 300 ; 5887,5 ; 70650 mm
12 4 4r
p A dF F N A
z
.
Ukupna sila u zavrtnju je Δz p zF F F , gdje je Δ zz r
z b
cF F
c c
povećanje sile u zavrtnju.
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
49
Krutost zavrtnja zc se određuje na osnovu geometrijskih karatkeristika prikazanih na slici 3.5 i
modula elastičnosti po obrascu 24.14 [1]:
1
i
i
z z
l
A
c E
Parcijalne krutosti pojedinih segmenata istog poprečnog presjeka određuju se po obrascu
24.13 [1]:
1 2
1 2
'
'
gi
i g
ll l l l
A A A A A .
gdje se uticaj glave zavrtnja i navojnog spoja uzima se preko dužina ’l i ,gl odnosno površina
'A i .gA
' 0,4 8 mmgl l d
2 2220
314 mm4 4
g
dA
2' 245 mmsA A
dok se 1l i 2 ,l odnosno 1A i 2 ,A određuju sa slike 3.5 i iznose
22 2
1 1 2 2
1640 mm, 200,96 mm 10 mm, 225,2
4, mml A l A
Uticaj dijela navoja van navojnog spoja (dužina 2l ) uzima se za navoj M20 preko poprečnog
presjeka jezgra navoja 2
3 225, ,2 mmA odnosno
2
8 40 10 8 mm 0,30158 314 200,96 225, 2 245 mm
i
i
l
A
5
1 0,301 0,000001436 2,1 10
i
i
z z
l
A
c E
696331,89 N/mmzc
696331,89 Δ 5887,98 1787 N
696331,89 1598220,75
zz r
z b
cF F
c c
Slika 3.6. Defomacioni dijagram
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
50
e. Vrijednost pritiska u cilindru koji dovodi do potpunog rasterećenja ploča
Sa slike 3.6. može se vidjeti da je
pmax
z b z
FF
.
Maksimalna sila po jednom zavrtnju koja dovodi do potpunog rasterećenja ploča određuje se
kao
19178,208
27,538 12 27536 N27,538
p
max z b
z
FF
Pri tome se deformacija zavrtnja z može odrediti na osnovu poznate krutosti zavrtnja i sile
prethodnog pritezanja po obrascu:
19178,649 0,027538 mm 27,538 μm696423,363
p
z
z
F
c
Ukupna sila
27536 12 330,04 kNu maxF F z
Pritisak pri kom dolazi do rasterećenja ploča određuje se po obrascu:
3
2 2
330,04 10 N 4,67 4,67 MPa
300 mm
4
Fp
A
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
51
3.3 Grupne zavrtanjske veze
U okviru grupne zavrtanjske veze, prikazane na slici 3.7, opterećene statičkom silom F =
15000 N, pri čemu su dužine l = 1000 mm, a = 500 mm, b = 1000 mm, potrebno je odrediti:
a. Potreban prečnik zavrtnjeva ako je poznato da se grupna zavrtanjska veza sastoji od
šest zavrtnja klase čvrstoće 5.6, te da je koeficijent trenja na mjestu kontakta μ0 = 0,2.
b. Odrediti stepen sigurnosti na kraju pritezanja.
Slika 3.7. Grupna zavrtanjska veza
RJEŠENJE
a. Potreban prečnik zavrtnja
Radno opterećenje zavrtnjeva
Slika 3.8. Određivanje radnog opterećenja
15000 1000 15000 NmM F l
1 22 1000 2 500M F F
1 22 1 1
500 1
1000 500 1000 2
F FF F F
1 1
12 1000 2 500
2M F F
12500M F
3
1
15000 10 6000 N2500 2500
max
MF F
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
52
15000 2500 N
6s
FF
z
2500 1,5 18750 N
0,2
sb
F SF
S – stepen sigurnosti protiv proklizavanja (S=1,2 -1,8)
Potrebna sila prethodnog pritezanja
p r p bF γ F ξ F 2 6000 2 18750 49500 N
𝛾 = (1,5 − 2) za statičko opterećenje, usvaja se 𝛾 = 2; 𝜉𝑝 = (1,5 − 2) za statičko opterećenje, usvaja se 𝜉𝑝 = 2.
Određivanje prečnika zavrtnja
0,6 0,8 0,7p
p e e
s
FR R
A
Za klasu čvrstoće zavrtnja 5.6 2300 N/mmeR
249500 235,71 mm0,7 0,7 300
p
s
e
FA
R
Iz P.24-1 [2] usvaja se metrički navoj M20.
b. Stepen sigurnosti nakon pritezanja
p
2
s
F 49500 N202,04
A 245 mm
Dimenzije navoja M20: 2
2 3245 mm d 18,376 mm, 16,933 mm, , φ 48 2,sA d .
3001,48
202,04
eRS
3
2
99,245 10 N90,18
1100,5 mm
n
p
T
W
2 18,376 49500 2,48 9,83 99,245 Nm
2 2n p n
dT F tan tan
0,12 0,18
0,12 0,18 za suve i fino obrađene površine (usvaja se 0,15 ). 3 3 30,2 0,2 17,6545 1100,5 mmp sW d
2 3 18,376 16,93317,6545 mm
2 2s
d dd
0,7 0,7 3002,32
90,18
eRS
2 2 2 2
1,48 2,321,25
1,48 2,32
S SS
S S
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
53
4 OPRUGE
4.1 Zavojna ventilska opruga
Proračunati zavojnu ventilsku oprugu za sljedeće uslove:
Sila u sklopnom stanju (montažna sila) F1= 250 N
Radna sila F2 = 430 N
Radni hod opruge (hod ventila) h = 0.02 m
Prečnik opruge D= 50 m
Rješenje:
Prečnik žice:
mi idoz3 2
p a m
8 F DT G d fτ = = τ
W π d π z D
(28.31 [1])
m3
idoz
8 F Dd=
π τ
Iz P28-3 [2] usvaja se žica kvaliteta VD za rad u području trajne dinamičke izdržljivosti.
Iz priloga P28-12 [2] preliminarno može da se usvoji prečnik žice d = 5mm .
Dozvoljeni napon se određuje prema P28-11a [2] i iznosi 2
idozτ =750N/mm .
38 430 50
4.179 mm750
d
, usvaja se d = 5 mm
Broj radnih navojaka:
3 3
m a a
4
8 F D z 8 F w zf= =
G d G d
, 28.30 [1]
4
a 3
m
G d fz
8 F D
2 1- 430 - 250 180 NF F F
20 mmf h
283000 N/mmG za zavojne torzione pritisne opruge P28-1 [2]
4
3
83000 5 205,764
8 180 50az
Usvaja se 6,5az
Ukupan broj navojaka za hladno oblikovane pritisne opruge [1]
2 6,5 2 8,5uk az z
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
54
Provjera dinamičke izdržljivosti:
2 1 2 13
8- -m
kh k k kH
DF F
d
, 28.32 [1]
Odnos motanja
5010
5
mDw
d
Sa dijagrama 28.16 [1] određuje se κ
1,132
1 13
8 mk
DF
d
2
1 3
8 501,132 250 288,261 N/mm
5k
2 23
8 mk
DF
d
2
2 3
8 501,132 430 495,810 N/mm
5k
2
2 1- 495,810-288,261 207,546 N/mmkh k k 2
1 288, 261 N/mmkD k
Iz P28-10v na osnovu kD određuje se kH
2325 N/mmkH
2 2325 N/mm 207,546 N/mmkH kh
Gemetrijske mjere:
Maksimalna deformacija opruge obrazac, 28.30 [1]:
3
2 4
8 m aF D zf
G d
3
2 4
8 430 50 6,553,88 mm
83000 5f
2 1-f f f
1 2 - 53,88- 20 33,88 mmf f f
Dužina potpuno sabijene opruge
BL ukL z d
8,5 5 42,5 mmBLL
Zbirni minimalni zazori između navojaka, 28.28 [1]
a aS x d z
0, 25x ; za 10w
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
55
0,25 5 6,5 8,125aS
Dužina opruge u neopterećenom stanju
0 2 a BLL f S L
0 53,88 8,125 42,5 104,505 mmL
Deformacija potpuno sabijene opruge
2BL af f S
53,88 8,125 62,005 mmBLf
Provjera dozvoljenog napona kod potpuno sabijene opruge:
3
8 BL mBL BLdoz
F D
d
, 28.33 [1]
Iz odnosa
22
2 2
slijedi da jeBL BLBL
BL
F F fF F
f f f
62,005430 494,843 N
53,88BLF
3 2
8 494,843 50 N504,043
5 mmBL
Dozvoljeni napon se određuje na osnovu P28-9 i iznosi 2840 N/mm ,BLdoz pa se može
konstatovati da je 2 2504,043 N/mm 840N/mm .BL BLdoz
Provjera izvijanja opruge:
0 104,5051 2,09;
50m
L
D 2
0
53,880,516
104,505
f
L
1;
Sa dijagrama prikazanog na slici 28.17 [1] može se vidjeti da ne postoji opasnost od izvijanja.
Krutost opruge:
4
2
3
2 8 m a
F G dc
f D z
4307,981 N/mm
53,88c
Dimenzije opruge sa odstupanjima:
Oznaka: Pritisna opruga DIN 2076 5x50x104,5-VD
Dimenzije i odstupanja prema DIN 2095 kvalitet 2, P28-7 i P28-8
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
56
50 0,6 mmmD Srednji prečnik
55 0,8 mmeD Spoljašnji prečnik
0 104,50 2,0 mmL Dužina opruge
Tolerancija dužine za hladno oblikovane pritisne opruge prema DIN 2095 se određuje prema
0 F f
L
a k QA
c
, pri čemu su
26 NFa za 5 mm,d P28.8 [2]
1,05fk za 6,5,az za hladno oblikovane pritisne opruge, P28.8 [2]
1Q za kvalitet 2, P28.8 [2]
0
26 1,05 13,421 mm
7,981LA
1,0 mm za 10DA w
Ugaona odstupanja:
Vrijednosti ugaonih odstupanja se mogu odrediti prema sljedećim obrascima [1]:
1 0
2
0,05 0,05 104,505 5,225 mm
0,03 0,03 55 1,65 mme
e L
e D
Dužina opruge pri opterećenju 2F (radna sila):
2 42,5 8,125 50,625 mmBL aL L S
Dužina opruge u montažnom stanju:
1 2 50,625 20 70,625 mmL L h
Korak navoja:
0 -
uk
L dH
z
104,505-511,706 mm
8,5H
Slika 4.1. Cilindrična zavojna pritisna opruga: radno opterećenje opruga
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
57
58
4.2 Gibanj
Odrediti broj listova, najveće naprezanje, najveći ugib i krutost gibnja za vozilo. Nacrtati oblik gibnja i gibanj u razvijenom obliku.
2l = 1,1 m 2F = 22600 N h = 0,016 m b0 = 0,042 m Materijal 55Si7 (Rm=1300 2N/mm ) a= 30 mm
RJEŠENJE
Proračun gibnjeva se vrši na osnovu dozvoljenog napona na savijanje, jer spada u grupu fleksionih opruga.
Broj listova gibnja:
f fdoz
Prema 28.7 [1] 2
0
6,f
M F l
W b h z
pa je 2
0
6fdoz
F l
b h z
Na osnovu prethodnog obrasca slijedi da je:
20
6
fdoz
F lz
b h
Kod drumskih vozila uzima se 0,5fdoz mR [1].
20,5 1300 650 N/mmfdoz
2
6 11300 5505,34
42 16 650z
Usvaja se:
- Broj listova gibnja z 6 - Broj listova gibnja iste dužine z ' 2
2 2 2 20
6 6 11300 550 N N578,03 650
42 16 6 mm mmf fdoz
F l
b h z
Dužine listova gibnja:
Dužine listova se razlikuju za veličinu a = 25 - 40 mm [1]. Dužina najkraćeg lista, prema obrascu 28.14 [1] iznosi:
-1i
LL a
z
2L l
110030 250 mm
6 -1iL
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
59
Dužine ostalih listova gibnja su 1 2 3 2 4 3, , ,L L L L L L L L L gdje se razlika
između listova L određuje prema
- 1100 - 250212,5 mm
- 2 6 - 2iL L
Lz
1 2L L L
1 2 1100 mmL L
3 2 -L L L
3 1100- 212,5 887,5 mmL
4 3 -L L L
4 887,5- 212,5 675 mmL
5 4 - 675- 212,5 465,5 mmL L L
6 5 - 432,5- 212,5 250 mmL L L
Ugib gibnja:
Ugib na kraju konzole, 28.10 [1] 3
3
34
'2
l Ff
z b h Ez
Širina razvijenog računskog modela, slika 28.5b [1]
0b z b
6 42 252 mmb 3
3
1100 226003 2 2
4 45,472 mm2 252 16 20600026
f
Maksimalni ugib gibnja:
Maksimalni ugib gibnja određuje se na osnovu obrasce 28.11 [1]: 2
max
2 3'3 2
fdozlf
z h Ez
2
max
11002 3 6502
51,133 mm23 16 20600026
f
Krutost gibnja: 11300 N
248,505 45,472 mm
Fc
f
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
60
Slika 4.2. Konstrukciono izvođenje gibnja
Slika 4.3. Razvijeni računski model gibnja
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
61
4.3 Fleksiona opruga
Dimenzionisati zavojnu fleksionu oprugu koja prenosi maksimalnu silu F preko tangentno izvedenih krajeva dužine R i deformacionim uglom φmax. Opruga je pretežno statički opterećena i postavljena na osovinicu prečnika d0.
F = 330 N R = 85 mm d0 = 44 mm φmax= 105° a = 1 mm
RJEŠENJE
Granice u kojim treba da se nalazi prečnik osovinice 0d određuju se prema [1]
0 0,8 0,9 id D
0 48,89 55 mm.0,8 0,9i
dD
Usvaja se 50 mmiD
Moment savijanja opruge
330 85 28050 NmmM F R
Potreban prečnik žice:
Prečnik žice određuje se na osnovu obrasca 28.20 [1]: 3
121-
Md k
k
1 0,24;k za 5 12 mmd
3
2 0,06i
Mk
D
3
2
280500,06 0,0365
50k
3 280500,24 7,568 mm
1-0,0365d
Usvaja se vučena žica za opruge kvaliteta B, P28-5a [2] i prečnika 8 mm.d
Provjera radnog napona:
Provjera radnog napona vrši se prema obrascu 28.17 [1]:
f fdoz
Napon usljed savijanja na unutršnjoj strani presjeka određuje se po obrascu 28.20 [1]:
3
32f
M F R
W d
m iD D dw
d d
Preporučuje se da odnos motanja bude u granicama 4 15w [1].
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
62
50 87, 25
8w
, što je u okviru preporučenih granica.
Faktor napona određuje se sa dijagrama, slika 28.9, [1] i iznosi 1,120 .
3 2
32 330 85 N1,120 625
8 mmf
Dozvoljeni napon na savijanje određuje se sa dijagrama P28-2a [2] i ima vrijednost 2860 N/mmfdoz .
2 2665,180 N/mm 860 N/mmf fdoz , tako da je ispunjen uslov da je f fdoz .
Broj aktivnih navojaka az određuje se prema obrascu 28.18 [1] i iznosi:
am
E Iz
M D
4 448
201,06 mm64 64
dI
50 8 58 mmm iD D d
105 206000 201,0614.850
28050 58 180az
15 navojakaaz
Dužina neopterećene opruge
Dužina neopterećene opruge, kada se navojnice ne dodiruju, određuje se prema obrascu 28.16b [2] i iznosi:
0 15 1 8 8 143 mmk aL z a d d
5814,5
4 48 1 9 mm
mD
d a
Budući da je 9 mm 14,5 mm4
mDd a , potrebna dužina žice za izradu opruge određuje
se po obrascu 28.15a [1] i iznosi 2 58 15 2 85 2903,2 mmm al D z R .
Kontrola unutrašnjeg prečnika opterećene opruge, obrazac 28.21 [1]:
-
2
m ai
a
D zD d
z
58 15- 8 48,89 mm
10515
2 180
iD
048,89 mm 44 mmiD d
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
63
64
5 PRORAČUN I DIMENZIONISANJE VRATILA
Proračunati vratilo prema slici 5.1. U prethodnom proračunu dimenzionisati vratilo u kritičnim presjecima, konstrukciono ga oblikovati, a zatim provjeriti čvrstoću vrtatila. Vratilo oslonjeno preko oslonaca 2 i 4 prima snagu preko cilindričnog zupčanika na mjestu 3, a predaje preko trapeznog kaišnika na mjestu 5 i spojnice na mjestu 1. Materijal vratila je 42CrMo4.
PODACI:
P3 = 82 kW P5 = 40 kW G1 = 240 N G3 = 225 N G5 = 235 N ω = 185 rad/s D3 = 0,36 m D5 = 0,38 m l1 = 0,24 m l2 = 0,24 m l3 = 0,26 m l4 = 0,40 m α = 30˚ β = 45 ˚
Potrebno je nacrtati:
Dijagram momenata; Radionički crtež vratila;
Slika 5.1. Vratilo
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
65
Prethodni proračun vratila
3 1 5
1 3 5
82 40 42 kW
P P P
P P P
Mjerodavni obrtni moment:
P
T
31
1
42 10227,03 Nm
185
PT
33
3
82 10 443,24 Nm
185
PT
35
5
40 10 216,21 Nm
185
PT
Analiza sila na mjestu 3 -sile na zupčaniku z3
α = 30˚
2 t
TF
D
Obmna sila:
33
33
2 2 443,24 10 2462,44 N
360t
TF
D
Radijalna sila:
3 3 20 2462, 44 20 896, 25 Nr tF F tg tg
Ft4
Ft3
Fr3
Fr4
3
4
G3
y
x
Slika 5.2. Sile na zupčaniku 3 i zupčaniku 4
Analiza sila na mjestu 5- sile na kaišniku 5
45
Obimna sila:
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
66
35
5 5
2 2 216,2 10 1 137,9 N
380t
TF
D
Usljed dejstva sila prethodnih pritezanja, koje djeluju u ograncima kaiša dolazi do opterećenja vratila. Veličina opterećenja zavisi od veličine sile prethodnog pritezanja i veličine prenosnog odnosa (obvojnog ugla). Međutim pri uprošćenom načinu proračuna vrijednost opterećenja se računa samo u zavisnosti od veličine obimne sile.
Vrijednost sile Fv, prema obrascu 37.40, približno iznosi 1,5 2 · ·v A tF C F .
gdje je Ft obimna sila, CA - faktor radnih uslova, usvaja se iz P37.4 [1]. Za laki spektar opterećenja, normalni polazni moment pogonske mašine i dnevni rad do 10 h, faktor radnih uslova CA = 1.
Vrijednost sile Fv može se približno izračunati:
5 51,7 1,7 1137,9 1934,4 N V tF F
Fv5Fv5y
Fv5x
G5
β x
y
Slika 5.3. Sile na kaišniku 5
Otpori oslonaca
Vertikalna ravan (y-z ravan)
2 0 M
1 3 3 3 4 5 5240· · · ·240 500· · ·900 0 t r VG G F cos F sin y F sin G
1 3 3 3 5 54
240· · · ·240 · ·900
500
t r VG G F cos F sin F sin G
y
4
240·240 225 2462,44· 30 896,25· 30 ·240 1934,4· 45 235 ·900
500
cos sin siny
4 807,57 y N
4 0M
5 5 3 3 3 2 1 · ·400 · · ·260 500· ·740 0v t rF sin G G F cos F sin y G
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
67
5 5 3 3 3 12
· ·400 · · ·260 ·740
500
v t rF sin G G F cos F sin G
y
240 2720,4 225 2462,44· 30 896,25· 30 807,57 235 1934,4· 45 0 cos sin sin
2 2720,4y N
Provjera:
0yF
1 2 3 3 3 4 5 5 · · · 0 t r vG y G F cos F sin y G F sin
240 2720,4 225 2462,44· 30 896,25· 30 807,57 235 1934,4· 45 0 cos sin sin
Horizontalna ravan (x-z ravan)
2 0M
5 4 3 3900· · 500· · · ·240 0v r tF cos x F cos F sin
5 3 34
900· · · · ·240
500
v r tF cos F cos F sin
x
z
y V - ravan
H - ravan
z
x
3
3
51
1 5
T1
T5T3
Fr3sinα
F 3t cosα
Fv5sinβ
G5
G3
G1 y2 y4
Ft3sinα
Fr3cosα
Fv5cosβ
2 4
2 4
x2 x4
240 mm 240 mm 260 mm 400 mm
Slika 5.4. Šema opterećenja vratila u dvije međusobno upravne ravni, dijagram momenta uvijanja
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
68
4
900·1934,4· 45 896,25· 30 2462,44· 30 ·240
500
cos cos sinx
4 2680,5x N
4 0M
5 3 3 2400· · 260· · · 500· 0v t rF cos F sin F cos x
5 3 32
400· · 260· · ·
500
v t rF cos F sin F cos
x
2
400·1934,4· 45 260· 2462,44· 30 896,25· 30
500
cos sin cosx
2 857,6x N
Provjera:
0xF
2 3 3 4 5 · · · 0 r t vx F cos F sin x F cos
857,63 896,25· 30 2462,44· 30 2680,5 1934,4· 45 0 cos sin cos
Napadni moment savijanja
Vertikalna ravan (y-z ravan) 3
2 1 240 240 Nmm240 57,6 10 57,6 Nm lyM G
33 1 2480 240 240 480 2720, 4 240 537,69 10 537,69 Nmm Nm l
yM G y
34 5 5 400 1934, 4 45 235 40 Nm0 453,1 10 4m N53, m1 d
y rM F sin G sin
Horizontalna ravan (x-z ravan) 3
3 2 240 857,63 240 205,83 10 Nmm 205,83 Nm lxM x
34 5· ·260 1934,4· 45 ·260 355,63 10 Nmm 355,63 Nm d
x rM F cos cos
Ukupni moment savijanja
1 0M
22 57,6 0 57,6 M Nm
2 23 537,69 205,83 575,73 M Nm
2 24 453,1 355,63 576 M Nm
5 0M
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
69
Karakteristike izdržljivosti materijala 42CrMo4, prilog P13-2v:
1100mNR 2
N
mm
900eNR 2
N
mm
1 550f N 2
N
mm
1 330t N 2
N
mm
0 565t N 2
N
mm
Ekvivalentni napadni moment
Prema hipotezi o ekvivalentnom naponu pri složenom naprezanju, ekvivalnetni napadni moment u nekom presjeku Mi iznosi:
2
12
02f
i tt
M M T
1
0
5500,48
2 2 565f
t
2
2121
0
0 0,48 227 1092
f
tt
M M T
Nm
2
212 22
0
57,6 0, 48 227 123,242
f
tt
M M T
Nm
2
212 23
0
575,73 0, 48 443, 24 613,782
f
tt
M M T
Nm
2
212 24
0
576 0, 48 216, 2 585, 272
f
tt
M M T
Nm
2
2125
0
0 0, 48 216, 2 1042
f
tt
M M T
Nm
Dozvoljeni napon
Dozvoljeni napon se određuje prema obrascu [1]:
1Df
fdoz K S
, gdje je
S - stepen sigurnosti vratila (S=2-2,5) [1]
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
70
K - faktor koji uzima u obzir koncentraciju napona i ostale uticaje na dinamičku izdržljivost, tab. 41.2. [1].
Usvaja se S = 2,5, K = 2
550110
2 2,5fdoz 2
N
mm
Dijagrami momenata savijanja, momenta uvijanja, i ekvivalentnog napadnog momenta savijanja
Napadni moment savijanja vertikalna ravan
Napadni moment savijanja horizontalna ravan
Ukupni moment savijanja
Moment uvijanja
Ekvivalentni napadni moment
109 Nm
123,24 Nm
613,78 Nm 585,27 Nm
104 Nm
227 Nm
216,2 Nm
-57,6 Nm
537,69 Nm 451,3 Nm
205,83 Nm
355,63 Nm
57,6 Nm
575,73 Nm 576 Nm
Slika 5.5. Dijagrami momenata savijanja, momenta uvijanja, i ekvivalentnog napadnog momenta
savijanja
Određivanje prečnika vratila
Prečnik vratila određujemo prema obrascu 310 i
doz
Md
[1]:
31 331
10 10 109 1021, 47 mm
110doz
Md
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
71
32 332
10 10 123, 24 1022,37 mm
110doz
Md
33 333
10 10 613,78 1038, 21 mm
110doz
Md
34 334
10 10 585, 27 1037,61 mm
110doz
Md
35 335
10 10 104 1021,14 mm
110doz
Md
Izračunati prečnici odnose se na jezgro vratila, odnosno ne uzima se u obzir promjena oblika vratila u posmatranom presjeku. S obzirom da presjek vratila na mjestima 1,3 i 5 nije kružni već postoji promjena oblika vratila zbog žljeba za klin, to je neophodno ovako izračunati prečnik na tim mjestima povećati za 5-10%. Nakon toga dobijeni prečnici se konstrukciono usvajaju prema standardima i preporukama.
1 37,16d mm Usvaja se d1 = 25 mm
2 22,37d mm Usvaja se d2 = 25 mm
3 38,21 1,1 42,03d mm Usvaja se d3 = 42 mm
4 37,16d mm Usvaja se d4 = 40 mm
5 21,14 1,1 23,25d mm Usvaja se d5 = 25 mm
Kontrola plastičnih deformacija i zamora materijala vratila
Kontrola plastičnih deformacija vratila
Kontrola plastičnih deformacija i kontrola zamora materijala izvodi se na mjestu 3 budući da je opterećenje na tom mjestu najveće. Granica tečenja za čelik 42CrMo4 iznosi ReN = 900 N/mm2. Granica tečenja kod savijanja iznosi σfF = 1,2· ReN · Rt. Granica tečenja kod uvijanja iznosi fF eN t 1, 2·R · R / 3. Faktor Kt se određuje iz P13-18 [2] i za čelike za poboljšanje
iznosi Kt = 0,9, pa je
2fF
2fF
1, 2· 900· 0,9 972 N/mm
1, 2· 900·0,9 / 3 561, 2 N/mm
Ukupni moment savijanja na mjestu 3 iznosi M = 575,73 Nm, a moment uvijanja T = 443,24 Nm. S obzirom da nisu zadata opterećenja pri pokretanju, usvojiće se faktor radnih uslova KA = 1 (za ravnomjeran karakter promjene obrtnog momenta pogonske mašine i ravnomjeran karakter promjene obrtnog momenta radne mašine, P13.11 [2]).
max t
max t
M K · M 0,9 ·575,73 518,157 Nm
T K · T 0,9 ·443,24 398,916 Nm
Aksijalni i polarni otporni moment kružnog poprečnog presjeka, sa jednim žlijebom za klin, mogu se približno odrediti po obrascima [6]:
3
32
d tW
, odnosno
3
16p
d tW
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
72
342 5
4970,3232
W
3mm
342 5
9940,6516pW
3mm
gdje se t = 5 mm usvaja iz P 26.6 [2] za klin bez nagiba (DIN 6885, T1), pa je
3maxM 518,157 10
104, 25 W 4970,32fmax
2
N
mm
3maxT 398,916 10
40,13 9940,65tmax
pW
2
N
mm
Stepen sigurnosti 972
9,32104,25
fFF
fmax
S
561,214
40,13 fF
Ffmax
S
2 2 2 2
9,32 14 7,76
9,32 14F F
F
F F
S SS
S S
Kontrola zamora materijala
Vratilo je opterećeno čisto naizmjenično promjenjivim momentom savijanja i čisto jednosmjerno promjenjivim momentom uvijanja. Amplitudni i srednji naponi iznose:
2 2 2
N N 40,13 N 104, 25 , 0 , 20,065
mm mm 2 2 mmtmax
af maxf mf af mt
Dinamička izdržljivost u odnosu na savijanje
1 1· 0,9·550 495 tDf f NK 2N/mm
Dinamička izdržljivost u odnosu na uvijanje
1 1 · 0,9·330 297tDt t NK 2N/mm
0,9·1100 990 m t mNR K R 2N/mm
Faktor koncentracije napona kod spojeva vratilo - glavčina, P13-22 [2] za savijanje 2, 4k epr
za uvijanje 2, 2k epr
Geometrijski faktor oblika određuje se na osnovu P13.18g [2]
0,97 · 2,4· 2,45
0,95epr
k k epr
K
K
0,98 · 2,2· 2,245
0,96epr
k k epr
K
K
Faktor kvaliteta obrađene površine KO u odnosu na savijanje određuje se prema obrascu [1]:
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
73
9901 0, 22 1 1 0, 22 12,5 1 0,832
20 20m
o z
RK lgR lg lg lg
pri čemu se hrapavost Rz = 12,5 μm usvaja iz P13.17 [2], za obradu osrednje brušenje. Faktor kvaliteta obrađene površine KO u odnosu na uvijanje određuje se prema obrascu:
0,575 0,425 0,575 0,832 0,425 0,9036o oK K
Geometrijski faktor veličine 0,88gK , P13.18 [2].
Faktor ojačanja površinskog sloja 1,1vK - za sve postupke, P13.19 [2].
Faktor konstrukcije KDσ za normalne napone iznosi:
1 1 2, 45 1 11 ; 1 ; 2,71
0,88 0,832 1,1k
D D Dg O v
K K KK K K
Faktor konstrukcije KDτ za tangentne napone iznosi:
1 1 2, 245 1 1 1 ; 1 ; 2, 416
0,88 0,9036 1,1k
D D Dg O v
K K KK K K
Dinamička izdržljivost mašinskog dijela u odnosu na savijanje
1
1 2
550 0,9 N 182,656
2,71 mm
tDf N
D MD
K
K
Dinamička izdržljivost mašinskog dijela u odnosu na uvijanje
1
1 2
330 0,9 N 122,93
2,416 mm
tDt N
D MD
K
K
Zavisnost od srednjeg napona Mσ, za valjani čelik, određuje se prema obrascu:
0,00035· 0,1mM R
0,00035 990 0,1 0,2465M 2N/mm
0,58 0,2465 42 7 0,1 9M f M 2N/mm
pri čemu se faktor fτ za proračun karakteristika izdržljivosti materijala određuje prema prilogu P13-15а [2] i iznosi 0,58f .
Ekvivalentni srednji napon σmv
2 23mv zpm fm m
·mv mvf
2 20 104,25 3 20,065 109,9mv 2N/mm
0,58 109,9 63,74 2mv 2N/mm
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
74
Amplituda dinamičke izdržljivosti
1
1
D M
AMmv
a
M
2
182,656 N145
109,9 mm1 0,2465104,25
1
2
122,93 N84,53
63,74 mm1 0,14297120,065
D M
AMmv
a
M
Amplitudni stepen sigurnosti
145 1,32109,9
AMA
a
S
84,534,21
20,065 AM
Aa
S
Ukupni stepen sigurnosti:
2 2
A A
A
A A
S SS
S S
min2 2
1,32 4,21 1 ,26 1,5
1,32 4,219
AS S
S obzirom da je dobijena vrijednost stepena sigurnosti manja od minimalne preporučene vrijednosti stepena sigurnosti za dinamička naprezanja (S=1,5), potrebno je izvršiti korekcije dimenzija dijela, ili korekcije materijala. U ovom slučaju izvršiće se korekcije dimenzija dijela, pa se prečnik vratila na mjestu 3 povećava sa d = 42 na d = 50 mm, te ponovo vrši provjera stepena sigurnosti. (Prije provjere stepena sigurnosti za prečnik d = 50 mm izvršena je provjera stepena sigurnosti na mjestu 3, za prečnik d = 46 mm. Dobijena je vrijednost stepena sigurnosti manja od 1,5).
Kontrola plastičnih deformacija vratila
S obzirom da je došlo do povećanja prečnika, faktor tK ima drugačiju, nešto nižu vrijednost
u odnosu na prethodno usvojenu, koja iznosi 0,87tK .
2fF
2fF
max t
max t
1, 2· 900· 0,87 939,6 N/mm
1, 2· 900· 0,87 / 3 542, 48 N/mm
M K · M 0,9 ·575,73 518,157 Nm
T K · T 0,9 ·443, 24 398,916 Nm
3
32
d tW
, odnosno
3
16p
d tW
3
350 5,5 8646,88 mm
32W
3
350 ,5517293,77 mm
16pW
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
75
3max
2
M 518,157 10 N59,92
W 8646,88 mmfmax
3max
2
T 398,916 10 N23,06
17293,77 mmtmaxpW
939,6 15,68
59,92 fF
Ffmax
S
542,4823,52
23,06 fF
Ffmax
S
2 2 2 2
15,68 23,52 13,04
15,68 23,52F F
F
F F
S SS
S S
Kontrola zamora materijala
Amplitudni i srednji naponi
2 2 2
N N 23,06 N 59,92 , 0 , 11,53
mm mm 2 2 mmtmax
af maxf mf af mt
21 1
21 1
2
· 0,87·550 478,5 N/mm
· 0,87·330 287,1 N/mm
0,87·1100 957 N/mm
tDf f N
tDt t N
m t mN
K
K
R K R
Faktor koncentracije napona kod spojeva vratilo - glavčina
za savijanje βkσepr = 2,35 za uvijanje βkτepr = 2,15
Geometrijski faktor oblika usvaja se iz P13.18g [2]: 0,97
· 2,35· 2,3740,96
0,98 · 2,15· 2, 218
0,95
eprk k epr
eprk k epr
K
K
K
K
9571 0, 22 1 1 0, 22 12,5 1 0,836
20 20m
o z
RK lgR lg lg lg
0,575 0,425 0,575 0,836 0,425 0,906o oK K
0,87gK
1vK
1 1 2,374 1 11 ; 1 ; 2,66
0,87 0,836 1,1k
D D Dg O v
K K KK K K
45
1
1 2
478,5 0,87 N 156,5
2,66 mm
tDf N
D MD
K
K
1
1 2
287,1 0,87 N 103,64
2, 41 mm
tDt N
D MD
K
K
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
76
20,00035 957 0,1 0, 235 N/mmM 20,58 0, 2388 0,137 N/ mmM f M
2 23mv zpm fm m
·mv mvf
2 2 20 59,92 3 11,53 63,16 N/mmmv 20,58 ·80,75 36,63 N/mmmv
Amplituda dinamičke izdržljivosti
1
2
156,5 N125,43
63,16 mm1 0,235159,92
D M
AMmv
a
M
1
2
103,64 N72, 21
36,63 mm1 0,137111,53
D M
AMmv
a
M
Dinamički stepen sigurnosti
125, 431,98;
63,16 AM
Aa
S
72,216,26
11,53 AM
Aa
S
Ukupni stepen sigurnosti
2 2
A A
A
A A
S SS
S S
min2 2
1,98 6,26 1 ,88 1,5
1,98 6,26
AS S
Amplitudni stepen sigurnosti je veći od minimalno potrebnog amplitudnog stepena sigurnosti.
Mašinski fakultet Istočno Sarajevo
77
St. i.
Izmjen
eDa
tumIme
Datum
Obrad
.
Stand.
Odobr
.Ma
šinski
fakulte
tIsto
čno Sa
rajevo
Izv. po
daci
Zamjen
a za
Naziv
Oznak
aLis
t
L
Masa
Razmje
ra
Površin
ska za
štita
Termič
ka obr
ada
Materi
jal
Tolera
ncija s
lobodn
ih mjera
Površin
ska za
štita
1:110,
88 kg
VRAT
ILO
E295
280.5
50+0
.25
8
5
25k6
38
2R
50
55
2 R
330
470
6039
8.541
8.544
1.572
012
00
25k6
2.5 R
32
50+0
.25
5
3640k6
145
1.545
50+0
.25
5
50n6
1.545
1.545
N5
N5
8P9-0,0
15-0,0
5114P
9+0,
018-0.0
61Φ4
0k6+0,
018+0,
002Φ2
5k6+0,
015+0,
002Φ5
0n60,0
39 0,02
N8
N5
GH
0,02
GH
SRPS M.A5.210
SRPS M.A5.210
EE
E-E Razmje
ra 1:1
N5
N5B B
D D
C C
GH
FA
8P9
25k6
4+0.2
Presjek
B-B
1:1
B
0,02
B0,0
7B
8P94+0.2
25k6
D-D Razmje
ra 1:1
D
0,02
D0,0
7D
50n6
14P95.5
+0.2
C-C Razmje
ra 1:1
C
0,02
C0,0
8C
1R
0.545
Detalj
GRaz
mjera 5
:1
2
1 R
3
Detalj
HRaz
mjera
2:1
2.5
1 5
0 . 6R
0.6 R
0.3
Detalj
FRaz
mjera 1
0:1
0 . 6R0 . 6R2.5
0.215
Detalj
ARaz
mjera 5
:1
4
34
78