34
VELEUČILIŠTE U KARLOVCU Stručni studij strojarstva ELEMENTI STROJEVA I Proračun oslonca u zavarenoj izvedbi s uprešanom čahurom Kristijan Jurčević Strojarstvo

Elementi strojeva

  • Upload
    sebas7

  • View
    140

  • Download
    9

Embed Size (px)

DESCRIPTION

el.stojeva

Citation preview

ZADANO:

VELEUILITE U KARLOVCUStruni studij strojarstva

ELEMENTI STROJEVA I

Proraun oslonca u zavarenoj izvedbi s upreanom ahurom

Kristijan JureviStrojarstvo0110612057

Karlovac, travanj 2014.

LIST 15

Zadatak:Proraunati i konstruirati oslonac izveden i optereen prema slici 1 i slici 2.

Oslonac P1-P5 je optereen statikom vertikalnom silom Fv i istosmjernom promjenjivom udarnom silom F pod kutem s faktorom udara =1,2 prema detalju D. O uvjetima eksploatacije (podruje broja promjena i spektra optereenja) odreena je pogonska grupa B.Konstrukcija oslonca sastoji se iz leajne ahure P1 upreane u glavinu oslonca P2 koja je zavarena zavarom debljine a2 na nosae P3. Nosai su izvedeni iz pravokutnih cijevi te zavareni zavarom debljine a1 na temeljnu plou P5.Cijela konstrukcija je preko temeljne ploe P5 privrena s 4 vijka P4 za podlogu.Pomou alata za upreavanje P6-P16 potrebno je upreati leajnu ahuru P1 u glavinu P2. Alat za upreavanje sastoji se od normalnog dvovojnog trapeznog vretena P12 s glavom za upreavanje P16, poluge za okretanje P6 te tri zahvatna kraka P11 koji su preko svornjaka P10 povezani na kuite P9. U kuite P9 upreana je matica P7 te osigurana s zatinim vijkom P8. U glavi za upreavanje P15 nalazi se kuglasti oslonac P14 na kojem je oslonjeno navojno vreteno P12 koje je osigurano ploom P13 i zatinim vijkom P15 protiv ispadanja i okretanja. Materijal nosive konstrukcije oslonca: S235JR / S355JRMaterijal leajne ahure P1 i matice trapeznog vretena P7: P.CuSn12Materijal trapeznog vretena P12: E295 / E335Materijal svornjaka P10: E295Materijal kuita P9 i krakova P11: GE200

duH11 [mm]110

d [mm]130

Dv [mm]190

l [mm]180

Fv [N]7000

F [N]50000

[]30

L [mm]500

[mm]25

1 [mm]10

a2 [mm]6

a1 [mm]6

PGB2

KZII

PG Pogonska grupa ; KZ kvaliteta zavara Potrebno je:1. Proraunati i dimenzionirati stezni spoj leajne ahure P1 i glavine P22. Izvriti kontrolu naprezanja zavara u presjeku B-B3. Proraunati potrebni promjer vijaka P4 za privrivanje temeljne ploe za podlogu4. Dimenzionirati trapezno vreteno za ispreavanje P12, te kontrola pritiska u matici P75. Odrediti duljinu poluge P6 za okretanje ako je runa sila Fr150NM6. Dimenzionirati svornjak P10 prikazan na detalju C7. Izraditi sklopne i radionike crtee

1. DIMENZIONIRANJE DOSJEDA STEZNOG SPOJA

FTFTpFv Slika 1. Stezni spoj

- ravnotea u steznom spoju

- faktor trenja prianjanja

- sigurnost steznog spoja 1.1 Minimalni pritisak u spoju Pmin=1.714 N/mm2

1.2 Potreban minimalni preklop

Pst,min =35.02m

Kv=1.4610-5 mm2/N

Ku=7.5110-5 mm2/N

- gubitak prijeklopa zbog uglaavanja P=15.04 m

- Poissonov koeficijent za elik

- Poissonov koeficijent za broncu

- omjer promjera glavine Qv=0.684

- omjer promjera ahure Qu=0.846

Ovisno o minimalnom preklopu potrebno je odabir dosjeda 50.06 m 59 m Slika 2. Dijagram dosjeda1.3 Maksimalni tlak u spoju Pmax=12.603 N/mm2

1.4 Naprezanja u steznim dijelovimaU leajnoj ahuri najvee naprezanje je na unutarnjoj strani i iznosi:

u,max=88.66N/mm288.6693.33 UVJET ZADOVOLJEN

- traena sigurnost prema plastinom naprezanju u ahuriNaprezanje u glavini:

v,max=47.37N/mm247.37160 UVJET ZADOVOLJEN

- traena sigurnost prema plastinom naprezanju u glaviniUkoliko naprezanje prelazi doputene granice potrebno je odabrati dosjed s manjim maksimalnim prijeklopom ili poveati debljinu leajne ahure odnosno glavine.

1.5. Tolerancija unutarnjeg promjera ahure duH11Izrauje li se unutranji promjer ahure prije upreavanja potrebno je izraunati deformaciju promjera provrta kao posljedicu upreavanja u glavinu. Na osnovu deformacija potrebno je provrt izraditi u tolerancijskom polju koje se nalazi iznad nul-linije.

mEdpduuu32u10)Q-(12

Minimalna defromacija:

Maksimalna deformacija:

Odabir potrebnog toleranciskog polja:

- donje odstupanje EI=114.74m

- gornje odstupanje ES=235.6m

- tolerancija provrta Tp=120.86m

Slika 3. Dijagram deformacije unutranjeg promjera ahure H11Ukoliko se izrauje manji broj komada jednostavnije je ostaviti dodatak za obradu te provrt na konanu mjeru obraditi nakon upreavanja u glavinu.

Nije mogue odabrati potrebno tolerancijsko polje.Unutarnji promjer ahure izvodi se sa dodatkom za obradu.

2. KONTROLA NAPREZANJA U ZAVARU2.1. Istosmjerno promjenjivo optereenje silom

Slika 4. Slika optereenja zavaraHorizontalna sila u smjeru x-osi

NFFx sin,

F,x=30000 NHorizontalna sila u smjeru z-osi

NFFzcos,

F,z=51961.52 N

U presjeku B-B zavar je optereen na:- savijanje(sile i )- vlak(sila )- smik(sile i )2.2 Momenti savijanja

Mf1=3325 Nm

Mf2=14250 Nm

Iz skice,

Odabirem standardni profil cijevi 120x80x10-Kraut(2009.god.,str.577)

2.3. Naprezanja zavara u presjeku B-BSavojno naprezanje zavara oko osi x:

fzav1=17.95 N/mm2

- moment otpora

- moment tromosti

- najvea udaljenost presjeka od promatrane osi

Savojno naprezanje zavara oko osi y:

fzav2=45.51N/mm2

- moment otpora

-moment tromosti

-najvea udaljenost presjeka od promatrane osi

Vlano naprezanje zavara:

v,zav=20.42 N/mm2

- povrina zavara

Smino naprezanje zavara:Prema tehnikim propisima uzima se da je smino naprezanje jednoliko rasporeeno po presjeku zavara i da ga preuzimaju samo zavari paralelni sa smjerom djelovanja smine sile (srednje naprezanje).Radi djelovanja komponente sile :

Iizav1=13.58 N/mm2 - povrina zavara

Radi djelovanja sile na leaju : Iizav2=2.21 N/mm2 - povrina zavara

2.4. Ukupna naprezanjaPotrebno je nacrtati prostornu shemu naprezanja te na osnovu nje odrediti u kojim tokama su najnepovoljnija naprezanja zavara.Normalno naprezanje u toki (+):

zav(+)=83.88 N/mm2

Normalno naprezanje u toki (-):

zav(-)=-43.04 N/mm2

Prema slici u tokama B i D javljaju se najvea tlana, odnosno vlana naprezanja!Tangencijalno naprezanje (Smik): Iizav=13.76 N/mm2

Reducirano naprezanje: red1=18.35 N/mm2

red2=87.20 N/mm2

2.6. Doputeno naprezanjeDoputeno naprezanje za r=-1:Za materijal 0361 pogonsku grupu B2 i sluaj zareznog djelovanja K4 iz tablice 1:

Tablica 1.

Tablica 2.

Odnos graninih naprezanja:

- apsolutno najmanje naprezanje

- apsolutno najvee naprezanje

Doputeno naprezanje zavara za stvarni r:Potrebno je izraunati doputeno naprezanje za promatrani sluaj dinamikog istosmjernog promjenljivog naprezanja koje je definirano preko izraunatog odnosa r. Formulu za izraunavanje doputenog naprezanja odabrati iz tablice 3, a pri tome voditi rauna u kojem se podruju djelovanja nalazi maksimalno naprezanje zavara (vlak ili tlak).

Tablica 3.

U sluaju da nije ostvaren uvijet potrebno je poveati presjek zavara ili odabrati kvalitetniji osnovni materijal.

ISTOSMJERNO PODRUJE NAPREZANJA VLAK:

TLAK:

3. PRORAUN VIJAKAPrema dimenzijama nosaa odabiru se dimenzije temeljne ploe.

Slika 5. Optereenje spojnih vijaka3.1 Sile u vijcimaSmatrajui da je temeljna ploa znatno krua od vijka moe se pretpostaviti da normalna sila Fn izmeu podloge i temeljne ploe djeluje na rubu temeljne ploe.Radna sila u vijku (1) moe se napisati:

- radna sila u vijku Fr,1=41231.12 N

- sila u vijku zbog djelovanja sile

- sila u vijku zbog djelovanja sile

- sila u vijku zbog djelovanja sile

Iz uvjeta ravnotee:

Iz uvjeta da je temeljna ploa znatno krua od vijka proizlazi:

Uvrtavanjem prethodnih jednadbi u uvjet ravnotee dobivaju se izrazi za izraunavanje radne sile u vijcima (1):

N-broj vijaka

Zbog sile pritezanja maksimalna sila u vijku je:

Fmax=107200.91 N

- sila pritezanja Fpr=82462.24 N

3.2 Doputeno naprezanje vijaka

- granica teenja materijala vijka

3.3 Potreban presjek jezgre vijaka

Aj=239.28 N/mm2

Odabirem standardni vei vijak M24 (Decker, str.85)

d(mm)P(mm)d2(mm)d3(mm)Rd/RAj(mm2)

24322.05120.3190.43356324

3.4 Provjera sigurnosti spoja:

- ekvivalentno naprezanje

- granica teenja materijala vijka

- maksimalno naprezanje u vijku

- torzijsko naprezanje u presjeku vijka

- momnet torzije na navoju vijka

- polarni moment otpora jezgre vijka

- kut uspona navoja

- reducirani kut trenja

- srednji promjer navoja

- promjer jezgre navoja

- uspon navoja

- faktor trenja izmeu vijka i matice

- polovica vrnog kuta navoja

- sigurnost protiv razdvajanja spojenih dijelova

- sila brtvljenje meu spojnim dijelovima

4. Dimenzioniranje trapeznog vretena za ispreavanje

Slika 6. Optereenje vretenaDimenzioniranje vretena vri se obzirom na izvijanje. Zadana tlana sila mora biti manja od kritine sile uz stupanj sigurnosti protiv izvijanja:

- kritina sila izvijanja

- ravnotea spoja

- sigurnost protiv izvijanja (pretpostavka)

- presjek jezgre dosjeda

-maksimalni tlak u spoju (dosjedu) pmax,D=13.89 N/mm2

- faktor trenja prianjanja

- iz toke 1.2

- promjer dosjedaNe poznavajui vitkost vretena pretpostavlja se elastino izvijanje za koje se kritina sila pri kojoj dolazi do izvijanja rauna po Eulerovoj jednadbi.

- najmanji aksijalni moment tromosti

- slobodna duljina izvijanja

- modul elastinosti za vreteno

- duina vretena lvr=500 mm

- promjer jezgre vretena

Uvrtavanjem jednadbi u predhodni izraz te njegovim sreivanjem dobiva se potrebni promjer jezgre vretena obzirom na izvijanje:

d3=35.74 mm

Prema d3 iz B.Kraut: Strojarski prirunik odabire se najblii normalni dvovojni trapezni navoj (obino prva vea dimenzija):Prema tablici 13,B.Kraut,str.687,izdanje 2009. odabirem Tr 40x6(3)Tr40x6 ( zbog toga to se radi o dvovojnom navoju)

P(mm)d(mm)d2=D2(mm)d3(mm)D1(mm)D4(mm)A(mm2)

34038.536.53740.51046

4.1. Kontrole naprezanjaVreteno je izloeno sloenom naprezanju (normalno i tangencijalno),potrebno je izvriti njegovu kontrolu. Ekvivalentno naprezanje mora biti manje od dozvoljenog normalnog naprezanja.

red=20.223 N/mm2

Tlano naprezanje u vretenu:

vr=17.63 N/mm2Torzijsko naprezanje:

t,vr=5.721 N/mm2

- torzijski moment navoja vretena Tvr=54624.78 Nmm

- kut uspona navoja

- reducirani kut trenja

- srednji promjer navoja

- promjer jezgre navoja

- uspon navoja

- faktor trenja izmeu vijka i matice

- polovica vrnog kuta navoja

Navoj vretena mora biti samokoan, da bi to bilo ispunjeno mora kut uspona navojavretena biti manji od reduciranog kuta trenja u navoju:

- polarni moment otpora Wp=9547.913 mm3

Reducirano naprezanje:

- doputeno naprezanje dop,vr =90 N/mm2

- istosmjerno promjenjiva trajna vrstoa(oitava se iz Smit-ovog dijagrama)

- potrebna sigurnost4.2 Kontrola na izvijanje vretenaFaktor vitkosti za vreteno krunog presjeka:

- polumjer tromosti i=9.12

Aj=1046.35 mmNakon uvrtavanja i sreivanja, dobiva se:

=109.58 > o (109.58>105)raunam naprezanje prema Euleru

Vitkost predstavlja granicu izmeu elastinog i neelastinog izvijanja, ovisi omaterijalu i iznosi:

za S235JR i S275JR

za E295 i E335

Za sluaj > postoji elastino izvijanje i u tom sluaju se kritino naprezanjerauna prema Euleru:

K=172.606 N/mm2Sigurnost prema izvijanju:

Sk=9.79

Ako je o < izvijanje je neelastino, pa se kritino naprezanje rauna premaeksperimentalnim Tetmajerovim izrazima:

za S235JR ili S275JR

za E295 ili E335 Sigurnost prema izvijanju:

4.3 Kontrola dodirnog pritiska u matici

Radi kontroliranog troenja navoja matice povrinski pritisak medu navojima mora biti u dozvoljenim granicama.

- koeficijent ne ravnomjernog rasporeda povrinskog pritiska po Navojima

- nosiva visina matice

- nosiva dubina navoja

- doputeni dodirni pritisak (Decker: E. strojeva, 1975., str. 108)

Uz poznat navoj i doputeni povrinski pritisak moe se odrediti najmanja potrebna visina matice m.

m=79.26 mm

5. Potrebna duljina ruice za pokretanje trapeznog vretenaDuljina poluge za okretanje vretena odreuje se iz uvjeta ravnotee dvaju momeneta, momenta na vretenu i momenta na ruici s time da runa sila na ruici ne prelazi 150N:

Slika 7. Ruica za okretanje vretena

LR=300 mm

- torzijski moment navoja vretena

- duina ruice

- runa sila na ruici

,mogue i uzeti veu vrijednost, uzimam FR=200 N

6. PRORAUN SVORNJAKASila koja se javlja na vretenu P12 prenosi se preko matice P7 i kuita P9 na svornjak P10 i zahvatne krakove P11.

Sliak 8. SvornjakSila u zahvatnom kraku:

- sila u kraku P11 Fzk=6240.31 N

- sila u vretenu/ sila upreavanja

- kut izmeu kraka i kuitaOdabirem standardni promjer svornjaka d=10mmPritisci u svornjaku:

pv,sv=52 N/mm2

pu,sv=34.67 N/mm2

Poto dozvoljeni pritisci ne mogu biti ostvareni ovim materijalom, odabirem kvalitetniji materijal ( SL).Dozvoljeni pritisak je sada 32 N/mm2, da bi to bilozadovoljeno potrebno je poveati promjer svornjaka sa 10 mm na 18 mm.

Pritisci u svornjaku:

pv,sv=28.89 N/mm2

pu,sv=19.26 N/mm2

Naprezanje na savijanje:

f,sv=16.05 N/mm2

Naprezanje na smik:

sv=12.26 N/mm2