Ć 4

Podstawy projektowania części maszyn

Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Projekt podnośnika ramowego

Złożenia projektowe: L = 4 m, Q = 2t 3 1 2 4 5 6 7

2

1 2 3 4 5 6 7 – belka wspornikowa – śruba – nakrętka – poprzeczka – widełki – sworzeń – wieszak

Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Obliczenia belki (1)

Zginanie płaskie

: wszystkie siły zewnętrzne czynne (obciążenia) i bierne (reakcje) leżą w jednej wspólnej płaszczyźnie przechodzącej przez oś belki.

Do wyznaczania sił wewnętrznych wykorzystuje się metodę myślowych przekrojów.

Przy stałym przekroju belki miejscami, w których należy dokonać myślowych przekrojów, są punkty przyłożenia sił zewnętrznych – czynnych i biernych. W zginaniu występują dwie siły wewnętrzne –

siła poprzeczna T (tnąca)

w płaszczyźnie obciążenia XY oraz

moment zginający M

, którego wektor jest prostopadły do płaszczyzny XY. Maksymalne wartości tych sił wskazują na przekroje najbardziej obciążone. Gdy belka zgina się „wypukłością w dół” – mamy dodatni układ siły wewnętrzne, a gdy „wypukłością w górę” – ujemny.

3 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Obliczenia belki na zginanie (1)

1. Wyznaczyć reakcje w podporach T + M g + M max = FL/4

4 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Obliczenia belki na zginanie (1)

2.

Wyznaczyć przekrój belki

W obliczeniach konstrukcyjnych stosuje się zasadę, że rzeczywiste naprężenia muszą być mniejsze, a co najwyżej równe naprężeniom dopuszczalnym.

kg – dopuszczalne naprężenia zginające, Wz,x – wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie 5

Wx = bh 2 /6

0.89/0.71

bh 2 /24



d 3 /32

1 

(D 4 -d 4 )/32D (BH 3 -bh 3 )/6H

0.27

Przyjąć materiał belki stal St3S, a następnie na podstawie wskaźnika wytrzymałości przekroju na zginanie, dobrać odpowiednią belkę z katalogu

(np.

podwójną belkę z ceownika)

, tak aby był spełniony warunek W x obliczeniowe < W x rzeczywiste

Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Obliczenia śruby (2)

Ciężar, który zostanie podwieszony, wynosi F = 20 kN. Zadanie polega na

pola powierzchni

zawieszony , a pośrednio

średnicy rdzenia śruby

, na ciężar F z ogólnego warunku na rozciąganie.

obliczeniu

której zostanie

1.

Przyjąć rodzaj materiału śruby i odczytać z tablic jego parametry

(np. St5).

S



….

2.

Wyznaczyć średnicę pręta

ze wzoru na pole koła.

d



….

3.

Dobrać z tablic śrubę o średnicy rdzenia d

3



d obliczeniowe M

….

6 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Obliczenia nakrętki (3)

Połączenia gwintowe narażone są na naciski i na ścinanie. Stwierdzono, ze jeśli połączenie spełnia warunek wytrzymałościowy na naciski, to tym bardziej spełnia warunek na ścinanie.

1.

Obliczyć długość gwintu z warunku na nacisk powierzchniowy pomiędzy zwojami gwintu śruby i nakrętki

.

N



….

P dop

- dopuszczalny nacisk na powierzchni roboczej gwintu,

P

– skok gwintu,

d

średnica nominalna gwintu,

D o

-

z

średnica otworu w nakrętce, krotność gwintu nakrętki

Na nakrętkę przyjąć stal St3S 2.

Sprawdzić, czy długość gwintu dobranej zgodnie z PN-85/M-82144 nakrętki wytrzyma zadane obciążenie

P dop



P obliczeniowe

7 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Obliczenia poprzeczki (4)

1.

Wyznaczyć wartości momentów gnących

Długość poprzeczki ramy przyjąć 100 mm. Analizę prowadzić podobnie jak w przypadku wcześniejszym, wyznaczając moment zginający.

M max = FL/4 2.

Wyznaczyć przekrój belki

Przyjąć stal St3S

W x



….

3.

Dobrać belkę z o przekroju prostokątnym (h x b), powiększając jej przekrój o otwór wykonany pod śrubę (2).

h, b



….

8 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Obliczenia widełek (5)

Widełki boczne należy wykonać z blachy, a następnie przyspawać do poprzeczki.

1.

Przyjąć rodzaj materiału widełek (stali 18G2) i ich wymiary poprzeczne.

Wstępnie można założyć, że szerokość przyjąć jako 10 mm.

B

powinna wynikać z szerokości belki (4), a grubość

l 2

2.

Obliczyć spoiny czołowej dla połączenia widełek z poprzeczką

Spoina jest rozciągana jednoosiowo

k

r

' = z

0



z



k

r B

3.

Przyjąć

z 0

= 0.45,

z

= 0.9

l 2

Pole powierzchni spoiny

A

s

= 2



l

2



B

Sprawdzić, czy dla przyjętych wymiarów, spełniony jest warunek



r



k r '

Sprawdzić wymiary widełek z warunku na rozciąganie

Ponieważ na jedno ramię widełek działa połowa siły F

d

9 Pole przekroju rozciąganego

S = (B - d)



l

2 B



….

Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Obliczenia sworznia (6)

Sworznie zgodnie z narażone są na ścinanie technologiczne, ich obliczenia przeprowadza się zasadą, że rzeczywiste styczne naprężenia ścinające muszą być mniejsze, a co najwyżej równe dopuszczalnym naprężeniom ścinającym:

1.

Wyznaczyć średnicę sworznia

Przyjąć wstępnie, że grubość blach wynosi Warunek

l 2

= 10 mm.

wytrzymałościowy sworznia na zginanie

Obliczyć szerokość tulei l

3

Przyjąć rodzaj materiału sworznia i wyznaczyć jego średnicę.

Sprawdzić wytrzymałość sworznia na zginanie



g



k g

Sprawdzić sworzeń na nacisk powierzchniowy

l 2 l c l 3 l 2

2.

Obliczyć długość sworznia l

c

Luz poosiowy - 0.5 mm, odległość otworu zawleczki od końca sworznia - 5 mm.

10 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Obliczenia wieszaka (7)

Wieszak należy wykonać z blachy, nasunąć na tuleję widełek i przyspawać.

Przyjmujemy, że będzie on wykonane z płaskownika ze stali 18G2. Jego wymiary ustalamy z warunku na rozrywanie

1.

Wyznaczyć pole przekroju widełek

Przyjąć, że grubość wieszaka

l

= 10 mm i otwór

d

= 10 mm.

2.

Wyznaczyć szerokość wieszaka w części dolnej i górnej (B

1

i B

2

).

B

3.

Wyznaczyć długość i pozostałe parametry wieszaka.

11 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Znak stali R e MPa St2S St3S St3V St4S St5 St6 St7 10 15 20 25 30 35 40 45 55 60 65 210 230 220 250 290 330 360 205 225 245-295 275-305 295-335 315-365 335-390 355-410 380-460 400-490 410 15H 15HGM 15HN 18H2N2 490 785 835 835 30G2 35SG 30H 12 40H 50H 540 685 735 785 930 R Własności wytrzymałościowe m MPa 340-420 280-470 370-450 420-520 500-620 600-720 700-850 A5 % Stale niestopowe zwykłej jakości 30 25 25 23 19 13 10 Stale niestopowe wyższej jakości Naprężenia dopuszczalne [MPa] rozciągające k r zginające skręcając e k g k s 115 125 150 165 180 200 126 135 145 162 175 194 70 75 81 90 98 108 ścinające k t 65 67 75 87 88 97 Naciski [MPa] P dop 85 90 97 109 116 130 335 375 410-640 450-630 490-690 530-730 99 108 117 131 118 130 140 164 66 75 78 92 59 65 70 78 89 97 105 128 172 205 115 103 155 570-760 600-800 195 230 128 118 175 650-880 220 260 145 132 200 690-930 700 233 280 157 140 210 690 930 980 Stale stopowe konstrukcyjne do ulepszania cieplnego 233 330 340 430 256 360 375 475 150 205 210 266 140 200 205 260 190 285 275 345 1230-1470 785 880 880 980 1080 k r = 1.3 k rj = 2.2 k rc k g = 1.8 k gj = 3.2 k gc k s = 1.6 k sj = 3.1 k sc 260 325 285 355 160 200 156 195 210 260 325 355 200 195 260 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 340 375 210 200 275 360 k t = 2 k tj = 3.6 k tc P = 1.7 P j 395 = 3.4 P u 220 215 290

13 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

14 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT