VELEUČILIŠTE U KARLOVCU

Stručni studij strojarstva

ELEMENTI STROJEVA I

Proračun Oslonca u zavarenoj izvedbi s uprešanom čakurom

Jurica GregurovićStrojarstvo0116013113

Karlovac, travanj 2023.

LIST 4

Zadatak:Proračunati i konstruirati oslonac izveden i opterećen prema slici 1 i slici 2.

Oslonac P1-P5 je opterećen statičkom vertikalnom silom Fv i istosmjerna promjenjiva udarna sila Fα

pod kutem α s faktorom udara φ=1,2 prema detalju D. O uvjetima eksploatacije (područje broja promjena i spektra opterećenja) određena je pogonska grupa B.

Konstrukcija oslonca sastoji se iz ležajne čahure P1 uprešane u glavinu oslonca P2 koja je zavarena zavarom debljine a2 na nosače P3. Nosači su izvedeni iz pravokutnih cijevi te zavareni zavarom debljine a1 na temeljnu ploču P5.Cijela konstrukcija je preko temeljne ploče P5 pričvršćena s 4 vijka P4 za podlogu.

Pomoću Alata za uprešavanje P6-P16 potrebno je uprešati ležajnu čahuru P1 u glavinu P2. Alat za uprešavanje sastoji se od normalnog dvovojnog trapeznog vretena P12 s glavom za uprešavanje P16, poluge za okretanje P6 te tri zahvatna kraka P11 koji su preko svornjaka P10 povezani na kučište P9. U kučište P9 uprešana je matica P7 te osigurana s zatičnim vijkom P8. U glavi za uprešavanja P15 nalazi se kuglasti oslonac P14 na kojem je oslonjeno navojno vreteno P12 koje je osigurano pločom P13 i zatičnim vijkom P15 protiv ispadanja i okretanja.

Materijal nosive konstrukcije oslonca: S235JR / S355JRMaterijal ležajne čahure P1 i matice trapeznog vretena P7: P.CuSn12Materijal trapeznog vretena P12: E295 / E335Materijal svornjaka P10: E295Materijal kučišta P9 i krakova P11: GE200

duH11 [mm] 95d [mm] 120Dv [mm] 150l [mm] 200Fv [N] 5800Fα [N] 50000α [°] 25L [mm] 450δ [mm] 20δ1 [mm] 8a2 [mm] 5a1 [mm] 5PG B5KZ I

PG – Pogonska grupa ; KZ – kvaliteta zavara

Potrebno je:1. Proračunati i dimenzionirati stezni spoj ležajne čahure P1 i glavine P22. Izvršiti kontrolu naprezanja zavara u presjeku B-B3. Proračunati potrebni promjer vijaka P4 za pričvršćivanje temeljne ploče za podlogu4. Dimenzionirati trapezno vreteno za isprešavanje P12, te kontrola pritiska u matici P75. Odrediti duljinu poluge P6 za okretanje ako je ručna sila Fr150NM6. Dimenzijonirati svornjak P10 prikazan na detalju C7. Izraditi sklopne i radioničke crteže

LIST 4

1. DIMENZIONIRANJE DOSJEDA STEZNOG SPOJA

Slika 1. Stezni spoj

- ravnoteža u steznom spoju

- faktor trenja prianjanja - sigurnost steznog spoja

1.1 Minimalni pritisak u spoju

1.2 Potreban minimalni preklop

- gubitak prijeklopa zbog uglačavanja

- Poissonov koeficijent za čelik

- Poissonov koeficijent za broncu

- omjer promjera glavine

- omjer promjera čahure

LIST 5

Ovisno o minimalnom preklopu potrebno je odabir dosjeda

Odabirem dosjed ø120 H7/u6

Psmax(ISO) = 166

Psmin(ISO)=109

Tp=35

To=22

Pstmin=7.61

Pstmax=168.505

Slika 2. Dijagram dosjeda

1.3 Maksimalni tlak u spoju

1.4 Naprezanja u steznim dijelovima

U ležajnoj čahuri najveće naprezanje je na unutarnjoj strani i iznosi:

- tražena sigurnost prema plastičnom naprezanju u čahuri

Naprezanje u glavini:

- tražena sigurnost prema plastičnom naprezanju u glavini

Ukoliko naprezanje prelazi dopuštene granice potrebno je odabrati dosjed s manjim maksimalnim prijeklopom ili povećati debljinu ležajne čahure odnosno Glavine.

1.5. Tolerancija unutarnjeg promjera čahure d uH11

Izrađuje li se unutrašnji promjer čahure prije uprešavanja potrebno je izračunati deformaciju promjera provrta kao posljedicu uprešavanja u glavinu. Na osnovu deformacija potrebno je provrt izraditi u toleranciskom polju koje se nalazi iznad nul-linije.

LIST 6

mE

dpd

u

uu 3

2

u

10)Q-(1

2

Minimalna defromacija:

mE

dpd

u

uu 3

2

u

minmin, 10)Q-(1

2 =5.89

Maksimalna deformacija:

mE

dpd

u

uu 3

2

u

maxmax, 10)Q-(1

2 =9.29

Odabir potrebnog toleranciskog polja:

=9.29 - donje odstupanje

- gornje odstupanje

- tolerancija provrta

Slika 3. Dijagram deformacije unutranjeg promjera čahure H11

Ukoliko se izrađuje manji broj komada jednostavnije je ostaviti dodatak za obradu te provrt na konačnu mjeru obraditi nakon uprešavanja u glavinu.

LIST 7

2. KONTROLA NAPREZANJA U ZAVARU

2.1. Istosmjerno promjenjivo opterećenje silom

Slika 4. Slika opterećenja zavara

c1=40mm

b1=50mm

c2=45mm

c=180mm

b=80mm

e=160mm

f=60mm

Horizontalna sila u smjeru x-osi

NFF x cos,

Horizontalna sila u smjeru z-osi

NFF z sin,

U presjeku B-B zavar je opterećen na:

- savijanje (sile xF , i vF )

- vlak (sila zF , )

- smik (sile xF , i vF )

LIST 8

2.2 Momenti savijanja

2.3. Naprezanja zavara u presjeku B-B

Savojno naprezanje zavara oko osi x:

- moment otpora

-

moment tromosti

- najveća udaljenost presjeka

od promatrane osi

Savojno naprezanje zavara oko osi y:

- moment otpora

- moment tromosti

- najveća udaljenost presjeka od

promatrane osi

Vlačno naprezanje zavara:

- površina zavara

Smično naprezanje zavara:

Prema tehničkim propisima uzima se da je smično naprezanje jednoliko raspoređeno po presjeku zavara i da ga preuzimaju samo zavari paralelni sa smjerom djelovanja smične sile (srednje naprezanje).

Radi djelovanja komponente sile F

2

1

,1 / mmN

A

F

IIzav

xIIzav

22211 24 mmaacAIIzav - površina zavara

LIST 9

Radi djelovanja sile na ležaju

2

2

2 / mmNA

F

IIzav

vIIzav

22212 24 mmaabAIIzav - površina zavara

2.4. Ukupna naprezanja

Potrebno je nacrtati prostornu shemu naprezanja te na osnovu nje odrediti u kojim točkama su najnepovoljnija naprezanja zavara.

Normalno naprezanja u točki (+):

Normalno naprezanje u točki (-):

Tangencijalno naprezanje (Smik):

22

21

2 / mmNIIzavIIzavIIzav

Reducirano naprezanje:

22

21

21 /min3 mmNzavIIzavzavfred

2.6. Dopušteno naprezanje

Dopušteno naprezanje za r=-1:

Za materijal____, pogonsku grupu ___ i slučaj zareznog djelovanja ____ iz tablice 1:

2(-1)dop N/mm______D

Tablica 1.

Tablica 2.

LIST 10

Odnos graničnih naprezanja:

- apsolutno najmanje naprezanje

- apsolutno najveće naprezanje

Dopušteno naprezanje zavara za stvarni r:

Potrebno je izračunati dopušteno naprezanje za promatrani slučaj dinamičkog istosmjernog promjenljivog naprezanja koje je definirano preko izračunatog odnosa r. Formulu za izračunavanje dopuštenog naprezanja odabrati iz tablice 3, a pri tome voditi računa u kojem se području djelovanja nalazi maksimalno napretanej zavara (vlak doprDv )( ili tlak doprDt )( ).

Tablica 3.

U slučaju da nije ostvaren uvijet 2redσ ≤ 2)( / mmNdoprDv

potrebno je povećati presjek zavara ili odabrati kvalitetniji osnovni materijal.

LIST 11

3. PRORAČUN VIJAKA

Prema dimenzijama nosača odabiru se dimenzije temeljne ploče.

Slika 5. Opterećenje spojnih vijaka

3.1 Sile u vijcima

Smatrajući da je temeljna ploča znatno kruća od vijka može se pretpostaviti da normalna sila Fn između podloge i temeljne ploče djeluje na rubu temeljne ploče.Radna sila u vijku (1) može se napisati:

- radna sila u vijku

LIST 12

- sila u vijku zbog djelovanja sile vF

- sila u vijku zbog djelovanja sile F

- sila u vijku zbog djelovanja sile F

Iz uvjeta ravnoteže:

Iz uvjeta da je temeljna ploča znatno kruća od vijka proizlazi:

Nfb

fbFF V

rVr

1,2,

Nec

ecFF x

rx

r

,1,

,2,

Uvrštavanjem prethodnih jednadžbi u uvjet ravnoteže dobivaju se izrazi za izračunavanje radne sile u vijcima (1):

Zbog sile pritezanja maksimalna sila u vijku je:

- sila pritezanja

3 .2 Dopušteno naprezanje vijka

- granica tečenja materijala vijka

3.3 Potreban presjek jezgre vijaka

Odabire se standardni vijak M39

3.4 Provjera sigurnosti spoja:

- ekvivalentno naprezanje - granica tečenja materijala vijka

- maksimalna

naprezanje u vijku

LIST 13

- torzijsko naprezanje u presjeku vijka

- momnet torzije na navoju vijka

- polarni momnet

otpora jezgre vretena

- kut uspona navoja

- reducirani kut trenja

- srednji promjer navoja

- promjer jezgre navoja

- uspon navoja - faktor trenja između vijka i matice

- polovica vršnog kuta navoja

- sigurnost

protiv razdvajanja spojenih dijelova - sila

brtvljenje među spojnim dijelovima

4. Dimenzioniranje trapeznog vretena za isprešavanje

Slika 6. Opterećenje vretena

Dimenzioniranje vretena vrši se obzirom na izvijanje. Zadana tlačna sila mora biti manja od kritične sile uz stupanj sigurnosti protiv izvijanja:

- kritična sila izvijanja

LIST 14

- ravnoteža spoja

- sigurnost protiv izvijanje (predpostavka)

- presjek jezgre vretena

-maksimalni tlak u spoju (Dosjedu)

- faktor trenja prianjanja - iz točke 1.2

- promjer dosjeda

Ne poznavajući vitkost vretena pretpostavlja se elastično izvijanje za koje se kritična sila pri kojoj dolazi do izvijanja računa po Eulerovoj jednadžbi.

- najmanji aksijalni moment tromosti

- slobodna duljina izvijanja

- modul elastičnosti za vreteno

- dužina vretena

- promjer jezgre vretena

Uvrštavanjem jednađbi u predhodni izraz te njegovim sređivanjem dobiva se potrebni promjer jezgre vretena obzirom na izvijanje:

Prema d3 iz B.Kraut: Strojarski priručnik odabire se najbliži normalni dvovojni trapezni navoj (obično prva veća dimenzija):

4.1. Kontrole naprezanja

Vreteno je izloženo složenom naprezanju (normalno i tangencijalno),potrebno je izvršiti njegovu kontrolu. Ekvivalentno naprezanje mora biti manje od dozvoljenog normalnog naprezanja.

Tlačno naprezanje u vretenu:

Torzijsko naprezanje:

- torzijski

moment navoja vretena

LIST 15

- kut uspona navoja

- reducirani kut trenja

- srednji promjer navoja

- promjer jezgre navoja

- uspon navoja - faktor trenja između vijka i matice

- polovica vršnog kuta navoja

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

- polarni moment otpora

Reducirano naprezanje:

- dopušteno naprezanje

- istosmjerno promjenjiva trajna čvrstoća(očitava se iz Smit-ovog dijagrama)

- potrebna sigurnost

4.2 kontrola na izvijanje vretena

Faktor vitkosti za vreteno kružnog presjeka:

- polumjer tromosti

Nakon uvrštavanja i sređivanja, dobiva se:

Vitkost predstavlja granicu između elastičnog i neelastičnog izvijanja, ovisi omaterijalu i iznosi:

za S235JR i S275JR

za E295 i E335

Za slučaj > postoji elastično izvijanje i u tom slučaju se kritično naprezanjeračuna prema Euleru:

Sigurnost prema izvijanju:

LIST 16

Ako je o < izvijanje je neelastično, pa se kritično naprezanje računa premaeksperimentalnim Tetmajerovim izrazima:

za S235JR ili S275JR

za E295 ili E335

Sigurnost prema izvijanju:

4.3 kontrola dodirnog pritiska u matici

Radi kontroliranog trošenja navoja matice površinski pritisak medu navojima mora biti u dozvoljenim granicama.

- koeficijent ne ravnomjernog rasporeda površinskog pritiska po Navojima

- nosiva visina matice - nosiva dubina navoja

- dopušteni dodirni pritisak (Decker: Elementi strojeva, 1975., str. 108)

Uz poznat navoj i dopušteni površinski pritisak može se odrediti najmanja potrebna visina matice m.

5. Potrebna duljina ručice za pokretanje trapeznog vretena

Duljina poluge za okretanje vretena određuje se iz uvjeta ravnoteže dvaju momeneta, momenta na vretenu i momenta na ručici s time da ručna sila na ručici ne prelazi 150N:

LIST 17

Slika 7. Ručica za okretanje vretena

- torzijski moment navoja vretena

- dužina ručice

- ručna sila na ručici

6. PRORAČUN SVORNJAKA

Sila koja se javlja na vretenu P12 prenosi se preko matice P7 i kučišta P9 na svornjak P10 i zahvatne krakove P11.

LIST 18

Sliak 8. Svornjak

Sila u zahvatnom kraku:

- sila u kraku P11

- sila u vretenu/ sila uprešavanja - kut između kraka i kučišta

Pritisci u svornjaku:

Naprezanje na savijanje:

Naprezanje na smik: