Části a mechanismy strojů i Čms15c8297d961fdf.pdf.upl...Části a mechanismy strojů i Ústav...
TRANSCRIPT
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 1
Projekt OPPA
“Systém elektronické podpory studia“
(SEPS)
České vysoké učenítechnické v Praze
FAKULTA STROJNÍ
Části a mechanismy strojů IČMS1
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
Úloha č. 2
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 2
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
Zadání Řešte vybrané konstrukční uzly klikových mechanismů – jednočinných a dvojčinných
strojů. Navrhněte a pevnostně zkontrolujte předpjaté šroubové spoje klikových mechanismů
periodicky zatěžovaných vnějšími silami: dělená ojniční hlava u jednočinného stroje(motoru) a spojení pístu a pístní tyče u dvojčinného stroje (kompresoru).
a) Předpjatý šroubový spoj dělené ojniční hlavy
Navrhněte a pevnostně zkontrolujte předpjatý šroubový spoj dělené ojniční
hlavy. Spoj je zatížen míjivou silou Fh = 0,12 A [kN].
b) Předpjaté závitové spojení pístu a pístní tyče
Navrhněte a pevnostně zkontrolujte předpjaté závitové spojení pístní tyče s
deskovým pístem. Spoj je zatížen souměrně střídavou silou s amplitudou
Fa = ± 0,22 A [kN].
Materiál - ocel, jakostní třída: dle zadání
V rámci jakostní třídy je nutno zvolit konkrétní materiál k ní příslušející.Součinitel tření pro závity: f = 0,13 – 0,15
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 3
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
Varianta a) Předpjatý šroubový spoj dělené ojniční hlavy (VA)
Hlava šroubu
0,4 d
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 4
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
Varianta b) Předpjaté závitové spojení pístu a pístní tyče (VB)
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 5
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
1. Návrhové výpočty1.1 Návrh závitu šroubu a jeho rozměrů včetně výpočtu úhlu stoupání , úhlu boku
βn profilu a třecího úhlu ϕ´
𝐹ℎ = 𝐹𝑎 …postup pro obě zadání stejný
𝜐…míra využití meze kluzu
𝜐 = 0,85…VA𝜐 = 0,6 ÷ 0,65…VB
Součinitel provozního předpětí 𝑞𝑧 =𝑄𝑧
𝐹ℎ≅ 1,3
𝐹ℎ𝑆3´
≤𝜐 ∙ 𝜎𝑘𝑡
𝑘𝜒 ∙ 1 + 𝑞𝑧
𝑆3´ =𝜋 ∙ 𝑑3
´2
4
→ 𝑑3 ´ ≥4 ∙ 𝐹ℎ ∙ 𝑘𝜒 ∙ 1 + 𝑞𝑧
𝜋 ∙ 𝜈 ∙ 𝜎𝑘𝑡
Zvolit závit a parametry závitu z tabulky.
P …rozteč
d2 …střední průměr závitu
f …součinitel tření
i = 1 …počet chodů
= 30°tg = f ´ =
tg n = tg . cos f
ncos
2d
Pi
tg =
𝜐 =1
𝑘
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 6
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
1.2 Návrh rozměrů spojovaného materiálu (skica s obecnými rozměry dle obr. 25,29)
VA VB
1.3 Stanovení tuhostí přitěžovaných a odlehčovaných částí1.3.1 Tuhost šroubu Cs
1
𝐶𝑠=1
𝐸
𝑖=1
4𝑙𝑖𝑆𝑖
1
𝐶𝑠=1
𝐸
𝑖=1
2𝑙𝑖𝑆𝑖
𝑆𝑖 =𝜋 ∙ 𝐷𝑖
2
4Cs …[N.mm-1]
0,4 d
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 7
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
1.3.2 Tuhost spojovaného materiálu
Tuhost náhradní trubky (VA) Tuhost náhradní trubky – náboje pístu (VB)
𝐶𝑇𝑎 =𝐸 ∙ 𝑆𝑇𝑙𝑎
𝐶𝑇𝑏 =𝐸 ∙ 𝑆𝑇𝑙𝑏
𝑆𝑇 =𝜋 ∙ 𝐷2 − 𝐷2
2
4𝑆𝑇 =
𝜋 ∙ 𝐷22 − 𝐷1
2
4
1.3.3 Tuhosti součástí přitěžovaných a odlehčovaných a poměru těchto tuhostí
Přitěžované „1“ (VA) Přitěžované „1“ (VB)
Odlehčované „2“ (VA) Odlehčované „2“ (VB)
1
𝐶1=1
𝐶𝑠+ 2
1
𝐶𝑇𝑎
1
𝐶1=1
𝐶𝑠+
1
𝐶𝑇𝑎
𝐶2 = 𝐶𝑇𝑏
𝐶2𝐶1
> 5Poměr tuhosti
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 8
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
1.4 Stanovení montážního předpětí a provozních sil včetně prodloužení přitěžovaných součástí astlačení odlehčovaných součástí při dosažení předpětí (Δl1 a Δl2 )
VA VB
Střední síla …
Amplituda síly …
Montážní předpětí…Diagram
předepjatého spoje – Příloha 1
𝑄0 = 𝑄𝑍 +𝐶2
𝐶1 + 𝐶2∙ 𝐹ℎ = (𝑞𝑧+
𝐶2𝐶1 + 𝐶2
) ∙ 𝐹ℎ
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 9
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
2. Kontrolní výpočty2.1 Výpočet napětí v jádře šroubu
2.1.1 Tahové napětí od předpětí a provozních sil
∆𝑙1=𝑄0𝐶1
∆𝑙2=𝑄0𝐶2
Prodloužení přitěžovaných součástí a stlačení odlehčovaných součástí přidosažení předpětí (Δl1 a Δl2 )
𝜎𝑄0 =𝑄0𝑆3
𝜎𝑚 =𝑄1𝑚𝑆3
𝜎𝑎 =𝑄1𝑎𝑆3
𝜎1𝑚𝑎𝑥 = 𝜎𝑚 + 𝜎𝑎
𝑆3 =𝜋 ∙ 𝑑3
2
4
𝜎𝑄0 = 𝜎𝑚 =𝑄0𝑆3
𝜎𝑎 =𝑄1𝑎𝑆3
𝜎1𝑚𝑎𝑥 = 𝜎𝑚 + 𝜎𝑎[N.mm -2]
VA VB
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 10
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
2.1.2 Napětí v krutu při dosažení předpětí šroubu
𝜏 =𝑀𝑘
𝑊𝑘
16
+tg2
3
3
20
dW
dQM
k
k
[N.mm]
[mm3] …průřezový modul v krutu
2.1.3 Výpočet maximálního redukovaného napětí pro maximální provoznízatížení šroubu
222
max1max red [N.mm -2]
2.2 Výpočet bezpečností2.2.1 Dynamická bezpečnost pro provozní síly
Najít parametry materiálu pro zvolený materiál šroubu: 𝜎𝑘𝑡, 𝜎𝑝𝑡, 𝜎𝑐(−1)
Snížená mez únavy … 𝜎𝑥𝑐(−1)
=𝜎𝑐(−1)
Φ
Φ = 4,5 ÷ 5,5 …celkový souč. snížení meze únavy
Souč. vlivu m na mez únavy … 𝜓𝑥𝜎=𝜓𝜎Φ
𝜓𝜎 = 0,02 + 2 ∙ 𝜎𝑝𝑡 ∙ 10−4
Hypotéza: τMAX α = 2
energetická (HMH) 𝛼 = 3
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 11
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
Souč. bezpečnosti analyticky
Souč. bezpečnosti odečteno z diag.
Smithův (smyčkový) diagram – Příloha 2
𝑘𝜎 =𝑂𝐾
𝑂𝐴𝑘𝜎 =
𝜎𝐴𝜎𝑎
𝑘𝜎 =𝜎𝑥
𝑐(−1)− 𝜓𝑥
𝜎∙ 𝜎𝑄0
𝜎𝑎 + 𝜓𝑥𝜎 ∙ 𝜎𝑚 − 𝜎𝑄0
=
=𝜎𝑥
𝑐(−1)− 𝜓𝑥
𝜎 ∙ 𝜎𝑄0
𝜎𝑎
VA VB
𝑘𝜎 =𝜎𝑥
𝑐(−1)− 𝜓𝑥
𝜎∙ 𝜎𝑄0
𝜎𝑎 + 𝜓𝑥𝜎 ∙ 𝜎𝑚 − 𝜎𝑄0
𝜎𝑥𝐾𝑡
= 𝜎𝐾𝑡
𝜎𝑚 + 𝜎 𝑎
𝜎𝑚
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 12
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
2.2.2 Bezpečnost pro namáhání od krutu
2.2.3 Výsledná dynamická bezpečnost
𝑘𝜏 =𝜏𝐾𝜏
𝜏𝐾=𝜎𝐾𝑡𝛼
= 0,57 ∙ 𝜎𝐾𝑡
𝑘 = 𝑘𝜎 ∙ 1 −1
𝑘𝜏
2
𝑘 = 1,5 ÷ 2𝑘 = 2 ÷ 2,5
VA VB
Analyticky
Odečteno z diag.
𝑘 =𝑂𝐾
𝑂𝐴
Diagram pro stanovení výsledné dynamické bezpečnosti – Příloha
3
𝛼 = 3 dle HMH
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 13
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
2.2.4 Statická bezpečnost pro maximální redukované napětí
k =𝜎𝐾𝑡
𝜎𝑟𝑒𝑑𝑚𝑎𝑥
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 14
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
2.3 Posouzení vlivu krutu
Hypotéza: τMAX α = 2
energetická (HMH) 𝛼 = 3
𝜎𝑟𝑒𝑑 = 𝜎𝑄02 + 𝛼2 ∙ 𝜏2 =
𝑄0
𝜋𝑑32
4
2
+ 𝛼2 ∙𝑄0 ∙
𝑑22 ∙ 𝑡𝑔(𝛾 + 𝜑´)
𝜋 ∙ 𝑑33
16
2
=
=𝑄0𝜋𝑑3
2
4
2+ 𝛼2 ∙
𝑄0𝜋𝑑3
2
4
2∙
𝑑22∙𝑡𝑔 𝛾+𝜑´
𝑑34
2
=
= 𝜎𝑄0 ∙ 1 + 𝛼2 ∙ 2 ∙𝑑2𝑑3
∙ 𝑡𝑔 𝛾 + 𝜑´
2
= 𝜎𝑄0 ∙ 𝑘𝜒0
𝑘𝜒0 = 1 + 𝛼2 ∙ 2 ∙𝑑2𝑑3
∙ 𝑡𝑔 𝛾 + 𝜑´
2
2.3.1 Posouzení vlivu krutu při dosažení předpětí
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 15
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
Hypotéza: τMAX α = 2
energetická (HMH) 𝛼 = 3
𝜎𝑟𝑒𝑑 = 𝜎1𝑚𝑎𝑥2 + 𝛼2 ∙ 𝜏2 =
𝑄1𝑚𝑎𝑥
𝜋𝑑32
4
2
+ 𝛼2 ∙𝑄0 ∙
𝑑22∙ 𝑡𝑔(𝛾 + 𝜑´)
𝜋 ∙ 𝑑33
16
2
=
=𝑄1𝑚𝑎𝑥
𝜋𝑑32
4
2+ 𝛼2 ∙
𝑄0𝜋𝑑3
2
4
2∙
𝑑22∙𝑡𝑔 𝛾+𝜑´
𝑑34
2
= 𝜎1𝑚𝑎𝑥2 + 𝛼2 ∙ 𝜎𝑄0
2 ∙ 2 ∙𝑑2
𝑑3∙ 𝑡𝑔 𝛾 + 𝜑´
2
=
pro 𝑥 =𝜎1𝑚𝑎𝑥
𝜎𝑄0
= 𝜎1𝑚𝑎𝑥 1 +𝛼2
𝑥2∙ 2 ∙
𝑑2𝑑3
∙ 𝑡𝑔 𝛾 + 𝜑´
2
= 𝜎1𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝑘𝜒𝑚𝑎𝑥
𝑘𝜒𝑚𝑎𝑥 = 1 +𝛼2
𝑥2∙ 2 ∙
𝑑2𝑑3
∙ 𝑡𝑔 𝛾 + 𝜑´
2
2.3.2 Posouzení vlivu krutu při maximálním zatížení
České vysoké učení technické v Praze
FAKULTA STROJNÍÚ12113
Úloha č.2
Části a mechanismy strojů I
Ústav konstruování a částí strojů
Snímek č. 16
Předpjatý šroubový (závitový) spoj
Výstupy
1) Technická zpráva.Přílohy k technické zprávě
a) diagram předpjatého spoje (prodloužení – síla),b) smyčkový (Smithův) diagram,c) diagram pro stanovení výsledné dynamické bezpečnosti.
2) Grafické výstupy:- výrobní výkres ojničního šroubu – úloha a)nebo- výrobní výkres konce pístní tyče – úloha b).