ALGORYTM OBLICZEŃ POŁĄCZENIA SWORZNIOWEGO PASOWANEGO CIASNO.

1. Wyliczenie średnicy rdzenia śruby, obciążoną osiową siłą rozciągającą.

Na podstawie dobranego materiału śruby oczkowej St5 i podanej wartości obciążenia 12 [kN] wyliczam na podstawie wzoru:

gdzie:

• σ_r - naprężenia rozciągające,

• Q - siła obciążająca,

• S - przekrój śruby,

• d₃ - średnica rdzenia śruby,

• k_r - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie.

Minimalną średnicę rdzenia śruby, która wynosi d₃= 10,280 mm

2. Dobieram na podstawie PN-77/M-82425 gwint metryczny M 14 , dla którego średnica rdzenia śruby wynosi 11,369 mm .

3. Sprawdzenie wytrzymałości oczka śruby z warunku na rozciąganie.

Na podstawie warunku:

gdzie:

• σ_r - naprężenia rozciągające,

• Q - siła obciążająca,

• A - przekrój oczka śruby,

• k_r - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie,

• s - szerokość oczka śruby,

• D₁ - średnica zewnętrzna oczka śruby,

• d_o - średnica wewnętrzna oczka śruby

Sprawdzam czy oczko śruby wytrzyma obciążenie wywołane siłą rozciągającą.

δ_r=58,82 MPa < k_r = 145 MPa

Warunek został spełniony, więc pozostaję przy dobranej śrubie oczkowej.

4. Na podstawie PN-77/M-82425 dobieram parametry śruby oczkowej:

- całkowita długość śruby l = 65 mm

Dobrana śruba oczkowa to M 14 x 65 - 5.8 - I - P7

Dane śruby oczkowej:

d = M 14

D₁ = 24 mm

d₀ = 12 mm

I = 65 mm

b = 34 mm

s = 17 mm

Do dobranej śruby oczkowej na podstawie PN-90/M-83002 dobieram:

- długość sworznia z łbem walcowym l = 30 mm.

Dobrany sworzeń z łbem walcowym to: B 12 x 30 / 25 x 5,5

Dane sworznia:

d = 12 mm

d₁ = 3 mm

D = 20 mm

k = 4 mm

l = 30 mm

l₂ = 5,5 mm

5. Sprawdzenie wytrzymałości sworznia z warunku na ścinanie.

Schemat obciążenia sworznia.

Sworzeń wykonany ze stali St5 pasowany jest ciasno i dlatego należy go sprawdzić z warunku na ścinanie:

gdzie:

• τ_t - naprężenia ścinające,

• Q - obciążenie ścinające,

• d - średnica sworznia,

• n - ilość przekrojów ulegająca ścięciu,

• k_t - dopuszczalne naprężenia na ścinanie.

_t = 53,08 MPa < k_t = 90 MPa

Warunek na ścinanie został spełniony.

• Sworzeń wykonany ze stali St5 należy również sprawdzić z warunku na naciski powierzchniowe:

• między sworzniem a piastą śruby

p = 58,82 MPa < k = 87 MPa

• w piastach widełek

p = 50,00 MPa < k = 87 MPa

gdzie:

• p - wartość nacisków powierzchniowych,

• Q - siła obciążająca,

• k_o - dopuszczalne naprężenia na naciski powierzchniowe

Warunki na naciski powierzchniowe zostały spełnione.

Biorąc pod uwagę wymiary widełek przyjmuję, że długość sworznia będzie wynosiła: 50 mm.

Dobrany sworzeń z łbem walcowym to: B 12 x 50 / 45 x 5,5

• 
  Sprawdzenie wytrzymałości nakrętki.

gdzie:

• σ_r - naprężenia rozciągające,

• Q - siła obciążająca,

• A - przekrój nakrętki,

• k_r - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie,

• D_z - średnica zewnętrzna nakrętki,

• d - średnica wewnętrzna nakrętki.

Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, że zewnętrzna nakrętki będzie dwukrotnie większa od średnicy śruby oczkowej D_z = 30 mm .

Sprawdzam wytrzymałość nakrętki wykonanej ze stali St3S :

σ_s = 21,71 MPa < k_r = 120 MPa

Warunek został spełniony więc pozostaję przy dobranych wymiarach nakrętki. Przyjmuję wysokość nakrętki h = 45 mm.

• 
  Obliczenie wysokości spoiny.

gdzie:

• τ_t - naprężenia ścinające,

• Q - siła obciążająca,

• S - przekrój spoiny,

• a - grubość spoiny,

• l - długość spoiny,

• D_z - średnica zewnętrzna nakrętki,

• k_t' - dopuszczalne naprężenia na ścinanie dla spoiny.

h = 3,714 mm

Przyjmuję wysokość spoiny: h = 4 mm.

• Korzystając z warunku na rozciąganie sprawdzam wytrzymałość:

• piasty widełek

σ_s = 33,33 MPa < k_r = 120 MPa

• 
  ucha widełek

σ_s = 47,61 MPa < k_r = 120 MPa

gdzie:

• σ_r - naprężenia rozciągające,

• Q - siła obciążająca,

• A₁ - przekrój piasty widełek,

• A₂ - przekrój ucha widełek,

• k_r - dopuszczalne naprężenia na rozciąganie.

Warunki wytrzymałościowe zostały spełnione.

Dla dobranego sworznia dobieram:

- na podstawie PN-90/M-82004 PODKŁADKĘ 12 x 3

- na podstawie PN-76/M-82001 ZAWLECZKĘ S - Zn 3 x 28

Ponieważ założenia konstrukcyjne zakładają, że połączenie sworzniowe ma być ciasne zakładam rodzaj pasowania:

- między sworzniem a śrubą oczkową:

 12 P7/h6

powyższy zapis oznacza pasowanie części o powierzchniach obrotowych wykonanych wg zasad stałego wałka dający połączenie spoczynkowe ( bardzo lekko wtłaczane P7 ).

Wartości odchyłek:

- między sworznie a piastą widełek:

 12 F8/h6

powyższy zapis oznacza pasowanie części o powierzchniach obrotowych wykonanych wg zasady stałego wałka dając połączenie ruchome ( obrotowe zwykłe ).

Wartości odchyłek:

Wyniki

PASOWANIE: ciasne

WARTOŚĆ OBCIĄŻENIA: 12 [kN]

ŚRUBA OCZKOWA: M 14 x 65 - 5.8 - I - P7

MATERIAŁ: St5

PODSTAWOWE DANE:

D₁= 24 mm, d₀= 12 mm, I= 65 mm, b= 34 mm, s= 17 mm

SWORZEŃ Z ŁBEM WALCOWYM: B 12 X 50 / 40 X 10

MATERIAŁ: St5

PODSTAWOWE DANE:

d= 12 mm, d₁= 3 mm, D= 20 mm, k= 4 mm, l= 50 mm, l₂= 10 mm

NAKRĘTKA:

MATERIAŁ: St3S

PODSTAWOWE DANE:

d_z= 30 mm, h= 45 mm

WIDEŁKI:

MATERIAŁ: St3S

PODSTAWOWE DANE:

d= 12 mm, D= 30 mm, g= 14 mm, l₂= 10 mm

PODKŁADKA: 12 X 3

ZAWLECZKA: S - Zn 3 X 28

1