Kodutöö (plokiratas) (0)

Tallinna Tehnikaülikool
Mehhaanikateaduskond
Masinaelementide ja peenmehhaanika õppetool
Plokiratas
Kodutöö
Juhendaja :
Emer. Prof . M. Ajaots
Tallinn 2010

Sisukord

Sissejuhatus 3
Trossi valik. 4
Laagrite valik 4
Telje tugevusarvutused 6
Telg Lõikele 6
Telje kontroll muljumisele 7
Telg paindele 7
Kronsteini tugevusarvutused 9
Kronsteini tugevusarvutus paindele 9
Kronsteini keevisliite külgede keevisliite tugevusarvutus 11
Kronsteini kinnituspoltide arvutus 12
Poltide tugevusarvutus pikkele 12
Poltide tugevusarvutus lõikele 13
Kasutatud kirjandus 14
Lisad 15

Sissejuhatus

Teise kodutöö ülesandeks aines konstruktsiooni elemendid on konstrueerida plokiratas. Lähteandmeteks tuli võtta plokiratta trossile mõjuv jõud (matrikli numbri 4-5 viimast numbrit) F=3143N. Jõud mõjub trossi kummagis harus võrdselt. Trossi ja plokiratta haardenurgaks valisin 180 ° . Plokiratas on kahel veerelaagril ,mis toetuvad teljele . Telg omakorda toetub kronsteinile, mis on koostatud keevis konstruktsioonina ja on kinnitatud keermesliidete abil tugiseinale. Eesmärgiks on saada kogemusi konstrueerimise vallas.

Trossi valik.

Trossi valikul osutus määravaks ette antud jõud , mis mõjus mõlemale trossi harule võrdselt. Kuna valisin trossi haarade vahel olevaks nurgaks 180° siis on trossile mõjuv kogujõud mõlemale haarale mõjuvate jõudude summa. F12=F1+F2 kus F12 on trosslie mõjuv kogujõud ning F1 ja F2 on mõlemale harule mõjuv jõud.
F1=3143 N F2=3143 N F12=3143 N+3143N=6286 N
Trossiks valisin orgaanilise südamikuga terastrossi ,mis on valmistatud ISO 2408 standarti järgi. [1 ] . Selle trossi füüsikalised näitajad on järgmised:
1) Trossi diameeter - 4 mm
2) Minimaalne katkemistugevus- 950 Kg
3) Ehitus- 6x7+ FC
4) Traatide arv- 42
5) Kaal Kg/ 100 m- 5,6 Kg
Antud valiku puhul arvutan trossi varuteguri (S) S=Fmin/ F12
Kus:
F- trossi minimaalne katkemistugevus, 9500 N
F12- Trossile mõjuv kogujõud, 6286 N
S=9500 N/ 6286 N =1,5
Seega on trossi varutegur 1,5 kordne ,kuna antud plokiratta kasutusvaldkonnas pole varutegur väga tähtis, erinevalt näiteks liftidel nõutavatest varuteguritest siis sobib see tross minu plokirattale.

Laagrite valik

Lähteülesandes on määratud ,et plokiratas peab olema kahel veerelaagril. Kuna plokirattale mõjuv kogujõud on 6286 N siis kahe laagri puhul mõjub kummalegi laagrile jõud 3143 N.
Laagrite valikul on oluline laagri siseläbimõõt, see peab olema piisavalt suur, et laagreid oleks võimalik toetada sobivale teljlele, mis suudaks kanda meile ette antud koormust ilma purunematta.Kuna laagri pöörlemis sagedus võib olla väiksem kui üks pööre minutis siis valisin laagri staatilise koormuse (C0) järgi. Otsustasin kasutada üherealist radiaalkuullaagrit 6303-RS [2]
Sele 1. [2]
Laager 6303-RS: [2]
d -17 mm
D- 47 mm
B- 14 mm
d1- 26,5 mm
d2- 26,5 mm
D1- 37,6 mm
D2- 39,6 mm
R12 min- 1 mm
C- 13500 N (dünaamiline koormus)
C0- 6550 N (staatiline koormus)
Mass- 0,12 Kg
Kuna laagri tähises pole märgitud täpsusklassi võib oletada ,et antud laagri täpsusklass on 0 (enam kasutatav täpsusklass, seda ei märgita).0 täpsusklassi laagri tolerants L0= 8 μm ning l0= 11μm.[11, lk 4]Laagri pöörlev võru peab olema kinnitatud pinguga.Plokiratta konstruktsioonis peab laagri välis võru pöörlevaks komponendiks.Kuna tavaliselt on välisvõru paigal seisev siis on laagri pesa tolerantsi üsna keeruline valida.Minu arvates oleks kõige optimaalsem valida IT5 tolerantsi järk N5 [4, lk 111]mis tekitaks laagri välisvõrule siirdeistu maksimaalse lõtkuga 0,004 mm ning maksimaalse pinguga 0,024 mm.
. Paigal seisev võru (sisemine võru) peab olema vabamalt (lõtk või siirde ist). Sellest lähtuvalt tuleb võlli tolerantsiks valida IT5 tolerantsi järg g5 [4, lk114] mis tekitab võlli ja sisevõru vahel maksimaalse lõtku 0.014 mm ja maksimaalse pingu 0.002 mm.
Välisvõru
Max. Ping
0
Laagri pesa
Max lõtk
-13
-17
-24
Sele 1.
Sisevõru
Võll
Max. ping
Max. Lõtk
14
Sele 2.
0
-6
-8
Sele 1. On kujutatud laagri välisvõru tolerantsi. Ning Sele 2. On kujutatud sisevõru tolerantsi.

Telje tugevusarvutused

Telg Lõikele

Telje mõõtmed on toodud lisas 1. Kõige ohtlikum on telje lõige kronsteini seinte suhtes. Seetõttu arvutan telje lõikele kronsteini seintega. Kasutan telje lõike arvutamiseks tugevusõpetuse konspekti näidet „Lõige Neetliite“ [5]
Kõigepealt arvutan välja telje lõikepinge A0 järgneva valemiga A0= [5, lk11]
Kus:
d0 - telje diameeter, 17 mm
Seejärel arvutan lõike tugevustingimuse [5, lk 11]
Kus:
QF - teljele mõjuv kogujõud, 6286 N
z - telje lõikepindade arv, 2
A0
A0=
Sele 3.
Sele 3. On toodud lihtsustatud lõikepinge jaotus teljes. Telje tugevustingimus lõikel on 27,6 Mpa ,telje materjaliks valisin masinaehitusterase mille mark on E335 [6, lk 17] ning voolavuspiir ReH on 335 Mpa. See teeb varuteguriks S umbkaudu 12 kordne, mis on tegelikkuses isegi liiga palju, kuid painde pinged tulevad sellise võlli läbimõõduga tõenäoliselt suuremad ning 17mm sobib võlli läbimõõduks.
S=Rm/

Telje kontroll muljumisele

Arvutan telje tugevuse ka muljumisel. Selleks kasutan tugevusõpetuse konspekti näidet „Lõige Neetliite“ [7] Esmalt arvutan välja kronsteini seinte ja telje vahelise tingliku kontaktpindala ) [7, lk 17]
Kus:
d0 - telje läbimõõt, 17 mm
- kronsteini seina paksus, 7 mm
Lisa 1. On märgitud kronsteini seinade paksused ja telje läbimõõt .
)=238*10-6 m2
Järgmiseks arvutan telje ning kronsteini seinte kontakti muljumisele valemiga [7, lk19]
Kus:
FC -muljumispinna kontaktjõud, 6286 N
Ac- kronsteini seinte ja telje vaheline tinglik kontaktpindala, 238*10-6 m2
=26,8 Mpa. Kuna telje voolavuspiir on 335 MPa siis peab telg ka muljumisele vastu ning varutegur S on sarnaselt lõikele .

Telg paindele

Telje tugevusarvutuste tegemiseks paindele kasutan tugevusõpetuse konspekti [
A
B
F=6286 N
FA
FB
26 mm
26 mm
8] Reaktsiooni jõudude tsentritest alates on telje kogupikkuseks 52 mm nagu on näha Sele 5.
C
Sele 5.
Sele 5. On teljele mõjuva jõu ning reaktsioonide lihtsustatud skeem. Skeemilt on näha ,et AC ja BC on võrdsed. Seega on võrdsed ka reaktsioonijõud FA ja FB.
Kõikide momentide summa punkti A suhtes peab võrduma nulliga ning kõikide momentide summa punkti B suhtes peab võrduam nulliga.
[8, lk 5] Kontrollin tulemust tasakaaluvõrrandiga ,kus kõikide jõudude summad peavad olema 0
[8, lk 5]
Teljele mõjuvad nihkejõudude ja paindemomendi epüürid on toodud Sele 6. Ning sele 7. Millele on nähe ,et paindemoment on suurim kohas kus nihkejõud on minimaalne.
x
A
B
3143 N
-3143 N
x
A
B
C
Sele 6. Sele 7.
Järgmiseks arvutan välja teljele mõjuvad painde momendid punkti C suhtes. Paindemomend [8, lk 12] ,kuna arvutan paindemomendi punkti C suhtes siis on mõlemad paindemomendid võrdsed MA=MB
Kus:
FA= FB- reaktsiooni jõud punktis A ja B, 3143 N
AC, BC- õla pikkus, 0,026 m
M=3143 N * 0,026 m= 82 Nm
Arvutan telje tugevuse paindele , selleks kasutan tugevustingimuse valemit paindele [8, lk 16] [8, lk 17 ]
Kus: - Suurim normaalpinge ristlõikes
M- ristlõike paindemomend, 82 Nm
W- ristlõike telgtugevus moment - materjali voolavuspiir 335 MPa
[S]- nõutav varutegur (vähemalt 1,5)
D- võlli diameeter, 0,017 m
Painde pinge tuleb 170Mpa, see on sobiv ,sest 17mm telje diameetri puhul ning 335 Mpa voolavuspiiriga materjali kasutades on telje varutegur [S] paindepingele kahe kordne ja tugevustingimus on täidetud.

Kronsteini tugevusarvutused

Kronsteini tugevusarvutus paindele

Kronsteini külgmiste seinte painde arvutamisel kasutan valemit ühtlase ristkülik- tala painde arvutamiseks võttes sealjuures tala ristlõike pindalaks kronsteini seinte minimaalse ristlõike. Minimaalne ristlõige kronsteinil asub Plokiratta tsentris. (vt. Lisa 1.) Sele 8. On toodud lihtsustatud skeem kronsteini seintele mõjuvatest põikjõududest. Maksimaalne põikjõud F ,mis kronsteinile mõjub on 6286 N. Ning maksimaalne reaktsioon jõud FR=-F
x
FR
C
D
y
F
90 mm
Sele 8.
Maksimaalne paindemomendi kronsteinis arvutan valemiga M=F*l1 [8, lk12]
Kus:
F- kronsteini seinale mõjub põikjõud, 6286 N
l1- plokiratta tsentri (jõu mõjumis punkti) ja kronsteini tagumise plaadi vaheline kaugus (vt. Lisa1 ), 90 mm.
M- paindemoment
M=6286 N * 0,09 m=567,5 Nm
567,5 Nm
y
x
C
D
Sele 9.
Sele 9. On toodud paindemomendi epüür. Minimaalne kronsteini seina ristlõike pindala A1 asub teljega ristumise kohas, see on mõlemal seinal kokku 672 mm2. (vt. Sele 4.) A1= 2*((65-17)*7) =0,000672 m2
Arvutan ristlõike telg-tugevusmomendi valemiga W=A1/6 [8, lk 19] kus A1 on ristlõike pindala
W=0,000672/6=112* 10-6 m2 sellest tugevuskontroll paindel [8, lk 16]
=567,5 Nm/0,000112= 5 Mpa mis on antud konstruktsioonis tühine ja vastab tugevustingimusele peaaegu 70 kordse varuteguriga.

Kronsteini keevisliite külgede keevisliite tugevusarvutus

Keevisliidete arvutamisel tuleb lähtuda sellest ,et kuna keevisliite ristlõige on täisnurkne kolmnurk (sele 10.) siis on nende ohtlik ristlõige hüpotenuusilt tõmmatud ristsirge kaateetide ristumispunkti. Seega keevisliite ohtliku ristlõike pindala valem
[9, lk 9]
Kus:
Ai- ohtlik ristlõike pindala
L HK,min
i- keevisliite pikkus, 90mm
hK, min- keevisõmbluse kõige väiksem kõrgus
hk- keevise kaateeti pikkus
hK
Sele 10.
Kuna kronsteini mõlemad külgseinad on kinnitatud alusplaadi külge kahe keevisõmblusega ning kronsteinile mõjub põikjõud 6286 N siis arvutan igale keevisõmblusele mõjuva jõu valemiga Fk=F/n
Kus:
Fk- keevisõmblusele mõjuv jõud
F- kogu põikjõud
n- keevisõmbluste arv
Fk=6286 N/ 4=1571,5 N
Keevisõmbluse tugevustingumuse [9, lk10] järgi arvutan keevisõmbluse tugevuse.
Fk- ühele keevisõmblusele mõjv jõud
l1- keevisõmbluse pikkus
hk- keevisõmbluse laius
Tugevustingimus on täidetud 70 kordselt ja ilmselgelt pole nii suurt varutegurit tarvis ,kuid eesmärgiks oli kronstein konstrueerina ühtse tükina nii, et kronsteini korpus oleks viimane asi mis puruneks kuna remontimiseks oleks tarvis keevitusaparaati, ning kvalifitseeritud keevitajat, et asi parandada.

Kronsteini kinnituspoltide arvutus

Poltide tugevusarvutus pikkele

Kronsteini tagumise plaadi aukude paigutamisel lähtusni sellest ,et auke oleks võimalikult vähe ning sellest, et plokiratta monteerimisel ei peaks jälgima kumba pidi see seinale pannakse. Sellega seoses peavad augud paigutuma sümmeetriliselt plokiratta tsentri suhtes.
Kronsteini seina külge kinnituseks kasutan M10 polte.
Poldi ristlõike pindala valem kus d- on poldi diameeter.
Sele 11. On toodud skeem kronsteini tagumisele seinale mõjuvate reaktsiooni jõudude kohta. Nurgad on võrdsed ning mõlemad reaktsioonijõu nurk x telje suhtes on 35° seega reaktsiooni jõud Fa
ja Fb on võrdsed. Kuna on teada lõik l1 ja jõud F ning nurgad α ja β siis on võimalik välja arvutada x telje sihilised reaktsiooni jõud. Fx=cos 35°*F=5149 N
y
Fa
a
Fb
x
b
F
90 mm
Sele 11.

=0 -> Fb cos35°- Fa cos35°=0
Kus:
Fa- on punkti a reaktsioonijõud
Fb- on punkti b reaktsioonijõud
Selest järeldub ,et mõlemad reaktsioonijõud on võrdsed.
Arvutan x telje sihilise jõu mis mõjub ühele poldile. Selleks jagan x telje sihilise jõu poltide arvuga. F1=Fx/4
Kus:
F1- ühele poldile mõjuv pikke jõud.
F1=5149/4 = 1287 N
Tugevustingimus tõmbele avaldub valemiga [ 10, lk 6]
Kus:
- tõmbepinge
- tõmbejõud, 1287 N
- poldi ristlõike pindala
=16,6 Mpa
Tõmbe pinged poltides on äärmiselt väikesed ja sellega on kindlustatud see, et plokiratas ei kukuks koormuse kinnitamisel seinalt lihtsalt alla. Antud arvutuse puhul eeldan, et kinnitus poldid kinnitatakse ilma pingutuseta, kuna pingutusega poltidele mõjub suurem paindepinge ning vastupidavuse huvides pole meil seda tarvis.

Poltide tugevusarvutus lõikele

Poltide lõike arvutamisel arvestan põikejõu F= 6286 N poltidele mõjuvaks jõuks. 4 kinnitus poldi puhul on igale poldile mõjuv põikejõud Fp=F/4 =1571,5 N
Kõigepealt arvutan välja telje lõikepinge A0 järgneva valemiga A0= [5, lk11]
Kus:
d0 – poldi diameeter, 10 mm
Seejärel arvutan lõike tugevustingimuse [5, lk 11]
Kus:
QF - poldile mõjuv kogujõud, 1571,5 N
z - telje lõikepindade arv, 1
Poldi materjaliks valisin mainaehitusterase E295 mille voolavuspiir on 295 Mpa seega on poltide tugevustingimus lõikele täidetud 15 kordse varuteguriga.

Kasutatud kirjandus

1.[WWW] http://www.forankra.ee/index.php?lang=est&main_id=754
(16.05.2010).
2. [WWW] https://www.alas-kuul.ee/webmain.nsf (16.05.2010).
3. [WWW] http://www.mh.ttu.ee/alina/Konstruktsioonielemendid%20%28Masinaelemendid%29%20laborid/Labor2%20ja%203/Labor2_Det.%20m66tm.%20ja%20tolereerimine_juh.pdf (16.05.2010).
4.Mait Purde (2005). Tolerantsid Ja Istud . Tallinn: Tallinna Tehnikakõrgkool
5.[WWW] http://www.mh.ttu.ee/priitp/Tugevusopetus/Harjutused/LOIGE/LOIGE_Neetliide%281%29.pdf (16.05.2010)
6. P. Kulu, J. Kübarsepp, E. Hendre, T. Metusala, O. Tapupere (2001). Materjalid. Tallinn“
7. [WWW] http://www.mh.ttu.ee/priitp/Tugevusopetus/Harjutused/LOIGE/LOIGE_Neetliide%281%29.pdf (16.05.2010)
8.[WWW] http://www.mh.ttu.ee/priitp/Tugevusopetus/Harjutused/PAINE/Paine_lihtne_koormus%281%29.pdf (16.05.2010).
9.[WWW] http://www.mh.ttu.ee/priitp/Tugevusopetus/Harjutused/LOIGE/LOIGE_Keevisliide%281%29.pdf (16.05.2010)
10.[WWW] http://www.mh.ttu.ee/priitp/Tugevusopetus/Harjutused/PIKE_VARDA_KAAL/PIKE_Varda_kaal_1.pdf (16.05.2010)
11.[WWW] http://www.mh.ttu.ee/alina/Konstruktsioonielemendid%20%28Masinaelemendid%29%20laborid/Labor2%20ja%203/Labor2_Det.%20m66tm.%20ja%20tolereerimine_juh.pdf

Lisad

Lisa 1. Koosetejoonis
15