Mogan Gh.L. Buzdugan I.D. Proiectarea dispozitivelor de remorcare auto. Universitatea Transilvania din Brașov

Subcap.3.4 Proiectarea elementului 5 (coloană superioară)

A. Schema de încărcare şi date de proiectare

Schema de încărcare exterioară	Schema de încărcare a elementului 5
Date de proiectare Forţele exterioare: FX, FY, FZ acţionează la distanţele Lc + h4 (Ex.3.1, Ex.3.2) și X1 (Ex.1.2.2);  se calculează momentele în centrul profilului pătrat (îmbinarea sudată) (Calc.0): MX5 = FY (Lc + h4), MY5 = FX (Lc + h4) + FZ X1, MZ5 = FY X1.   Restricţii dimensionale: se va utiliza semifabricat din ţeavă pătrată, care se  îmbină prin sudare cu tirantul 4 cu lăţimea b4 şi grosimea h4 (Ex.3.2); din considerente ce implică posibilitatea aplicării cordonului de sudură de colţ continuu, se impune ca latura profilului ţevii pătrate (h5) să fie mai mică decât lăţimea b4 (h5 < b4); lungimea elementului 5 se va determina ţinând cont de cota Z1 (Ex.1.2.2). Restricţii de funcţionare: temperatura, T = (-30…40)^oC; mediu de lucru exterior cu umezeală avansată. Restricţii constructive: material sudabil

B. Alegerea materialului şi tratamentului termic

Deoarece coloana superioară (elementul 5) este o piesă care se va suda se adoptă, oţel sudabil (de ex. S185, S235, S275) (Anexa.M.01), conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2). Aceste oţeluri nu se tratează termic înainte de sudare; după sudare subansamblul se poate supune unei operaţiei de recoacere de detensionare. Pentru oţelul adoptat în vederea calculelor se vor reţine tensiunea limită de curgere s₀₂ şi rezistenţa la rupere s_r.

C. Proiectarea formei constructive

Model constructiv

Caracteristici şi restricţii constructive

- se adoptă, din considerente construtive și de greutate minimă, semifabricat de tip ţeavă pătrată;

- legătura elementului 4 cu elemental 5 se va materializa printr-o îmbinare sudată de colţ şi se va urmări ca dimensiunea ţevii pătrate să permită aplicarea cordonului de sudură continuu (h₅ < b₄);

Obs.

- dimensiunea L_5-6 rezultă în urma proiectării legăturii 5-6 (asamblare țeavă-țeavă; Subcap.4.1, Ex.4.1).

- diametrul găurii de bolţ D_b se va determina în urma calcului asamblării cu bolţ (Subcap.4.2, Ex.4.2).

D. Model de calcul, dimensionare şi verificare

Model de calcul

Ipoteze de calcul şi solicitări

-    transmiterea sarcinilor de la elementul 5 la elementul 6 se realizează prin contact direct şi pentru calculul de dimensionare se consideră că acesta este încastrat în centrul corpului 6;

-     modelul de calcul asociat elementului 5 se consideră ca fiind o bară dreaptă , cu secţiune tubulară pătrată cu latura h₅ şi grosimea t₅, încastrată, solicitată la compresiune de forţa F_Z , la încovoiere de sarcinile F_X, F_Y, M_X5 şi M_Y5, la torsiune de momentul M_Z5 şi la forfecare de forţele F_X și F_Y;

-     se neglijează efectele găurilor de bolț;

-     deoarece, modelul de dimensionare cu luarea în considerare a tuturor solicitărilor este de complexitate mărită, în continuare, se adoptă un model simplificat care ia în considerare solicitarea principală de încovoiere oblică dată de forţele F_X, F_Y şi momentele M_X5, M_Y5;

- după determinarea dimensiunilor (dimensionare) prin rezolvarea modelului simplificat şi calculul legăturii de tip ţeavă-ţeavă  (Subcap.4.1, Ex.4.1) se va face verificarea cu pachetul MDESIGN (Ghid.4.5, Ex.4.5) și cu FEA (ANSYS) (Ghid.4.6, Ex.4.6).

Date  de calcul

- despre sarcini: forțele F_X, F_Y și momentele M_X5, M_Y5;

- despre forme şi dimensiuni: ţeavă pătrată tubulară; se adoptă raportul grosime/latură, k = t/h  = 0,05…0,15;

- despre material: σ₀₂ – tensiunea limită de curgere; c = 2…3 - coeficientul de siguranţă;  σ_at = σ₀₂/c – tensiunea admisibilă la tracţiune; σ_aî = (1,05…1,1)σ_at - tensiunea admisibilă la încovoiere.

Relaţii de calcul

- efortul de încovoiere maxim în secţiunea critică (model simplificat),

M_{î max_Y} = M_Y5 + F_X (Z₁ – h₄); M_{î max_X} = M_X5 + F_Y (Z₁ – h₄). (Calc.0)

- condiţia de rezistenţă la încovoiere în secţiunea critică (în colțul pătratului profilului),

σ_max = +  =   ≤ σ_aî.

-     dimensionare, din ultima parte a relaţiei de mai sus şi ţinând cont că uzual pentru țevile pătrate t = k h, (k = 0,05…0,15), se determină dimensiunea necesară a ţevii,

=  (Calc.3.4.1)

şi apoi, = k ; din Anexa.ST.02 se adoptă ţeavă pătrată tubulară cu dimensiunile standard, h₅ ≥ şi

t₅ ≥ .

E. Proiectarea formei constructiv-tehnologică

Desen constructiv-tehnologic

Recomandări pentru adoptarea dimensiunilor și a parametrilor tehnologici

- dimensiuni: h₅, t₅; celelalte dimensiuni se vor obține ca urmare a proiectării legăturii 5-6 (Subcap.4.1, Ex.4.1) și asamblării cu bolț (Subcap.4.2, Ex.4.2);

- prelucrări tehnologice: frezarea porţiunilor de cap şi găurirea pentru obținerea găurilor de bolț; celelalte suprafețe rămân neprelucrate conform simbolului atașat;

- calitatea (rugozitățile) suprafeţelor prelucrate: R_a1 = 6,3 µm sau R_a1 = 12,5 µm; R_a2 = 3,2 µm sau R_a2 = 6,3 µm;

- poziția găurii de bolț (eventual, a găurii pentru reglare) se va stabili la reprezentarea în desenul de ansamblu