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

Subcap.4.3 Proiectarea elementelor 7, 8 (tirant inferior, corp)

A. Schema de încărcare şi date de proiectare

Schema de încărcare exterioară	Schema de încărcare a elementelor 7, 8
Date de proiectare Forţele exterioare: FX, FY, FZ acţionează la distanţele Lc (Ex.3.1) ) X1, X2, Z1 (Ex.1.2.2) și h6 (Ex.4.1);  se calculează momentele în centrul profilului pătrat (Calc.0): MX7 = FY (Lc+Z1), MY7 = FX(Lc+Z1) + FZ (X1+h6/2), MZ7 = FY (X1+h6/2). Restricţii dimensionale: se vor utiliza semifabricate de tip ţeavă pătrată, care se îmbină prin sudare cu elementul 6, cu profil pătrat cu latura h6 şi grosimea t6 (Ex.4.1), și cu elementul 9; din considerente ce implică posibilitatea aplicării cordonului de sudură continuu, se impune ca latura profilului ţevii pătrate 7, h7 ≤ h6; țeava 7 intră în țeava 8 și deci, h7 = h8 – 2t8. Restricţii de funcţionare: temperatura, T = (-30…40)^oC; mediu de lucru exterior cu umezeală avansată. Restricţii constructive: material sudabil

B. Alegerea materialelor şi tratamentelor termice

Deoarece elementele 7 și 8 (tirant inferior, corp) sunt piese care se vor suda se adoptă, 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 va 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 de greutate minimă şi de montaj, semifabricate din ţeavă pătrată standard; - ţeava pătrată 7 se va suda în T pe corpul 6 şi se impune ca latura pătratului, h7 ≤ h6; -     se adoptă dimensiunea, h11, încă necunoscută, h11 ≈ h6; - grosimile elementelor 9 și 10 se adoptă din considerente constructive cu rigiditate mărită și din considerente economice din platbandă standard, g = {8, 10, 12} mm (Anexa.ST.01). - lungimile, a = X2 – h6/2 – h11/2 – 2g și b = (0,35…0,45)a; - diametrul găurilor asamblării cu bolţ se determină după definitivarea proiectării subansamblului S2, în urma calculului asamblării cu bolţ (Subcap.5.2, Ex.5.2)

D. Model de calcul, dimensionare şi verificare

Model de calcul

Ipoteze de calcul şi solicitări - modelul de calcul este o bară dreaptă încastrată, compusă din 2 tronsoane solicitate la tracţiune de forţa FX; bara este solicitată: la încovoiere oblică de sarcinile FZ, FY şi MZ7, MY7; la torsiune de momentul MX7; la forfecare de forţele FY şi FZ; - elementele 7 şi 8 în zona mediană sunt legate prin asamblarea ţevă-ţevă şi printr-o asamblare cu bolţ; - pentru calculul de rezistenţă se consideră că anasamblul celor două bare este încastrat în centrul flanşei 9; - deoarece, modelul de dimensionare cu luarea în considerare a tuturor solicitărilor este de complexitate mărită, în continuare, se adoptă un model simplificat care neglijează solicitările de forfecare și de torsiune, considerând doar solicitările cu tensiuni normale de tracțiune și de încovoiere; - după finalizarea formelor și dimensiunilor elementelor 7 și 8 se vor face verificări a celor două structuri asamblate cu pachetul MDESIGN (Ghid.5.4, Ex.5.4 ) și prin FEA (ANSYS) (Ghid.5.5, Ex.5.5). Date  de calcul (pentru rezolvarea modelul simplificat) - despre sarcini: FX , FY , FZ , MY7, MZ7; - despre dimensiuni: lungimile, a, b; se adoptă pentru cazul țevilor pătrate raportul, grosime/latură, k = t/h  = 0,05…0,15; - despre material: σ02 – tensiunea limită de curgere; c = 2…3 - coieficientul de siguranţă;  σat = σ02/c – tensiunea admisibilă la tracţiune; σaî = (1,05…1,15) σat - tensiunea admisibilă la încovoiere

Relaţii de calcul (pentru modelul simplificat)

Eforturi secționale

- eforturile de încovoiere maxime în secţiunile critice

M_{Y_S1} = M_Y7 + F_Z b, M_{Z_S1} = M_Z7 + F_Y b, în secţiunea S₁,

M_{Y_S2} = M_Y7 + F_Z a, M_{Z_S2} = M_Z7 + F_Y a, în secţiunea S₂;

- efortul axial, N = F_X, în secțiunile S₁ și S₂;

Dimensionarea țevii 7

- tensiunea de tracțiune, în secţiunea S₁, considerând t₇/h₇ = k,  

σ_t = = = ,

- tensiunea de încovoiere maximă în secțiunea S₁ (la nivelul unei muchii a țevii 7), considerând t₇/h₇ = k,

σ_{î_S1} = + = + = + = ,

- tensiunea rezultantă maximă, în secţiunea S₁,

σ_max = σ_t + σ_{î_S1}.

- condiţia de rezistenţă la tracțiune și încovoiere a țevii 7 în secţiunea S₁,

σ_max ≤ σ_at,

devine,

+ ≤ σ_at;

- pentru dimensionarea țevii 7 din această relație se obține ecuația de gradul 3,

σ_at – h₇ – 6 = 0 (Calc.4.3.1),

din care rezultă , egal cu valoarea maximă a soluțiilor reale; din Anexa.ST.02 se adoptă ţeavă pătrată cu dimensiunile standard, h₇ ≥ şi t₇ ≥ k.

Dimensionarea țevii 8

- în urma testelor de calcul a țevii 7, considerând valori diferite ale forței F_X, s-a constatat efectul nesemnificativ al solicitării de tracțiune și, în continuare, pentru calculul țevii 8 această solicitare se neglijează, astfel condiţia de rezistenţă la încovoiere oblică în secţiunea S₂ rezultă,

≤ σ_at;

ținând cont că, h₈ = t₈/k, se obține relația de dimensionare,

= k (Calc.4.3.2).

- adoptarea din Anexa.ST.02, ţeavă pătrată cu dimensiunile standard ale profilului, ținând cont de restricțiile: t₈ ≥ și h₈ = h₇ + 2t₈.

E. Proiectarea formei constructiv-tehnologică

Desene constructiv-tehnologice

Recomandări pentru adoptarea dimensiunilor și a parametrilor constructiv-tehnologici

- dimensiuni: h₇, t₇, h₈, t₈, L₇, L₈ = a – b; celelalte dimensiuni se vor determina ca urmare a calculului lungimii asamblării țeavă-țeavă, L_7-8 (Subcap.5.1, Ex.5.1) și a diametrului bolțului, D_b, ca urmare a calculului asamblării cu bolţ (Subcap.5.2, Ex.5.2);

- operații tehnologice: frezare capete țevi, găurire/alezare găuri pentru bolț;

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

- muchiile ascuțite se vor teși, 1x45^o;

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