PRC-A PROIECTAREA CONSTRUCTIVĂ A STRUCTURILOR PRODUSELOR MECANICE
PRC-A.1 PROIECTAREA ELEMENTELOR
PRC-A.1.1 PROIECTAREA ELEMENTELOR DE TIP COLOANĂ
PRC-A.1.1.2 COLOANĂ SUPERIOARĂ - CAZUL 1
|
CUPRINS |
|
PRC-A.1.1.2.1 DATE DE PROIECTARE PRC-A.1.1.2.2 ALEGEREA MATERIALULUI, TRATAMENTELOR TERMICE ŞI A TEHNOLOGIEI PRC-A.1.1.2.3 ALEGEREA FORMEI CONSTRUCTIVE PRC-A.1.1.2.4 DIMENSIONARE ŞI VERIFICARE PRC-A.1.1.2.5 PROIECTAREA FORMEI TEHNOLOGICE PRC-A.1.1.2.6 VERIFICAREA MODELULUI CU PACHETUL MDESIGN |
PRC-A.1.1.2.1 DATE DE PROIECTARE
Tab. PRC.A.1.1.2.1.1 Definirea problemei de proiectare a elementelor de tip coloană
|
|
Subtema de proiectare Să se proiecteze coloana superioară, poziţia 5 din fig. PRC-A.1.1.2.1.1 cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor FX, FY şi FZ de la tirantul 4 la suportul 6 din componenţa subansamblului sudat S1 al dispozitivului de remorcare. Specificaţii impuse a. Forţele exterioare: FX = 1500 N, FY = 300, FZ = 700 N acţioneză la distanţele L1 = 48 mm; L2 = 80 mm; L3 = 180 mm; se calculează momentele de încovoiere în centrul profilului pătrat (îmbinarea sudată): MX5 = FY L1 = 14400 Nmm, MY5 = FX L1 + FZ L2 = 128000 Nmm, MZ5 = FY L2 = 24000 Nmm. b. Tipul sarcinii: statică c. Restricţii dimensionale: se va utiliza semifabricat din ţeavă pătrată, pentru care ţinând cont că se îmbină prin sudare cu tirantul 4 de lăţime b = 60 mm (PRC-A.1.2.1), deci, din considerente de posibilitate a aplicării cordonului de sudură de colţ, se impune ca latura, h < 50 mm; a. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată d. Condiţii constructive: interschimbabilitatea, modularizarea b. Condiţii de ecologie : utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii
|
|
Fig. PRC-A.1.1.2.1.1 Schema funcţional-constructivă a elementului coloană superioară: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare |
PRC-A.1.1.2.2 ALEGEREA MATERIALULUI, TRATAMENTELOR TERMICE ŞI TEHNOLOGIEI
Deoarece suportul este o piesă care se va suda se adoptă, oţel S235 (OL37), conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2).
Tab. PRC-A.1.1.2.2.1 Date despre material
|
Materialul |
Tratamentul termic |
Duritatea [HB] |
Tensiunea limită de curgere |
Rezistenţa la rupere, σr |
|
S235, SR EN 10025-2 (STAS 500/2) |
- |
- |
s02 = 235 MPa |
sr = 360 MPa |
PRC-A.1.1.2.3 ADOPTAREA FORMEI CONSTRUCTIVE
|
Fig. PRC-A.1.1.2.3.1 Parametri geometrici funcţionali şi constructivi |
Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive - se va adopta, din considerente de greutate minimă, semifabricat din ţeavă pătrată; - se va urmări ca dimensiunea ţevii pătrate să permită aplicarea cordonului de colţ la sudarea cu elementul 4
Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: - se adoptă din considerente de greutate redusă semifabricat din ţevă pătrată; -
lungimea
|
PRC-A.1.1.2.4 SCHEMA DE CALCUL, DIMENSIONARE ŞI VERIFICARE
|
Fig. PRC-A.1.1.2.4.1 Schema de calcul şi diagramele de eforturi |
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 coloanei 5 se consideră ca fiind o bară dreaptă cu secţiune pătrată cu latura h5 şi grosimea t5 încastrată, solicitată la compresiune de forţa FZ ; la încovoiere oblică de sarcinile FX, FY, MX5 şi MY5; la torsiune de momentul MZ5 şi la forfecare de forţele FX, FY. - Se neglijează efectele găurilor de fixare axială în corpul 6 cu bolţ. - 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 dată de forţa FX şi momentul MY5; - după determinarea dimensiunilor prin rezolvarea modelului simplificat şi calculul legăturii de tip ţevă-ţeavă (fer. PRC-A.2.1.1) se va face verificarea cu pachetul MDESIGN cu luarea în considerare a celor două ţevi 5, 6 (ca formând un bloc), situaţie ce corespunde mai bine cu situaţia reală (PRC-A.A.1.1.2.6)
|
|
|
Date cunoscute: -
despre forme
şi dimensiuni: ţeavă pătrată cu h5 < 50 mm; - despre încărcare: FX = 1500 N, FY = 300, FZ = 700 N; MX5 = 14400 Nmm, MY5 = 128000 Nmm, MZ5 = 24000 Nmm; -
despre material:
|
Relaţii de calcul: -
efort de încovoiere în secţiunea critică (model
simplificat): Mî
max = MY5 + FX - condiţia de rezistenţă la încovoiere în secţiunea critică,
- dimensionare, din ultima parte a relaţiei (PRC-A.1.1.2.4.1), ţinând cont că, uzual pentru ţevile pătrate standard, t/h = 0,05…0,15, (t/h = 0,1) se determină,
şi rezultă, t5 = 3,9 mm; din fer. PRC-M.2 se adoptă semifabricat ţeavă pătrată cu dimensiunile h5 = 40 mm şi t5 = 4 mm. |
|
PRC-A.1.1.2.5 PROIECTAREA FORMEI TEHNOLOGICE
Tab. PRC-A.1.1.2.5.1 Parametri tehnologici şi de reprezentare
|
|
Recomandări pentru adoptarea parametrilor tehnologici şi de reprezentare:
- lungimea coloanei se va determina prin calculul lanţului de dimensiuni care implică elementele 5 şi 6 poziţionate axial de bolţ; lungimea elementului 6, l6 = L = 70 mm, s-a determinat în subcap. PRC-A.2.1.1; - diametrul găurii de bolţ s-a determinat în urma calcului asamblării cu bolţ în subcap. ASB-A.2.1; - numărul de găuri şi deci cursa de reglare se va determina ţinând cont de încadrarea în gabaritul dispozitivului pentru a nu se depăşi limita înferioară (aceasta se va determina de pe desenul de ansamblu); - rugozitatea de prelucrare Ra = 6,3 µm
|
PRC-A.1.1.2.6 VERIFICAREA MODELELOR ELEMENTELOR 5 ŞI 6 CU PACHETUL MDESIGN
Tab. PRC-A.1.1.2.6.1 Modelul de analiză cu MDESIGN
|
|
|
|
Parametrii secţionali în Secţiunea 1: - aria,
- momentele de inerţie axiale
- modululele de rezistenţă axiale
Parametrii secctionali în Secţiunea 2, deoarece ţeava pătrată 5 are secţiune standard 40x4 (fer. PRC-M.2) şi este inclusă în baza de date MDESIGN, pentru aceasta nu se calculeză parametrii secţionali |
|
a |
b |
c |
|
|
Fig. PRC-A.1.1.2.6.1 Modelul de analiză cu MDESIGN; a – structura barei şi încărcarea exterioară; b – geometria în Secţiunea 1; b – geometria în Secţiunea 2 |
|||
Tab. PRC-A.1.1.2.6.2 Calculul şi introducerea în baza de date MDESIGN a parametrilor secţionali corespunzători profilului Secţiunii 1 (pătrat 50x9)
|
|
|
|
|
Etape de operare: - se va selecta opţiunea Own assignment în caseta Beam dimensions according to; - se va selecta opţiunea Square, cold holloew sections în fereastra Beam profile - se introduc valorile parametrilor b şi t şi va calcula automat parametrii secţionali A, Iy … Sz. - se va activa comanda Save şi se va accepta prin apăsarea butonului Yes în fiecare din ferestrele de mai jos.
|
|
Preprocesarea modelului de calcul |
||||||||||||
|
|
||||||||||||
|
Introducerea datelor şi selectarea opţiunilor de calcul |
||||||||||||
|
Date şi opţiuni directe |
Date şi opţiuni auxiliare |
|||||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
Rezolvarea modelului |
||||||||||||
|
Activeză butonul, |
|
® |
Corectare neconcordanţe sau erori în datele de intrare (numai dacă apar ferestre de avertzare) |
® |
|
® |
|
® |
|
Salvează rezultatele în format htm, |
||
|
Postprocesarea rezultatelor |
||||||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
||||||||||||
Obs. Din analiza datelor de mai sus precum şi a celor din fişierul PRC-MD.2 se validează evidenţiază eforturile şi tensiunile axiale şi globale în toate punctele critice din secţiunea critică.