طراحی بالابر دو ستونه اتومبیل
فهرست مطالب
-1 مقدمه.
-2 تئوری پروژه.
-3 طراحی اجزای بالابر .
-1-3 بازوهای کشویی.
-1-1-3 چگونگی توزیع نیروی وزن اتومبیل بر روی بازوها و تعین طول آنها.
-2-1-3 طراحی بازوی بزرگتر.
تحلیل.
محاسبات.
-3-1-3 طراحی کشوئی بازوی بزرگتر .
-4-1-3 طراحی بازوی کوچکتر
تحلیل
محاسبات
-5-1-3 طراحی کشوئی بازوی کوچکتر
-2-3 پین متصل کننده بازو به ناودانی
تحلیل
محاسبات
-3-3 ناودانی ته بازوها
تحلیل
محاسبات
-4-3 طراحی پیچ انتقال قدرت
طراحی بالابر دو ستونه اتومبیل 2
تحلیل
محاسبات
-5-3 طراحی مهره
-1-5-3 طراحی ناورانی قائم
تحلیل
محاسبات
-2-5-3 طراحی پلاستیکهای متصل به ناودانی قائم
تحلیل
محاسبات
-3-5-3 تحلیل مهره
تحلیل
محاسبات
-4-5-3 تحلیل تنش ها وتغییر مکان های ایجاد شده بر روی ناودانی به کمک نرم افزارCATIA
-6-3 طراحی تسمه
تحلیل
محاسبات
-7-3 طراحی ستون
تحلیل
محاسبات
-8-3 یاتاقانهای دو سر پیچ قدرت
تحلیل
محاسبات
-9-3 طراحی زنجیر
تحلیل
محاسبات
-10-3 طراحی صفحه ستونها
تحلیل
محاسبات
-11-3 طراحی پیچهای پای ستونها
تحلیل
محاسبات
-4 نقشه های مهندسی قطعات بکار برده شده در بالابر .
-5 مراجع
-1-5 مراجع فارسی
-2-5 مراجع لاتین
-1 مقدمه
امروزه بالابرها تحول بزرگی در صنایع حتی امور مختلف روزمره ایجاد کرده اند که آسانسورها پرکاربردترین بالابرهایی است که با آنها سروکار داریم. البته بالابرهای صنعتی که امروزه به طور مشخص در کارگاههای تعمیر خودرو و در پارکینگها و در کنار خیابانها برای پارک خودرو و دیگر وسایل نقلیه بکار می روند، هر کدام بنا بر استفاده مورد نیاز از آنها طراحی خاصی دارند. مبحثی که در این مجال به آن معطوف شده ایم طراحی بالابرهایی است که در تعمیرگاههای وسایل نقلیه موتوری از آن استفاده می شود. این نوع بالابرها)و همه بالابرها( بر اساس وزنهای مختلف طراحی می شوند. همچنین برای موارد استفاده و جبران بعضی محدودیتها به صورت تک ستونه، دو ستونه و چهار ستونه نیز طراحی می گردند. البته لزوم استفاده از این نوع بالابرها در داخل تعمیرگاهها نیز متفاوت است. برخی برای تعمیرات لازم در زیر اتومبیل استفاده می شوند که ارتفاع بالابری زیادی دارند و برخی دیگر فقط برای تعویض چرخها طراحی می گردند و ارتفاع بالابری کمتری نسبت به نوع قبلی دارند. لازم به ذکر است که در گذشته از چال در کارگاهها برای تعمیرات قسمت زیرین اتومبیل استفاده می شد )البته در تعمیرگاههای قدیمی هنوز از این شیوه برای تعمیر اتومبیل ها استفاده می شود(.
-2 تئوری پروژه
این پروژه که تقریباً با صرف 900 نفر ساعت سعی کرده است تا به تمامی جوانب یک طراحی اصولی
و منطقی با تمام فرضیات مستدل و معقول در اجزای مختلف یک بالابر توجه شود.
در این به طراحی کامل یک بالابر دو ستونه پرداخته شده است. مولفه مهم قابل ذکر در این بالابر
استفاده از پیچ انتقال قدرت برای بالابردن اتومبیل است. مکانیزم آن به این صورت است که پیچ در
جای خود می چرخد و مهره ای را که بوسیله مکانیزمی مرتبط به بازوهاست، بالا یا پائین می برد.
البته روش دیگری که می تواند این وظیفه را با چنین مکانیزمی انجام دهد، این است که پیچ بطرف
یافت می شود. در این Joyce بالا یا پائین حرکت کند. این روش در جکهای پیچ وچرخدنده حلزونی
مجال، به مکانیزمی با روش اول پرداخته شده است.
مشخصات بالابر مورد نظر در شکل زیر ذکر شده است.
شکل شماتیک این بالابر در زیر نمایش داده شده است.
قسمتهای مختلف قابل مشاهده در بالابر به شرح زیر می باشد:
1. بازوهای کشویی
2. پین متصل کننده بازو به ناودانی
3. ناودانی ته بازوها
4. رابط بازوها به پیچ انتقال قدرت)مهره(
5. پیچ انتقال قدرت
6. یاتاقانهای لغزشی داخل ستون
7. ستون بالابر
8. عضو رزوه شده متصل به پیچ قدرت)مهره اصلی(
اجزای قابل طراحی دیگری که در این پروژه به آنها توجه شده است، به قرار زیر است:
یاتاقانهای غلتشی دو سر پیچ قدرت
پولیها و تسمه های انتقال توان از موتور به پیچ قدرت
چرخ زنجیر و زنجیر انتقال دهنده توان از یک پیچ به پیچ قدرت دیگر
صفحه ستونها
پیچهای متصل کننده صفحه ستونها به زمین
-3 طراحی اجزای بالابر
حال به بحث و طراحی اعضای مختلف بالابر که در بالا بدان اشاره شد، می پردازیم.
-1-3 بازوهای کشویی
-1-1 چگونگی توزیع نیروی وزن اتومبیل بر روی بازوها و تعین طول آنها -3
در این پروژه، بازوها بر اساس موقعیت مرکز جرم وسیله نقلیه طراحی می شوند. با توجه به اینکه در
اتومبیل ها مرکز جرم به اکسل جلو نزدیکتر است، پس برای آنکه گشتاور کمتری روی بازوها و در
نتیجه ستون قرار بگیرد، لذا طراحی بازوها به گونه ای انجام می گیرد که آنها در حداقل و حداکثر
مقدار خودشان با هم تفاوت داشته باشند. بر این اساس بازویی که قرار است در نزدیکی اکسل عقب
اتومبیل قرار بگیرد باید طول بیشتری را نسبت به بازوی مجاور خود داشته باشد.
اتومبیل در هر وضعیتی قرار بگیرد و بازوها به هر اندازه دلخواهی که باز شوند، همواره دو گشتاور
خمشی بر ستون وارد می کنند. تنها یک حالت بهینه وجود دارد که یکی از این گشتاورها برابر صفر
می شود. در این پروژه طول بازوها بر اساس این حالت بهینه طراحی شده اند.
مطابق شکل 4 خطهای OB و OAنشان دهنده بازوهای بالابر هستند. فرض کنید فاصله مرکز جرم
اتومبیل تا وسط ستون(نقطه (O برابر x باشدگشتاورهای ناشی از وزن اتومبیل بر روی
بازوهاست که بر ستون اعمال می شود.
حال برای اینکه گشتاور برآیند در راستای محور y برابر صفر شود باید:
d فاصله بین ستون تا بدنه اتومبیل است
لذا بهترین حالت قرار گرفتن اتومبیل آن است که مرکز جرم آن دقیقاً روبروی وسط ستون قرار
بگیرد. حال با علم به این نکته، ابعاد و بازوها به روش زیر طراحی شده اند:
اگر بیشترین مقدار خود را اتخاذ کنند (تقریباً مجموعشان دو متر شود) با در نظر گرفتن بزرگترین پارامترهای موجود در شکل بیشترین طول بازوی OB را برابر و حداقل مقدار طول بازوی
را برابردر نظر می گیریم. بدین منظور که اگر بازوی سمت راست و سمت چپ به مقدار اندازه های فوق باز شوند، اتومبیل خود بخود طوری قرار می گیرد که مرکز جرم آن روبروی ستون قرار گیرد (توجه شود که انتخاب این مقادیر، برای رسیدن به حالت بهینه ای است که برای سنگین ترین وسیله نقلیه در نظر گرفته شده است).
حال همان وضعیت شکل 4 را در نظر بگیرید بگونه ای که مرکز جرم در نزدیکی بازوی کوچک قرار
دارد. ولی اینبار بازوی کوچک در حال بزرگتر شدن و به موازات آن بازوی بزرگ در حال کوچک
شدن خواهد بود. با ادامه این روند می توان به بدترین حالت ممکن رسید یعنی حالتی که بازوی
کوچک به اندازه حداکثر مقدار بازوی بزرگ افزایش یابد. بنابراین لازم است برای جلوگیری از این
حالت برای حداکثر مقدار بازوی کوچک محدودیت قائل شد. این محدودیت را حالتی قرار می دهیم
که طول دو بازو با هم برابر شوند(مطابق شکل 3)
بر این اساس طول دو بازو و زاویه بین آنها برابر مقادیر ذیل خواهند بود.
از دیگر مزیت های این حالت این است که اگر اتومبیل بر عکس حالت فوق قرار بگیرد مقدار
گشتاور برایند حاصله روی ستون هیچ تغییری نخواهد کرد بنابراین زمانی که طول دو بازو با هم
برابر باشند هیچ محدودیتی در قرار گرفتن اتومبیل روی بالابر وجود نخواهد داشت. توجه شود که
برای رسیدن به حالت بهینه با یک محدودیت روبرو هستیم و آن این است که همواره باید چرخهای
جلوی اتومبیل در نزدیکی بازوی کوچک قرار بگیرد. ولی ممکن است بر اساس بی توجهی که توسط
تعمیرکاران صورت می گیرد، عکس این حالت رخ بدهد که در این حالت اگر بازوها در حالت بهینه
قبلی قرار گرفته باشند با بدترین حالت ممکن روبرو خواهیم شد:
بنابراین حالت اخیر که بیشترین مقدار گشتاور را روی ستون و بازوها ایجاد می کند مبنای طراحی
بالابر خواهد بود(با این وجود باید متذکر شوند که اکسل جلوی وسیله نقلیه بطرف بازوی کوچک
قرار گیرد).
بنابراین طبق این طراحی مقدار حداقل وحداکثر بازوها به قرار زیر خواهد بود:
البته لازم به ذکر است که انتخاب یک کمینه برای دو بازو به سلیقه طراح بستگی دارد. اما مقادیر
بیشینه نباید از عبارات داده شده برای طول بیشینه برای هر بازو تجاوز کند.
-2-1-3 طراحی بازوی بزرگتر
تحلیل
چون مبنای محاسبات طراحی بر ماکزیمم طول بازوی بزرگتر قرار دارد، پس ابتدا گشتاور اعمالی به
این بازو را محاسبه کرده سپس پروفیلی حدس زده و در آن تسلیم را بررسی می کنیم. قبل از هر
چیز چند نکته قابل ذکر است. اول اینکه مقدار خمش باید در نقطه خطرناک بازو محاسبه گردد.
دوم اینکه برای استحکام بیشتر از دو قوطی مشابه بر روی هم در انتهای بازو بعنوان لچکی استفاده
شده است. که با کم شدن طول بازو مقطع به یک قوطی می رسد. ضمناً بازوها از فولاد-
3(طبق استاندارد DIN شماره ماده 1.0570 می باشد ) با استحکام تسلیم355MPa [2]، انتخاب
شده اند. شماره پروفیلها نیز از استاندارد DIN 59411 [2]انتخاب شده اند. مهمترین نقش در
انتخاب قوطی ضریب طراحی است. چون در این دستگاه سعی بر طراحی دقیق بوده و مواد از جنس
نرم(Ductile)هستند و ضمناً مواد ریخته گری شده و جان پرسنل در خطر است، ضریب طراحی
بقرار زیر است:
همانطور که در فرمول نیز مشخص شده ضریب نهایی مربوط به شوک در حین راه اندازی دستگاه
می باشد. دلیل انتخاب این عدد، شوک آرام بدلیل وجود تسمه و موتور الکتریکی در دستگاه بالابر
می باشد.
محاسبات
مقدار M اعمال شده بر بازو عبارتست از :
مقطع خمش خطرناک در شکل 6 مشخص است.
حال سعی و خطا را آغاز می کنیم.
ابتدا پروفیل را در نظر بگیرید. که مقداررا نشان می دهد. ممان اینرسی مجموعه حول تار خنثی برابر
است. با جایگذاری این مقدار در رابطه تنش خمشی، مقدار تنش محاسبه می شود.
با توجه به ضریب طراحی و مقدار تنش تسلیم این پروفیل قابل قبول نیست. در اینصورت پروفیل دیگری باید حدس زد. اینبار پروفیل را در نظر بگیرید. بر این اساس داریم:
این پروفیل نیز قابل قبول نیست. زیرا:
حال پروفیل را در نظر بگیرید. بنابراین :
بعد از مطمئن شدن از تنش قائم با تنش برشی ناشی از نیروی عرضی که در سرتاسر بازو قرار دارد
نیز چک شود. لازم به ذکر است که مقدار تنش برشی بر روی تار خنثی بیشینه است. بنابراین
محاسبات را پی می گیریم.
با این حساب این قوطی را می پذیریم.
بعد از یافتن شماره قوطی می بایست طول لچکی محاسبه گردد(شکل 7 را ببینید).
مقدار گشتاور در ابتدای لچگی برابر است با:
-3-1-3 طراحی کشوئی بازوی بزرگتر
همانطور که در بخش قبل گفته شد، طول اولیه بازوی بزرگتر0.9m است و بقیه یعنی0.6m طول کشوئی بازو می باشد. این کشوئی باید پروفیل کوچکتری داشته باشد تا به راحتی در کشوئی بزرگتر رفت و آمد کند. از طرف دیگر باید در برابر گشتاور اعمال شده به آن تسلیم نشود. پس حداقل مقدار(I/c) Sرا برای اینکه قوطی به تسلیم برسد را می یابیم(توجه شود که ماکزیمم شماره ای که می توان انتخاب کرداست زیرا شماره بزرگتر در داخل قوطی دیگر قرار نمی گیرد.
با عنایت به اینکه بالاترین شماره پروفیلی که می توان حدس زد دارایs=38600 می باشد ، برای تقویت این قوطی از دو ورق با ابعاد مقطعکه در بالا و پائین آن قرار می گیرند، استفاده می کنیم. در اینصورت باتوجه به شکل 8 ممان اینرسی و در نتیجه S مقادیر ذیل را اتخاذ می کنند.
بنابراین پروفیل داخلی نیز طراحی شد.
-4-1 -3طراحی بازوی کوچکتر
تحلیل
همانطور که در بخش قبل گفته شد حداقل و حداکثر طول بازوی کوچک بترتیب برابر0.7 و1.1m
می باشد.البته در اینجا برای کشوئی بزرگتر همان قوطیانتخاب شده است. زیرا هم تقارن
در سیستم رعایت شده و هم طول ناودانی که در بخشهای بعد بدان اشاره خواهد شد، براساس
بازوی بزرگتر که خطرناکتر نیز هست، طراحی شده است. فقط حداقل ضخامت پروفیل با این ابعاد
داده شده باید محاسبه گردد.
بعد از یافتن ضخامت حداقل طول لچکی بدست می آید. در نهایت نیز ابعاد قوطی کشوئی کوچکتر
محاسبه خواهد شد.
کلاً تحلیل و محاسبات برای بازوی کوچک دقیقاً مانند بازوی بزرگ است. تنها تفاوت در مقدار
گشتاورها و نیروهاست.
محاسبات
ابتدا گشتاور اعمالی به این بازو برابر مقدار زیر است.
مقدار ممان اینرسی برای پروفیل با حداقل ضخامت برابر :
است. مقدار تنش نیز برابر است با:
پس پروفیل فوق را برای کشوئی بزرگتر قابل قبول است. حال باید مقدار طول لچکی تعیین شود.
فرض کنیم مقدار آن l محاسبات دقیقاً مشابه بازوی بزرگتر است. اگر طول این لچکی را برابر
اینگونه محاسبه می گردد.
-5-1 -3طراحی کشوئی بازوی کوچکتر
در اینجا نیز شبیه بازوی بزرگ بعد از محاسبه گشتاور باید حداقل S برای جلوگیری از تسلیم تعیین شود. توجه کنید که کشوئی دارای طول0.4m است .
در این حالت پروفیل جوابگو خواهد بود.
-2-3 پین متصل کننده بازو به ناودانی
تحلیل
این پین دقیقاً در انتهای بازوها قرار دارد وظیفه اش نگهداشتن بازو، ایجاد حرکت چرخشی در
بازوها و انتقال نیرو و گشتاور از بازوها به ناودانی نگه دارنده، می باشد. این پینها بوسیله غلافی که
در اطرافشان قرار دارد و به قوطیها متصلند، محافظت می شوند. وظیفه این غلاف پخش نیرو در
امتداد طولی و شعاعی پین است. مزیت این امر جلوگیری از ایجاد نیروهای متمرکز در راستای
طولی پین است. نمونه ای از این غلاف را در شکل 9 [4] مشاهده می کنید.
در این پروژه نیز مبنای تحلیلها بر الهام از این موضوع قرار گرفته است. منظور از تحلیل در پین
بدست آوردن حداقل قطر است. با استفاده از تحلیلهای برش، لهیدگی و کندگی روابطی بر حسب
D استخراج می شود که بیشترین قطر جواب مورد نظر خواهد بود. ترکیب بندی قوطیها و غلاف
وپین در شکل 10 نشان داده شده است.
شکل شماتیکی از دیاگرام نیروهای وارد بر پین در شکل 11 زیر نشان داده شده است.
در این شکل F نیروی وارده از طرف ناودانی،F1 برآیند نیروهای گسترده وارده از طرف غلاف و2L ارتفاع دو قوطی یا ارتفاع ناودانی می باشد.
محاسبات
گشتاور ایجاد شده در انتهای بازوی بزرگ برابر است با:
با توجه به شکل 11نیروهای F1 وF از روابط ذیل بدست می آیند (در اینجا فاصله بین قوطی وناودانی ناچیز فرض شده است)
برش پین
با توجه به شکل مقطع برش بین نیروهایF , F1 قرار دارد. بنابراین مقدار تنش برشی برابر است با:
که در این رابطه Sy)p تنش تسلیم پین می باشد. نوع فولادی که برای پین در نظر گرفته شده فولاد1.0401یا
C15 با استحکام تسلیم 355MPa می باشد [2]
(توجه کنید که ضریب طراحی همان مقداری است که در قسمت طراحی بازوها محاسبه شد. زیرا
همه آن موارد در اینجا نیز صادق است)
لهیدگی بازو
توزیع نیرو در مقطع لهیدگی بازو در شکل 12 نشان داده شده است.
با توجه به شکل تنش اعمالی به مقطع برابر
در این رابطه. Sy)b تنش تسلیم قوطی است که در قسمت قبل بیان شد است.
کندگی بازو
چون کندگی در بازو تنش زیادی را می طلبد، از بحث در مورد آن اجتناب می کنیم. فقط لازم بذکر
است که تنش اعمالی بیک قوطی بصورت خطی از یک مقدار بیشینه تا صفر تغییر میکند.
نتیجه
چون پروفیل انتخابی می باشد، از تحلیل برش و لهیدگی محدوده D با جایگذاری در روابط فوق بدست می آید.
D ≥ 48mm : تحلیل برش
D ≥ 15mm : تحلیل لهیدگی
پس مقدار قابل قبول می باشد. با توجه به موارد گفته شده برای تلرانسها در[2]
، را برای پین و غلاف آن در نظر می گیریم.
-3-3 ناودانی ته بازوها
تحلیل
برای ناودانی ته بازوها فقط لهیدگی مقطعی که پین قرار دارد مد نظر است زیرا همانطور که در
تحلیل پین نیز گفته شد، برای کندگی در مقطع سوراخ نیروی زیادی لازم است که از تحلیل آن
صرفنظر می کنیم. منظور از تحلیل برای این قسمت بدست آوردن کمترین ضخامت در ناودانی
است. ابعاد دیگر ناودانی نکته طراحی خاصی ندارد. چون بوسیله شکل دهی ورقی که ضخامت آنرا
بدست آورده ایم، ابعاد مورد نظر را ایجاد می کنیم.
محاسبات
تنش لهیدگی در سوراخ برابر است با:
توجه کنید که Fهمان نیروی محاسبه شده در قسمت طراحی پین است. ضمناً مقدار تنش تسلیم(Sy) همان800MPa [6] در نظر گرفته شده است. ضریب طراحی نیز همان مقدار 4 اختیار شده است. دلیل این امر نیز در قسمت طراحی بازوها بیان شده است.
پس مقدار t اینگونه بدست می آید.
طبق استاندارد ضخامت استاندارد برابر 10mm خواهد بود. ابعاد دیگر ناودانی درشکلهای 13 و 14 نشان داده شده اند.
-4-3 طراحی پیچ انتقال قدرت
تحلیل
پیچ انتقال قدرت، وسیله ای است که در ماشین ها برای تغییر حرکت زاویه ای به حرکت خطی
بکار می رود ومعمولا برای تسهیل در انتقال توان استفاده می شود.
نوع پیچ انتقال قدرتی که برای طراحی بالابر استفاده می شود پیچ دندانه ذوزنق های با زاویه
29 درجه [5] می باشد و چون تمامی وزن اتومبیل توسط هر دو پیچ انتقال قدرت که در ستونها
قرار دارند، تحمل می شود لذا باید وزن اتومبیل را بین دو پیچ تقسیم کرد. این پیچ ها تحت بار
مرکزی قرار دارند. لذا احتمال کمانش در آنها وجود دارد. بنابراین قبل از تحلیل تنش های موجود
روی بدنه پیچ و دندانه های آن لازم است که ابتدا کمانش آن بررسی شود.
از آنجایی که ابتدا و انتهای پیچ در درون یاتاقان قرار می گیرد، آنرا بصورت دو سر در گیر در نظر
می گیریم. حال محاسبات را پی می گیریم:
محاسبات
ابتدا با استفاده از فرمول داده شده در [ 3] حداقل قطر را برای جلوگیری از کمانش را استخراج می کنیم. مقدار اتخاذ شده است(پیچ مانند ستون بلند فرض شده است) [3]
لازم به ذکر است که پیچ از فولاد تولید شده است Cc نسبت باریکی بحرانی نام دارد.
حال باید بررسی شود که آیا در نظر گرفتن این پیچ بعنوان ستون بلند فرض صحیحی بوده است یا
خیر لذا:
بنابراین فرض در نظر گرفته شده صحیح می باشد.
بعد از بررسی کمانش پیچ می بایست تنشهای بوجود آمده در پیچ نیز تحلیل گردد. پیچی که
قطری نزدیک به قطر استاندارد دارد، پیچاست است که مشخصات کامل آن در زیر آمده :
برای بررسی تنش های ایجاد شده روی بدنه پیچ ابتدا از تنش برشی شروع می کنیم. برای اینکار
باید مقدار گشتاور پیچشی لازم روی پیچ را تعیین شود. لذا(ضریب اصطکاک برابر 0,15 در نظر
گرفته شده است[3]
بنابراین تنش برشی روی پیچ برابر است با:
تنش فشاری ناشی از وزن نیز از رابطه زیر محاسبه می شود:
تنش ناشی از خمش از فرمول زیر قابل محاسبه است)رزوه اولی درگیر با مهره 0,38 وزن را تحمل
می کند( [3]
نوع فرم دندانه در شکل در شکل نشان داده شده است.
با توجه به شکل مقدارb,c از روابط ذیل بدست می آیند.
حال با جایگذاری تنش های حاصله در رابطه فون مایزز، تسلیم را بررسی می کنیم.
لذا انتخاب پیچ درست بوده و تسلیم رخ نمی دهد.
-5-3 طراحی مهره
-1-5 -3طراحی ناورانی قائم
تحلیل
همانطور که در شکل 16 دیده می شود برای انتقال نیرو و گشتاورهای ایجاد شده از بازو به ستون و پیچ از ورق های3 St52-( با استحکام تسلیم[2]345MPa ) استفاده گردیده است که به صورت ناودانی فرم داده می شوند.
ضخامت ناودانی افقی چنانکه در مبحث طراحی پین بیان شد برابر 10 میلیمتر می باشد. ابعادی
که برای این ناودانی در نظر گرفته شده است با توجه به آزادی حرکت بازوها)زاویه چرخش آنها( و
با توجه به سعی و خطاهایی که برای پایین آوردن حداکثر تنش های ایجاد شده در آن که تحلیل این تنشها بوسیله نرم افزار CATIAانجام شده، طراحی گردیده است. چنانچه درشکل 17 نشان
داده شده است از یک صفحه به ضخامت 10 میلیمتر که بواسطه اتصال جوش بین صفحات ناودانی
افقی قرار گرفته تا تغییر مکان لبه های این ناودانی را تعدیل کند.
نوع جوشی که برای این کار استفاده می شود E70xx(با استحکام تسلیم[3]393 MPa )که ساق
جوش آن5mm است. از آنجایی که این صفحه از دو طرف خود به ناودانی جوش داده می شود لذا
در تحلیل آن گشتاورهای برآیند وارد بر ناودانی به نصف کاهش می یابند.
محاسبات
ناودانی قائم که بواسطه جوش فیلت به ناودانی افقی متصل میگردد دارای ضخامت15mm بوده
و ارتفاع آن350mm می باشد. پهنای آن نیز 110 mm است که این پهنا به علت محیطی که باید دو
ناودانی به هم جوش داده شوند انتخاب شده است. محیطی که برای جوش دادن دو ناودانی انتخاب
می شود یک مستطیل به اضلاع با ساق جوش 10 mm است و نوع الکترودی که
برای اینکار استفاده می شود حال با توجه به ضریب طراحی 4 (به همان دلیلی که در تحلیل بازوها گفته شد) به تحلیل این اتصال می پردازیم:
جریان های برشی حاصل از نیرو وگشتاورها را به روش زیر بدست می آوریم:
با توجه به آنکه تنها در نقاط 1و 2 در شکل 19 مقدار زاویه بین جریان برشی نیروی عرضی و گشتاور
پیچشی کمترین مقدار است بنابراین مقدار تنش در این نقاط بصورت زیر است:
چنانچه در شکل 20 زیر نشان داده شده است، ناودانی قائم توسط چهار میله گرد به قطر30mm
بواسطه تفلون ها به ستون تکیه داده می شود.
با توجه به آنکه طول ناودانی قائم350 mm می باشد لذا میله گردها به گونه ای به ناودانی جوش
داده می شوند که فاصله مراکز میله ها که در یک طرف ناودانی قرار دارند300mm گردد. حال با
توجه به این فاصله و گشتاورهای ایجاد شده بر روی آن، نیروهایی که بر این میله ها و جوش اتصال
دهنده بین میله و ناودانی بو جود می آید به صورت زیر است )توجه شود که گشتاور پیچشی که بر
ستون اعمال می شود نیرو های حاصل از آن تنها بر دو تفلون که در بالا وپایین و در طرف های
مقابل هم قرار دارند وارد می شود( :
حال با توجه به نیروهای بوجود آمده روی میله اگر از الکترود و ساق جوش
برای اتصال میله و ناودانی استفاده کنیم با توجه به تحلیل های انجام شده زیر تنش حاصل از
نیروی برشی ایجاد شده با ضریب طراحی چهار از مقدار تنش برشی مجاز تجاوز نخواهد کرد :
(شماره 2)
حال اگر یک برش عرضی روی میله گردها که دارای استحکام تسلیم345 MPa می باشد بزنیم و
نیروهای شکل فوق را روی آن انتقال دهیم بررسی می کنیم که آیا نیروهای وارده بر آن باعث
تسلیم میله ها می شود ؟
-2-5-3 طراحی پلاستیکهای متصل به ناودانی قائم
تحلیل
این پلاستیکها از جنس تفلون می باشند و وظیفه آنها انتقال گشتاور از ناودانی قائم به ستون
می باشد.
با توجه به شکل 21 که نمای دو بعدی تفلونهای بکار رفته در بالابر را نشان می دهد، ملاحظه می
شود که در بخش بالای تفلون ها تحت تنش بیشتر قرار دارند و احتمال تسلیم شدن آنها در این
قسمت ها وجود دارد. تفلون هایی که در این بالابر از آنها استفاده می شود دارای استحکام کششی35MPa
بوده و هدف از تحلیل زیر یافتن حداقل ارتفاع آنها می باشد.
محاسبات
برای تنش های ایجاد شده در شکل 22 داریم:
و برای تنش های ایجاد شده در شکل 21 داریم:
لذا با قرار دادن تنش های بدست آمده در رابطه فون مایزز حداقل مقدار ارتفاع تفلون ها37mm حاصل می گردد:
که با توجه به قطر میله ارتفاع تفلون ها را50mm در نظر می گیریم. با توجه به موارد گفته شده برای تلرانسها در [ 2] ، تلرانس F8/h 6 را برای راهنمای داخل ستون اتخاذ شد است.
-3-5 -3تحلیل مهره
تحلیل
با توجه به پیچ Acme انتخاب شده بعنوان پیچ انتقال قدرت که دارای گام 0.25 اینچ می باشد لذا
مقدار طولی از پیچ که روی رزوه های آن نیرو وجود دارد(7رزوه) 45mm می باشد. حال با توجه
به شکل 23 از یک قطعه مکعبی به اضلاع استفاده می کنیم که در وسط آن سوراخی
را به قطرخارجی44.45 mm قلاویز می کنیم. جنس مهره با جنس پیچ یکسان بوده و دارای
استحکام تسلیم MPa 345 می باشد. از آنجایی که این مهره از دو طرف به ناودانی قائم اتصال پیدا
میکند لذا برای تحلیل استحکام جوش در هر طرف،نیروی وزن روی ستون به نصف کاهش می یابد.
نوع الکترودی که برای این اتصال استفاده می شود می باشد(شکل24) :
محاسبات
با توجه به انکه ضخامت ناودانی 15mm است طبق کتاب طراحی اجزاء شیگلی حداقل مقدار ساق
جوش مجاز6.35 mm می باشد. حال با این مقدار ساق جوش حداقل مقدار طولی که می تواند
جوش داده شود جوش داده شود30mm می باشد که این مقدار را می توان به صورت پراکنده جوش داد:
-4-5 -3تحلیل تنش ها وتغییر مکان های ایجاد شده بر روی ناودانی به کمک نرم افزار
CATIA
حال بعد از بررسی تمامی قطعات اتصال دهنده بین بازو وستون با طراحی کردن ناودانی های قائم و
افقی به کمک نرم افزار CATIA می خواهیم بررسی کنیم که حداکثر تنش وتغییر مکان ناودانیها
چه مقدار می باشد.
شکل 25 نشان دهنده تغییر مکان ناودانی ها می باشد. با توجه به شکل زیر تغییر مکان ها بسیار نا
چیز می باشند.
شکل 26 تنش های ایجاد شده در ناودانیها رانمایش می دهد. چنانچه نشان داده شده حداکثر مقدار
تنش در سوراخ های ناودانی بوجود می آید که چون به صورت نقطه ای می باشد برای ناودانی ها
مشکلی رخ نخواهد داد.
-6-3 طراحی تسمه
تحلیل
برای انتقال توان پیچ انتقال قدرت مکانیزمهای مختلفی را می توان بکار برد. در این مجال از موتور
الکتریکی و تسم ههای انتقال توان استفاده شده است. موتور های الکتریکی را می توان بر اساس توان
انتخاب کرد ولی تسمه ها را باید طراحی نمود.
مطابق با تحلیل هایی که در بخش مربوط به پیچ انتقال قدرت مطرح شد مقدار گشتاور لازم برای
هر یک از پیچها محاسبه شد. با توجه به گشتاور محاسبه شده و سرعت چرخش پیچ م یتوان توان
لازم برای هر پیچ را بدست آورد. از آنجایی که موتورهای الکتریکی باید بتوانند مقدار توان حاصل
شده در بالا را برای پیچ های موجود در دو ستون تامین کند بنابراین موتور الکتریکی مناسب برای
این بالابر باید بتواند حداقل دو برابر این توان را تحمل کند. با توجه به توان محاسبه شده موتور را
از شرکت موتوژن انتخاب می کنیم.
تسمه هایی که از آنها استفاده شده از نوع Narrow می باشند. علت انتخاب این نوع تسمه ها فراوانی
آنها در بازار می باشد.
محاسبات
مقدار گشتاور لازم برای هر یک از پیچها برابر با N.m 15.173 می باشد. برای یافتن توان ابتدا باید
سرعت چرخش پیچ تعیین شود. اگر فرض کنیم تنها 55 ثانیه برای بالا رفتن اتومبیل نیاز باشد با
یک تناسب ساده سرعت چرخش پیچ 421 دور بر ثانیه بدست می آید. لذا مقدار توان لازمی که
برای هر یک از پیچ ها لازم است، اینگونه محاسبه می شود:
بنابراین موتور مناسب برای این بالابر حداقل باید توان kW 4.6 را تامین کند.
بر اساس موتورهای الکتریکی ارائه شده توسط شرکت فوق، موتور مناسب برای این بالابر دارای توان5.5kw و1415rpm می باشد.
از آنجایی که موتور در طول روز کمتر از 3-5 ساعت کار می کند، لذا ضریب شرایط کار را1,5 در نظر گرفته شده است[ 5]. بنابراین توان طراحی برابر است با:
بنابراین با توجه به این مقدار، تسمه باید از نوع 3vx باشد[ 5]. از آنجایی که C فاصله بین دو مرکز
پولی 13 اینچ فرض شده و نیز با توجه به نسبت دورها حداکثر مقدار قطر خارجی که می توان
برای پولی کوچک در نظر گرفت[ 5]، برابر 3,65 اینچ باشد، لذا:
حال با توجه به مقادیر بدست آمده در بالا شرایط اول و دوم ارضاء خواهند شد:
برای بدست آوردن طول تسمه استاندارد و مقدار دقیق C داریم:
حال برای بدست آوردن Horsepower Rating با توجه به ضرایب4 K1 ,K2 ,K3 ,K مربوط به تسمه
3 VX و توان واقعی بر اساس ضرایب تصحیح طول و زاویه، می توان تعداد تسمه های لازم را پیدا کرد[5]
به این ترتیب برای انتقال توان مورد نیاز باید از 4 تا تسمه500 3 VX استفاده کرد.
-7-3 طراحی ستون
تحلیل
بازوها وکل مجموعه ی متصل به آن، گشتاورها و نیروی ناشی از وزن اتومبیل را بر روی ستون و
پیچ انتقال قدرت تقسیم می کنند. بدین گونه که پیچ تمامی نیروی ناشی از وزن وستون
گشتاورهای ایجاد شده توسط بازوها را تحمل خواهد کرد. بنابراین برای طراحی ستون باید به دنبال
پیدا کردن بیشترین و خطرناکترین گشتاوری که روی ستون اعمال می شود باشیم. همانطور که در
بخش مربوط به طراحی بازوها مطرح شد حالتهای وجود داشتند که بیشترین گشتاورها را بر ستون
اعمال می کردند بنابراین با متمرکز شدن برروی این حالت ها مباحث طراحی ستون را آغاز
می کنیم.
چنانچه قبلا بحث شد یکی از این حالتهای خطرناک، موقعی اتفاق می افتد که مرکز جرم اتومبیل
نزدیک به بازوی بزرگ قرار گیرد.
حالت دیگر زمانی است که طول دو بازو با یکدیگر برابر باشند.
عنوان شده است که در اکثر اتومبیل ها فاصله مرکز جرم بین چرخها جلو و عقب دارای نسبت 37
به 63 درصد می باشد. طبق تحقیقات به عمل آمده بیشترین فاصله ای که بین چرخ ها جلو وعقب
یک اتومبیل وجود داردتقریباٌ 3 متر می باشد وازطرفی چون محل قرار گرفتن بازوها در زیر ماشین
به طور تقریب 50cm با مرکز چرخ ها فاصله دارند بنابراین در این حالت فواصل a , b به ترتیب
0.6m ,1.4m می باشند. لذا با توجه به حالتهای خطرناک مطرح شده ومقدارهای a , b و اینکه
می خواهیم فاصله ستون تا بدنه اتومبیل50cm باشد، گشتاورهایی که بر ستون اعمال می شوند
در شکل 29 و شکل 30 نشان داده شده است
توجه شود که هر چه فاصله مرکز جرم اتومبیل از چرخهای جلو بیشتر شده و به وسط اتومبیل
نزدیک شود ، مقدارگشتاورهای اعمال شده بر ستون کمتر خواهد شد. در این پروژه قصد داریم
بواسطه دو ناودانی که روبروی هم قرار می گیرند(شکل31) ستون بالابر را طراحی کنیم.
چنانچه در شکل 31 دیده می شود که نمایی از بالا برروی ستون است،فاصله بین دو ستون را برابر
130 mm در نظر گرفته ایم. انتخاب این عدد به جهت آن است که برای اتصال ناودانی افقی به ناودانی قائم محیطی که جوش داده می شود یک مستطیل110mm در 200mm است .
لذا با در نظر گرفتن فاصله10mm بین ناودانی ستون و ناودانی قائم فاصله ی بین دو ناودانی ستون برابر
با 130mm خواهد شد(این قسمت مربوط به جوش دادن ناودانی افقی و قائم است که در
قسمت های بعدی به آن اشاره خواهد شد ) .
تیرهای ناودانی که از آنها در ستون استفاده شده از نوع نورد شده فولادی نوع C با استاندارد آمریکایی هستند که تنش تسلیم آنها برابر 345 Mpaمی باشد. حال هدف ما جستجو تیر مناسبی است که دارای کمترین ابعاد از نظر اقتصادی بوده ودر ضمن بتواند بارهای اعمال شده را با ضریب طراحی چهار تحمل کند.
با توجه به تحقیقاتی که بر روی این ناودانی هاانجام شده به این نتیجه رسیدیم که S y بزرگتراز Sx می باشد
تا آنجایی که در تیرها با ابعاد کمتر این اختلاف بسیار زیادترخواهد بود بنابراین اگر ستون را به گونه ای بچرخانیم که گشتاور کمتری در جهت محور x ستون قرار بگیرد تنشهای کمتری بر ستون اعمال خواهد شد به سخنی دیگر می خواهیم با چرخانیدن ستون مقدار ممان اینرسی سطح آن را زیادتر کنیم. درحالتهای خطرناک مطرح شده که حالت اول به مراتب از حالت دوم خطرناک تر است تعیین کننده میزان چرخش ستون می باشند.
بنابراین با توجه به شکل 6 اگر ستون را برای حالت اول به اندازه32 درجه (32-58-90)به طرف
بازوی کوچک بچرخانیم تا اینکه گشتاور در راستای x به حداقل مقدار خود برسد در اصل با انجام
دادن این کار از حالت دوم صرفنظر کرده ایم زیرا دراین موقعیت حالت دوم بیشترین مقدار گشتاور
در راستای محور xراخواهد داشت عکس این حالت نیز صادق است یعنی زمانی که ستون را به
اندازه 3/51 درجه (90-38/7) به سمت بازوی بزرگ بچرخانیم حالت اول را نادیده گرفته
ایم.)توجه شود که این نتیجه گیری با سعی وخطایی که بر روی انواع ناودانی های بهینه با زاویه
چرخشهای متفاوت انجام شده است حاصل گردیده است(
اگر در شکل 6 دقت شود تنها حالتی که در آن گشتاوردر جهت محور Xبرای دو حالت خطرناک
یکسان است حالتی است که ستون بدون چرخش قرار دارد لذا به نظر می رسد که این زاویه یعنی
صفر، بهترین حالت باشد زیرا در بخشهای قبل توضیح داده شد که Sxدراین گونه ناودانیها بسیار
کوچکتر S yاست و حالتهای خطرناک در چرخش ستون عکس هم عمل می کنند بنابراین ،بهترین
زاویه ، زاویه ی صفر می باشد.
محاسبات
اما در مورد اینکه چه ناودانی برای این بالابرمی توان استفاده کرد که کمترین ابعاد را داشته باشد و
بتواند با ضریب طراحی چهاربار گذاریهای اعمال شده را تحمل کند، با توجه به سعی وخطاهای که
انجام شده است ناودانی مناسب ترین ناودانی بوده و محاسباتی برای حالت ترکیبی
این ناودانی انجام شده است بصورت زیر می باشد:
مشخصات ناودانی:
با توجه به ناودانی انتخاب شده برای ستون ، تفلونی که باید در درون این ناودانی حرکت کند باید
حداقل دارای ابعاد باشد. بعلت اینکه این حجم زیاد است و می توان آن را
کاهش داد. لذا برای به حداقل رساندن این مقدارمی توان به روش دیگری نیز ستون را طراحی کرد.
در این طرح از یک ناودانی با ابعاد کوچکتراستفاده می شود و سپس با قرار دادن یک نبشی در
درون ناودانی که به آن جوش داده می شود می توان حجم تفلون را کاهش داد)شکل 33)
بطور مثال اگر از ناودانی استفاده شود ،حداقل نبشی که باید به آن جوش داده شود
دارای ضخامت 6 میلیمتربوده تا اینکه تنشهای اعمال شده روی آن از تنش مجاز بیشتر نشود.با
توجه به تحلیلهای انجام شده روی این ستون حداکثر تنش ماکزیمم
83.49 خواهد بود.
استفاده از این طرح اگر چه حجم تفلونها را به میزان کاهش می دهد ولی باید
توجه کرد که حجم ناودانی های هر ستون نیز به اندازه نسبت به ستون قبلی
افزایش می یابد که باید خدمات و هزینه های که برای جوش دادن نبشی به ناودانی صرف می
شودرا نیز در نظر گرفت.
-8-3 یاتاقانهای دو سر پیچ قدرت
تحلیل
قبل از طراحی یاتاقانها لازم به ذکر است که چون نیرویی که باعث کمانش در ستون شود، در نظر
گرفته نشده، در بالای ستون از یاتاقانهایی که نیروی محوری تحمل می کنند، اجتناب شده است. از
طرفی در بالای ستون نیروی شعاعی نسبتاً ناشی از تسمه وجود دارد. پس یاتاقانی که میتوان در
این محل انتخاب کرد از نوع بلبیرینگهای استوانه ای است که نیروی محوری تحمل نمی کنند.
اما در پائین پیچ بدلیل وجود نیروی زیاد محوری باید یا از یاتاقانهای کفگرد، یا یاتاقان های
مخروطی و یا یاتاقان های بشکه ای بهره جست. اما نباید وجود نیروی شعاعی ناشی از زنجیر
فراموش کرد. در این صورت استفاده از یاتاقان کفگرد کم رنگ تر می شود. در اینجا استفاده از رولر
بیرینگهای مخروطی دور از ذهن نخواهد بود. چون هم نیروی محوری و هم شعاعی قابل توجهی را
تحمل می کنند.
نکته قابل توجه دیگر، انتخاب قطر یاتاقان هاست. برای اینکه از تحمل تمام نیروی محوری بوسیله
رولر بیرینگهای مخروطی مطمئن شویم، قطر شفت را در محل یاتاقان کمتر در نظر گرفته شده است
. لازم به ذکر است که یاتاقانها از شرکت SKFانتخاب شده اند.
محاسبات
ابتدا باید نیروی شعاعی بالا و پائین پیچ تعیین گردد.
چون از پیچ یک و سه چهارم استفاده شده است، پس گشتاور منتقله توسط زنجیر خواهد بود:
قطر چرخ زنجیر و بنابراین نیروی چرخ زنجیر برابر خواهد بود با:
نیروی شعاعی ناشی از تسمه ها نیز بقرار زیر است : [3]
نیروی حاصل از یک تسمه برابر است با:
بدلیل وجود چهارتا تسمه نیرو برابر است با:
حال می توان یاتاقان ها را طراحی کرد. در اینجا نوع روغن را دمای 45 درجه و برای
شرایط کاری، آلودگی کم در ماده روغنی در نظر گرفته شده است. ضمناً پنج سال گارانتی در
وسایل وجود دارد و قابلیت اعتماد نیز 95 در صد می باشد.
با توجه به اطلاعات داده شده می باشد .
عمر یاتاقان ها از رابطه زیر محاسبه می گردد:
قطر خارجی پیچ برابر d=45mm است .
ابتدا رولر بیرینگ بالای پیچ را در نظر بگیرید. این رولر بیرینگ از نوع Nبوده و نیروی اعمالی به آن
فقط می باشد. اکنون باید رولر بیرینگی انتخاب شود و محاسبات انجام گیرد.
حدس اول:
پس همین شماره برای رولر بیرینگ نوع N در بالای پیچ قابل قبول است.
برای انتخاب یاتاقان پائین پیچ روشی مانند روش فوق اتخاذ می کنیم. همانطور که گفته شد در این
محل از رولر بیرینگ مخروطی استفاده می شود. در این محل نیروها بقرار زیرند:
حدس اول:
پس همین شماره برای رولر بیرینگ مخروطی پائین پیچ قابل قبول است. توجه کنید که در این
یاتاقان ها مقدار در حالت چرخش بسیار آرام High Requirement Regarding Quiet )
(Runningو شوک نرمال بدین ترتیب همین یاتاقان ها را برای پیچ طرف دیگر نیز می توان بکار برد.
-9-3 طراحی زنجیر
تحلیل
در میان زنجیرها از کمترین شماره زنجیر مناسب تک ردیفه بمنظور در نظر گرفتن جنبه های
اقتصادی بهره گرفته شده است.
طبق نقشه مهندسی بالابر، زنجیر و چرخ زنجیرهای استفاده شده در بالابر در قسمت پائینی پیچ
انتقال قدرت، توان موتور را از یک پیچ به پیچ دیگر در ستون مقابل انتقال می دهند.
محاسبات
در ابتدای امر می خواهیم زنجیرهای مناسب برای این بالابر را بیابیم لذا خواهیم داشت: [3]
طبق جدول مربوط به زنجیرها، شماره زنجیر های مناسب برای این بالابر عبارتند از 180 و 200 و
240 که برای این بالابر از شماره 180 با گام 2,25 اینچ استفاده می کنیم. حال می خواهیم بدانیم
که تعیین کننده ظرفیت زنجیر استحکام صفحه های ارتباط دهنده است یا غلتکها. بنابراین طبق
فرمول [3]
از آنجا که توان H 1کمتر است ظرفیت زنجیر را استحکام صفحه های ارتباط دهنده مشخص
خواهند کرد. طبق جدول مربوط به ظرفیت توان اسمی برای زنجیرهای غلتکی تک رشت های نوع
روغن استفاده شده از نوع C بوده و زنجیر دارای توان پیش ماکزیمم( Pro extreme)می باشد. با
توجه به اینکه نوع بارگذاری توسط موتور الکتریکی از نوع آرام است، با در نظر گرفتن ضریب
طراحی 1,52 ، می توان تعداد دندانه های چرخ زنجیر را پیدا کرد:
همچنین برای بدست آوردن طول زنجیر و فاصله دقیق مراکز چرخ زنجیرها با توجه به روابط
می توان نوشت:
به این ترتیب زنجیر مورد نظر طراحی می شود.
طراحی صفحه ستونها و پیچهای نگهدارنده:
-10-3 طراحی صفحه ستونها
تحلیل
در طراحی این قسمت باید از آیین نامه داده شده در مهندسی عمران [ 1] استفاده کرد. به همین
جهت از روشهای گفته شده در این آئین نامه در طراحی صفحه ستونها یاری جسته ایم. یعنی با
فرض ابعاد صفحه ستون، ضخامت آنرا بدست می آوریم.
مقطع پائین ستون در شکل 34 زیر نمایش داده شده است.
مقدار گشتاورهای My و Mx به ترتیب 9810 و 6131,25 نیوتون متر می باشد. علاوه بر این ممانها
نیروی 1,25 تون بر صفحه ستون وارد می آید. به طور معمول استحکام بتونهای ساختمانی تقریباً برابر
می باشد[1]
چون عملاً دو خمش در صفحه وجود دارد حالت جمع آثار را در نظر گرفته و ضخامت محاسبه شده
در هر حالت را با هم جمع می کنیم. حال محاسبات را شروع می کنیم.
محاسبات
حالت1 : تنها P و Mx اختیار شده است .
حال فرض می کنیم باشد. پس
طبق استاندارد مقدار فاصله انتهای صفحه تا لبه ستون از رابطه زیر بدست می آید( در قسمت طراحی تیر محاسبه شد: )
شکل شماتیکی از پروفیل تنش زیر صفحه ستون در این حالت در شکل 35 نشان داده شده است.
با توجه به شکل مقدار گشتاور در مقطع بحرانی (Mc) وخمش واحد عرض (M)اینگونه محاسبه می شوند.
در اینصورت ضخامت برابر است با:
که در این فرمول تنش تسلیم صفحه در نظر گرفته شده است .
حالت دوم: تنها Myاختیار شده است.
طبق استاندارد مقدار از رابطه زیر بدست می آید:
شکل شماتیکی از پروفیل تنش زیر صفحه ستون در این حالت در شکل 36 نشان داده شده است.
مقدار گشتاور بحرانی وگشتاور در واحد عرض برابر است با:
ضخامت در این حالت برابر است با:
ضخامت کل صفحه ستون، با ابعاد برابر مجموع دو ضخامت بدست آمده در دو
حالت فوق است. پس
t =28mm
اما می توان ضخامت صفحه را کمتر گرفت و در عوض با اضافه کردن لچکی در اطراف ستون به
استحکام بیشتر رسید. حال اگر ضخامت را برابر1cm در نظر بگیریم، علاقه مندیم تا بدانیم ابعاد
لچکی مورد نیاز چقدر است.
با توجه به پیشنهادی که در آئین نامه آمده است، حداکثر مقدار b 1چنین است.
حال با فرض اینکه ضخامت لچکی1cm و ارتفاع آن h=25cm باشد؛ پس:
در اینصورت تنش خمشی برابر است با:
پس شکل و مشخصات لچکی بقرار زیر است.
با این محاسبات طراحی صفحه ستونها به پایان می رسد.
-11-3 طراحی پیچهای پای ستونها
تحلیل
وظیفه اساسی این پیچها ثابت نگه داشتن ستونهاست. این پیچها بوسیله میل مهارهایی که در بتون
زیرین ستون جاسازی شده اند، دو صفحه فولادی یکی متصل به بتون و دیگری متصل به ستون را
به هم مربوط می سازد. برای یافتن نوع پیچ باید ابتدا ضخامت این صفحات تعیین شود که این امر
در قسمت قبل از از این بخش محاسبه گردید. قبل از طراحی باید تعداد پیچها تعیین شود تا بتوان
بدرستی نیروی وارد بر هر یک را معین کرد. بر این اساس تعداد پیچها بطور فرضی در نظر
می گیریم و بعد شماره پیچ مورد نظر را بدست می آوریم. البته انتخاب دیگری نیز وجود دارد. یعنی
ابتدا شماره ای از حدس زده و از آن تعداد پیچها را بدست آوریم که این کار وقت بیشتری را صرف
می کند. لازم به ذکر است که چون اتصالات دائم هستند ممکن است پیچها تسلیم شوند. پیچها
متریک و از کلاس ISOانتخاب شده اند.
نوع چینش پیچها در شکل 39 نشان داده شده اند.
همانطور که در شکل مشاهده می شود تار خنثی در گشتاورها در مرکز صفحه ستون قرار ندارند.
زیرا خود پیچها دارای تنش اولیه هستند و هنگامی که گشتاوری به آنها اعمال می گردد تنشهای
ماکزیمم و مینیمم قرینه یکدیگر نمی شوند. البته حالتی که در اینجا در نظر گرفته شده یک حالت
محافظه کارانه است که بدترین حالت را نتیجه می دهد.
محاسبات
نیرو در پیچها ناشی از گشتاور در راستای Yنیرو در پیچها را با استفاده از تغییر مکان آنها تعیین می شود. تغییر مکان ناشی از گشتاور درراستای Yدر شکل 40 نشان داده شده باشد.
تغییر مکانها برابرند با:
P1,p2,p3 بترتیب نیروهای وارد برردیف انتهایی، میانی و ابتدائی میباشد.
با استفاده از روابط هندسی مقادیر p2,p3 بر حسب P1 بدست می آید.
توجه شود که پیچها از یک نوع و از یک شماره می باشند.
حال از تعادل گشتاور حول تار خنثی مقدار نیروی بیشینه را استخراج می شود.
برای گشتاور در راستای X نیز مقدار بیشینه نیرو مانند روش فوق قابل محاسبه است. مقادیر تغییر
مکانهای ناشی از این گشتاور در شکل زیر نشان داده شده است.
با انجام محاسبات فوق نیروی بیشینه برابر خواهد شد(Mx=6569N.m)
پس با توجه به شکل 39 ، پیچی که مد نظر طراحی است، بالاترین پیچ در سمت راست است که
نیروی P=P1+P'1=13085N تحمل می کند.
همانطور که اشاره شد، بعد از محاسبات اولیه باید به سعی و خطا پرداخت. ابتدا از پیچ در
کلاس ISO 4.6 شروع می کنیم. قبل از شروع باید سختی پیچ(Kb) و صفحات(Kp)تعیین شوند.
حال این مقادیر را محاسبه می کنیم [3]
پس مقدار C برابر است با:
بنابراین مقدار نیروی وارد بر پیچ(Fb) برابر است با:
توجه شود که مقدار Sy برابر225MPa می باشد. پس مقدار ضریب طراحی خواهد شد :
همانطور که قبلاً بیان شد چون این پیچها اتصالات دائم هستند ممکن است تسلیم درآنها رخ دهد
اما با این حال سعی شده تا ضریب اطمینان کمی بیش از 1 بدست آید. بر این اساس پیچ دیگری را
حدس می زنیم. بر فرض از کلاس ISO 8.8 شماره M 16 را بر می گزینیم.
مقدار C برابر است با:
بنابراین مقدار نیروی وارد بر پیچ(Fb) برابر است با:
توجه شود که مقدار Sy و Sp برای این کلاس بترتیب برابر 600 و 660Mpa می باشد. پس مقدار ضریب طراحی خواهد شد:
پس پیچ نمره M 16 از کلاس ISO 8.8 ([3],[2]) را برای تثبیت ستون بر روی زمین بر می گزینیم
البته چون در صنعت ایران بیشتر از این نوع کلاس استفاده می شود، در اینجا نیز از کلاس فوق بهره
گرفته ایم.
-4 نقشه های مهندسی قطعات بکار برده شده در بالابر
مشخصات کلی بالابر در جدول زیر بیان شده است.
نیمی از شکل پرسپکتیو بالابر در شکل نشان داده شده است. نیمه دیگر بطور متقارن در طرف مقابل
قرار می گیرد.
-5 مراجع
-1-5 مراجع فارسی
-1 آئین نامه سازه های فولادی، مبحث دهم
-2 ع، ولی نژاد، جداول و استانداردهای طراحی و ماشین سازی، بنگاه انتشاراتی
-2-5 مراجع لاتین
3- Shigley, J, E, Mechanical Engineering Design, 7ed, Mc Graw Hill, 2003
4- www.johnbeen.com
5- Erik, O, Machinery Handbook, 26ed, Industrial Press Inc, 2000
6- Wegest, C.W., Key to steel,1989