_

Wałek/drążek skrętny - projekt.

Zagadnienia inżynierskie: problemy w oderwaniu od konkretnej aplikacji.

Wałek/drążek skrętny - projekt.

Postprzez Pacx » maja 04, 2014 14:26

Witam serdecznie,

dostałem na przedmiocie Podstawy Konstrukcji Maszyn do zaprojektowania wałek skrętny. Samochód waży 1,6 T, max. kąt wychylenia to 14 stopni, przy pełnym ładunku 2/3 ciężaru jest przenoszone przez wałek. Ma pracować 12 lat, auto jeździ na kołach o 13 calowych felgach.


Dostałem już poradę żeby zacząć od ogólnego szkicu mocowań i wstępnie założyć długość/ średnicę. Następnie muszę dobrać materiał do obliczeń, potem mogę skorzystać ze wzoru na kąt skręcania w celu sprawdzenia i co potem? Czym to się w ogóle je? Czy ktoś ma może literaturę do takiego projektu?
Pacx
 
Posty: 5
Dołączył(a): lut 27, 2014 18:11

Re: Wałek/drążek skrętny - projekt.

Postprzez SMuraszko » maja 04, 2014 17:09

Witam
Projekt jest z dziedziny automotiv (most pojazdu) gdzie rozwiązań konstrukcyjnych wałka/drążką skrętnego możesz spotkać w bród i w literaturze i internecie, choćby wpisz w google i masz: http://www.tylna-belka-peugeot-citroen. ... tnych.html
Najlepiej znajdź schemat bądź rysunek zawieszenia produkowanego pojazdu, na którym się oprzesz w tym projekcie. Pozwoli Ci to uniknąć błędów przy wymyślaniu własnych rozwiązań konstrukcyjnych.
Skoro "wszystko" zostało już wymyślone to dla mnie jest to projekt na wykonanie poprawnych założeń, obliczeń, podejścia merytorycznego. Mocowaniami w szczególe bym się nie zajmował bo to na koniec i tak zostaje.
Sprawa wygląda tak: element obciążony to część zawieszenia samochodu, dlatego proponuję przestudiować literaturę związaną z geometrią zawieszenia i jej podstawowymi parametrami jak i budową zawieszeń. Schemat obciążenia masz dany, tzn. Jedna strona wałka jest utwierdzona a drugi koniec (zakończony np wieloklinem czy kołem zębatym) jest skręcany co nam daje piękną sprężynę skrętną resorującą zawieszenie. Jeśli nie masz konkretnie zadanego pojazdu to przyjmij długość do obliczeń jakiegoś wałka, którego znajdziesz w internecie dla typowego auta np Reanult. Schemat obciążenia jest taki, że wałek o średnicy którą masz wyliczyć jest skręcany, a zatem obciążenie od ciężaru auta masz podane (1,07 tony). Musisz dojść do momentu skręcania wałka, żeby wyliczyć jego średnicę minimalną dla założonego kąta skręcenia wałka, który określa się w stosunku do długości wałka, np. kąt fi nie może być mniejszy niż 0,25st/1m wału. W katalogach części producentów wałków znajdziesz materiały z jakich są wykonywane więc dobierzesz materiał do projektu "rzeczywisty" a nie np. stal 45 czy coś tam. W przypadku skręcania i tak decyduje sztywność więc interesuje Cię: moduł Kirchoffa, który dla stali wynosi 80GPa, oraz biegunowy moment bezwładności skręcanego przekroju Io. Ważne: znajdź w literaturze jaki kąt może się taki wałek skręcić. Nic nie wymyślaj z głowy bo nie trafisz (chyba że się znasz i wiesz). Wracając do momentu skręcającego: jak znajdziesz rzeczywiste rozwiązanie z jakiegoś auta, które zaadaptujesz do projektu (i zrozumiesz jak działa zawieszenie) to określisz ramię siły jaka skręca wałek. W tym przypadku geometria koła (jego średnica a właściwie promień) i konstrukcja wahacza powiedzą Ci na jakim ramieniu działa siła od obciążenia. Na tej podstawie wyliczysz średnicę wałka, dla której kąt skręcenia mieści się we właściwym zakresie. Jak to będziesz miał to możesz pokusić się o szkicowanie rozwiązań mocowania itd. Najlepiej oprzyj się na istniejącej konstrukcji. W automotiv "jedli" ten temat od dziesiątek lat więc znają się na rzeczy. Opierając się na konkretnym rozwiązaniu dowiedziesz też, że wiesz z czym to się je i że potrafisz skorzystać z wiedzy.
Taka jest moja rada.
Pozdrawiam :)
Inżynier mechanik, urządzenia, maszyny, przyrządy.
Portfolio: www.smuraszko.selreko.pl
www.selreko.pl
SMuraszko
 
Posty: 39
Dołączył(a): kwi 27, 2014 15:09
Lokalizacja: Wrocław

Re: Wałek/drążek skrętny - projekt.

Postprzez Pacx » maja 04, 2014 17:18

Serdecznie dziękuję za obszerną wypowiedź! Właśnie rozwiązań sporo znalazłem, ale metodyki obliczeń nie było.
Pacx
 
Posty: 5
Dołączył(a): lut 27, 2014 18:11

Re: Wałek/drążek skrętny - projekt.

Postprzez SMuraszko » maja 04, 2014 17:56

Proszę.
No cóż, jeśli idzie o metodykę, to tak właśnie sam "gryzł" bym ten projekt. Zawsze gdy muszę rozpracować coś na czym znam się słabo lub mam małą wiedzę, opieram jak najwięcej na stworzonych już rozwiązaniach (choćby ogólnie) włączając w to wymagane obliczenia itd.
Powodzenia
Inżynier mechanik, urządzenia, maszyny, przyrządy.
Portfolio: www.smuraszko.selreko.pl
www.selreko.pl
SMuraszko
 
Posty: 39
Dołączył(a): kwi 27, 2014 15:09
Lokalizacja: Wrocław

Re: Wałek/drążek skrętny - projekt.

Postprzez Pacx » maja 08, 2014 20:57

Niestety właśnie za dużo czytałem o obliczeniach po wyznaczeniu modelu obciążeń, a nie doszedłem do niego w moim projekcie i pojawił się problem.

Obrazek
Obrazek

Rodzaj tego zawieszenia pracuje przy wystąpieniu nierówości na drodze, powoduje to cykliczny ruch wahacza z prędkością kątową [tex]\varpi[/tex] przy czym pamiętać trzeba o maks kącie skręcania wałka. To z kolei powoduje powstanie siły odśrodkowej i skręcanie wałka, który z 1 strony jest umocowany na stał, to w jedną stronę to w drugą. Co prawda policzyłem moment od tarcia tocznego dla koła, ale nie wydaje mi się, że ma to jakieś znaczenie, a siły odśrodkowe w na osi koła się równoważą. Skąd mam znać prędkość kątową dla takiego wahacza? Jest ona zmienna w czasie i zależna od tego w jaką dziurę się wpadnie, nie mam w ogóle pojęcia jak zabrać się za wyznaczenie modelu obciążenia w takim przypadku.
Pacx
 
Posty: 5
Dołączył(a): lut 27, 2014 18:11

Re: Wałek/drążek skrętny - projekt.

Postprzez SMuraszko » maja 24, 2014 18:07

Cześć. Przepraszam że dopiero teraz ale nie zaglądałem.
Co powiesz na to:
drazek.jpg

Główny rysunek to przekrój poziomy przez fragment zawieszenia. Na moim szkicu widok z boku.
Koło na wahaczu odchyla się przy najechaniu na przeszkodę. Masę pojazdu i rozkład obciążeń na koła masz podany, ale problemem jest określenie obciążeń dynamicznych- prędkości, masy nieresorowane itd. Dlatego określa się statyczne ugiecie zespołu koło-wahacz i statyczną strzałkę ugiecia f. Siła działajaca na koło jest przesunięta o wartość "s" (ty zazwałeś ją f) i możesz ją uwzględnić przy określeniu promienia działania siły ale musiałbyś też określić wielkość wzniesienia itd. Możesz jakąś wartość przyjąć, a możesz założyć, że siła działająca na koło i odkształcająca drążek skrętny działa na promieniu R. Oś obrotu to oś drążka O2. Oś koła O1. Sztywność drążka skrętnego to: kappa=M/fi, gdzie M-moment skręcający, fi-kąt skręcenia.
fi=(M*l)/(G*Io), gdzie M-moment (F*R), l-długość pręta, G-moduł Kirchoff'a, Io-biegunowy moment bezwł.
Zależy na teraz na oszacowaniu strzałki ugięcia, czyli ile koło może się 'unieść' względem zawieszenia, co nam z zależności geometrycznych czyli promienia R (szkic) da nam informację o dopuszczalnym kącie skręcenia drążka.
Nie zajmiemy się sprawami dynamiki czyli przypadku zderzeń koła z nierównościami bo to inne zagadnienie. Oszacujmy strzałkę ugięcia na podstawie częstotliwości drgań jakie człowiek najlepiej znosi podczas jazdy. Jest to wartość 1-2 Hz. Częstotliwośc drgań:
drga-1.jpg
drga-1.jpg (2.88 KiB) Przeglądane 2977 razy
, gdzie c-sztywność, m-masa,
definicja sztywności:
drga.jpg
drga.jpg (5.29 KiB) Przeglądane 2977 razy
, G-ciężar, g-przyspieszenie ziemskie,m-masa, fst-statyczne ugiecie(zakąłdamy,że koło odchyla się pionowo i odkształca sprężynę),
uwzględniające te wzory:
drga-2.jpg
drga-2.jpg (3.72 KiB) Przeglądane 2977 razy
. 1Hz=2*pi [rad/s], więc "omega" (2Hz)=6,28 [rad/s]
przekształcając ostatni wzór:
drg3.jpg
drg3.jpg (2.89 KiB) Przeglądane 2977 razy
, co nam daje 25[cm] (jeśli wstawisz odpowiednie jednostki). Mamy powiedzmy maksymalną strzałkę ugięcia (stayczna), wartość strzałki dynamiczne przyjmijmy od (1,5-2)fst.
teraz dla odległości R osi koła od osi wahacza o2, okreslisz kąt ugięcia dla strzałki pionowej. Mając kąt powinieneść już okreslić przekrój drążka i wartość naprężeń dopuszczalnych, materiał itd. Oczywiście, jeśli wartości kątów skręcenia wyjdą zbyt duże, co będziesz musiał skompensować "grubym" drążkiem, to zmienisz kryteria dopuszczalne lub wyjdziesz od dopuszczalnego kąta skręcenia.
Czy to dla Ciebie teraz jakoś trzyma się kupy? Może też ktoś się wypowie jak widzi taki tok myślenia :)

Chociaż po namyśle stwierdzam, że strzałka ugięcia dla koła 25 cm jest raczej za duża. hmm.
Można pójść w drugą stronę i założyć,że kąt skręcenia fi nie może być większy niż dopuszczalny, na tej podstawie możemy określić częstotliwość drgań.
Ostatnio edytowany przez SMuraszko, maja 26, 2014 22:35, edytowano w sumie 1 raz
Inżynier mechanik, urządzenia, maszyny, przyrządy.
Portfolio: www.smuraszko.selreko.pl
www.selreko.pl
SMuraszko
 
Posty: 39
Dołączył(a): kwi 27, 2014 15:09
Lokalizacja: Wrocław

Re: Wałek/drążek skrętny - projekt.

Postprzez SMuraszko » maja 24, 2014 18:13

Chociaż po namyśle stwierdzam, że strzałka ugięcia dla koła 25 cm jest raczej za duża. hmm.
Można pójść w drugą stronę i założyć,że kąt skręcenia fi nie może być większy niż dopuszczalny, na tej podstawie możemy określić częstotliwość drgań.
Inżynier mechanik, urządzenia, maszyny, przyrządy.
Portfolio: www.smuraszko.selreko.pl
www.selreko.pl
SMuraszko
 
Posty: 39
Dołączył(a): kwi 27, 2014 15:09
Lokalizacja: Wrocław

Re: Wałek/drążek skrętny - projekt.

Postprzez velaskez » maja 25, 2014 00:24

A nie lepiej zerżnąć z czegoś co istnieje i działa od ponad 50 lat? Przednie zawieszenie z garbusa? Akurat tam są listwy skrętne, ale zasada działania ta sama, profil skręcany inny.
velaskez
 
Posty: 961
Dołączył(a): paź 05, 2011 23:22
Lokalizacja: UK

Re: Wałek/drążek skrętny - projekt.

Postprzez SMuraszko » maja 25, 2014 16:51

Ale co zerżnąć? Nie chodzi o narysowanie paru belek ale przeprowadzenie sensownego toku obliczeń.
Inżynier mechanik, urządzenia, maszyny, przyrządy.
Portfolio: www.smuraszko.selreko.pl
www.selreko.pl
SMuraszko
 
Posty: 39
Dołączył(a): kwi 27, 2014 15:09
Lokalizacja: Wrocław

Re: Wałek/drążek skrętny - projekt.

Postprzez SMuraszko » maja 26, 2014 14:24

A co do trwałości tegoż...
Wykres Smitha-Haigha. Na podstawie wielkości napreżeń które wyliczysz, częstotliwości drgań wahacza (częstotliwość drgań skrętnych drążka) którą określisz i żywotności jaką masz podaną w treści określisz poziomy naprężeń zmęczeniowych, dla których wałek wytrzyma założony czas pracy. Cykl pracy jest okresowo zmienny od zera do + czyli tzw odzerowotętniący.
Powinno się udać.
Polecam Niezgodziński Wzory i tablice wytrzymałościowe (można znaleźć pdf) albo przystępniej wytłumaczone i z przykładami: Części maszyn- Rutkowski (szkoła średnia).
pzdr
Inżynier mechanik, urządzenia, maszyny, przyrządy.
Portfolio: www.smuraszko.selreko.pl
www.selreko.pl
SMuraszko
 
Posty: 39
Dołączył(a): kwi 27, 2014 15:09
Lokalizacja: Wrocław


Powrót do Warsztat

Kto przegląda forum

Użytkownicy przeglądający ten dział: Brak zidentyfikowanych użytkowników