Matematyka.pl

Witam.
Mam do zrobienia projekt obrotnika spawalniczego do rur i zbiorników o zakresie średnic 100-800 mm.
Narysowałem sobie już przybliżoną konstrukcje, którą zamieszczam w załączniku.
Mam problem z określeniem jak liczyć, tzn. nie wiem jakie obliczenia wytrzymałościowe wykonać,jak będzie działał obrotnik i na jakie obciążenia jest narażony.

Z tego do czego udało mi się dojść to:
-obliczenia wytrzymałościowe polegające na dobraniu grubości blach konstrukcji.
-dobranie grubości spawów na łączeniu konstrukcji (spoina pachwinowa).

Opis projektu:
Obrotnik zbudowany z dwóch obracających się rolek, rolki łożyskowane na łożyskach ślizgowych. Napęd dany na jedną rolkę (czynną) . Rolka 2(bierna) ma być zrobiona tak, aby można było nią regulować średnice.Myślę, że rysunek bardziej pokaże problem.

Pierwsze, co bym zaproponował to zamiana koncepcji łożyskowania. Rolkę czynną tocznie dwurzędowo, bierną zaś tocznie wahliwie, niech sama ustawia się do pobocznicy rury. Prędkości obwodowe a i drogi obwodowe nie będą duże, zatem efekt "śruby" przy nierównoległości osi rolka-rura nie powinien być znaczący, ale trzeba będzie go oszacować choćby zgubnie. Łożyskowanie toczne nie będzie wymagać smarowania łożyska mają "własny" smar a opory ruchu będą mniejsze, a i technologia węzła mniej złożona (chyba, że ślizgowe jest rygorystycznie narzucone przez "zamawiającego".

Dziękuje za odpowiedź, niestety łożyska są narzucone, a projekt realizowany w jako zadanie studenckie

Zapomniałem o kilku ważnych rzeczach więc dopisuje:
-maksymalny ciężar spawanych elementów 10kN
-napęd rolki czynnej za pomocą motoreduktora(dobór motoreduktora pominąć, zapewnić w projekcie możliwość podłączenia)
-wszystkie rolki łożyskowane na łożyskach ślizgowych
-wymiary roli d=200 mm, g= 50mm, rolki powlekane gumą twardą

Do wstępnego schematu obliczeniowego warto by mieć schemat urządzenia nie tylko ten jeden obrotnik. Chyba, że inne aspekty są do zaniedbania a zadanie sprowadza się do projektu łożyskowania ślizgowego dwu rolek.
W.Kr.

Tylko obrotnik jest brany pod uwagę, więc reszta do zaniedbania.
Należy dobrać łożyska, dobrać wymiary podstawy i blach, obliczyć spaw łączący podstawę z blachą na które osadzone będą rolki, tyle co wydaje mi się, że powinno być, być może jest coś jeszcze.

Na początek wypada zrobić analizę rozstawienia, średnicy rolek w zależności od średnicy rury i kierunku obrotów rolki czynnej może nawet w formie wykresu. Rozstawienie rolek określi siłę nacisku na czopy.Odpowiedni zapas nośności zapewni sztywność i wytrzymałość konstrukcji przy nakładaniu onych rur-baniaków na rolki. To trzeba uwzględnić szacując spodziewane chwilowe obciążenie dynamiczne zależne od sposobu nakładania rury. Szacowanie na oko też musi mieć racjonalne (wyniesione ze szkoły) uzasadnienie. Na początek rolek, później łożysk i wału a na koniec oblachowania i mocowania. Po narysowaniu całości wg oszacowania przeprowadza się obliczenia sprawdzające i dokonuje korekt wymiarów. Na koniec kształtowanie elementów i złożenie całości. (Nie zapominając w tym przypadku o smarownicach).
W.Kr.

Dam krańcowe wartości 100 mm: i 800 mm: Mam nadzieję, że chodziło mniej więcej o to.
Jak zabrać się za określenie siły nacisku na czopy, wiedząc, że maksymalny ciężar powinien wynosić 10 kN i w jakim momencie konstrukcja będzie najsłabsza

Na jedną parę rolek przypada pół z tej dziesiątki. Rozkładając "równoległobokiem" przypadającą część
ciężaru na wał rolki oraz dodając siłę tarcia (ta będzie na obwodzie rolki-rury) o odpowiednich zwrotach i składając je do wypadkowej i momentu otrzymamy siłę poprzeczną obciążającą wał i moment go skręcający. Zachodzić będzie pytanie czy jego wartość będzie wystarczająca do napędu tej najgrubszej rury. I ten warunek należy zbadać albo założyć taką wartość siły stycznej od tarcia, która jest niezbędna do napędzania (głównie startu) przedmiotu spawanego, (wiem co pisze, mam doswiadczenia w tej materii) uwzględniając opory ruchu w łożyskach.
Studyjnie zadanie jest ciekawe.

W.Kr.

Zagadnienia z wielkością obrotów, mocą i przełożeniem silnika (część napędowa) mamy pominąć, tzn. dobór motoreduktora i jego wartości pominąć, jeśli są jakieś wartości nieuniknione z powodu dobrania konstrukcji, przyjąć "jakieś".

Dobór motoreduktora, czyli silnika i przekładni odbywa się wg znajomości potrzebnego momentu i obrotów. Zatem \(\displaystyle{ M=J \cdot \varepsilon}\) wypada znać. Czas rozruchu jest istotny, a i poślizg być nie powinien. Trzeba to wykazać i pokazać że wszystko będzie wg jakiejś normy. Dobierając reduktor ma moc/moment będą znane średnica czopa pod piastę i wymiary wpustu połówki sprzęgła na reduktorze, zatem i drugiej połówki, tej na rolce. Obroty przedmiotu można pominąć ale napisać trzeba, że dla tak niewielkich smarowanie będzie .... tu jakie? odpowiednie.

Jeśli założyłbym, że moc silnika wynosi 100 W, a prędkość liniowa wynosi 1000 mm/min.
Problem w tym, czy prędkość liniowa będzie w tym przypadku stała. Znając te dwie wartości jestem wstanie dojść do:
\(\displaystyle{ M=J \cdot \varepsilon = J \cdot \frac{\omega}{t}=J\cdot \frac{\pi \cdot n}{30t}}\)
\(\displaystyle{ v[ \frac{m}{s} ]=\omega \cdot r= \omega\cdot \frac{d}{2}}\)
\(\displaystyle{ \omega= \frac{\pi \cdot n}{30}}\)
\(\displaystyle{ J= \frac{1}{2} \cdot m R^{2}}\)
gdzie R=promień walca, m-masa

Oczywiście gdybym od razu narzucił ilość obrotów na minutę, mógłbym skorzystać z tego wzoru:
\(\displaystyle{ M_{s}=9550 \cdot \frac{P}{n}}\)

przy założeniu P=100W

\(\displaystyle{ M_{s}= 9550 \cdot \frac{0.1[kW]}{n}=955 \cdot \frac{1}{n[obr/min]}}\)

Pierwsza i zasadnicza kwestia to: jak będzie kładziona spoina? Do jakiego ruchu niezbędny jest napęd rolki. Schemat działania tego wynalazku byłby bardzo przydatny.
Przyspieszenie kątowe jest "wynikiem czasu rozruchu" silnika w którym przyśpieszane są od zerowej do nominalnej prędkości wszystkie ruchome klamoty od silnika do rolek z rurą na nich.

Wydaje mi się, że powinna być na całej długości obudowy z podstawą, obustronnie, i rodzaj spoiny to pachwinowa, coś takiego: Jeśli chodzi o drugą sprawę, to nie rozumiem do końca o co chodzi.
Co do drugiej rolki musi być ona "nastawna" w celu regulowania średnicami, jaki mechanizmem, nie mam na razie pomysłu.

Proszę pokazać jak na ten obrotnik spawalniczy położony będzie przedmiot, jaki ruch będzie wykonywał i gdzie będzie elektroda spawalnicza i jaki ruch będzie wykonywać. O wykonywanie tej spoiny pytałem.

-- 13 lis 2016, o 20:55 --

Tak z grubsza wyglądają siły w tym obrotniku

Miałem taki pomysł, żeby wyglądało to tak: Rysunek oczywiście symboliczny, wały tylko prowizoryczne, żeby jakoś to wyglądało.
Skrót r.w.z oznacza zgodnie z ruchem wskazówek zegara