Fém rács kiszámítása és gyártása a lombkorona számára

A cikk tartalma

• Általános számítási módszer
• A kombinált tevékenységek és a támogató reakciók meghatározása
• Diferencia erőszámítás kiszámítása
• Az elemek metszetének meghatározása
• Alkatrészek gyártása a gazdaság számára
• Szerelés hardverre vagy hegesztésre?

A fémszerkezetek kiszámítása sok építő számára akadályt jelent. A kültéri fészer legegyszerűbb rácsos példa alapján elmondjuk, hogyan kell helyesen kiszámítani a terheket, és megosztjuk az önszerelés egyszerű módszereit drága felszerelések használata nélkül is..

Általános számítási módszer

A rácsokat akkor használják, amikor neprasztikus egy szilárd csapágypersely használata. Ezeket a szerkezeteket alacsonyabb térbeli sűrűség jellemzi, miközben megőrzi a stabilitást az ütések észlelésére deformációk nélkül, az alkatrészek helyes elrendezése miatt.

A rácsos szerkezet külső akkordból és töltőelemekből áll. Egy ilyen rács működésének lényege meglehetősen egyszerű: mivel minden vízszintes (feltételesen) elem nem képes ellenállni a teljes terhelésnek egy elégtelen szakasz miatt, két elem helyezkedik el a fő működés tengelyén (gravitáció) oly módon, hogy a köztük lévő távolság a teljes szerkezet elég nagy keresztmetszetét biztosítja. … Ez még egyszerűbben magyarázható a következők szerint: a terhek észlelése szempontjából a rácsot úgy tekintik, mintha szilárd anyagból készülne, míg a töltés megfelelő szilárdságot nyújt, csak a kiszámított alkalmazott tömeg alapján.

A rácsos szerkezet egy alakú csőből készül: 1 – alsó öv; 2 – fogszabályozó; 3 – állványok; 4 – oldalsó öv; 5 – felső öv

Ez a megközelítés rendkívül egyszerű és gyakran több, mint elegendő egyszerű fémszerkezetek építéséhez, azonban durva számítások esetén az anyagfelhasználás rendkívül magas. A meglévő hatások részletesebb megfontolása elősegíti a fémfogyasztás kétszeres vagy több csökkentését, ez a megközelítés leginkább a feladatunk szempontjából hasznos – egy könnyű és meglehetősen merev rácsos szerkezet megtervezése, majd összeszerelése során..

A rácsok fő profiljai a lombkorona számára: 1 – trapéz alakú; 2 – párhuzamos övekkel; 3 – háromszög; 4 – íves

Először meghatározza a gazdaság általános konfigurációját. Ennek általában háromszög vagy trapéz alakú profilja van. Az öv alsó eleme elsősorban vízszintesen, a felső pedig egy szögben van, amely biztosítja a tetőfedő rendszer megfelelő lejtését. Ebben az esetben a húr elemek keresztmetszetét és szilárdságát úgy kell megválasztani, hogy az a szerkezet meg tudja tartani a saját súlyát a meglévő tartórendszerrel. Ezután bármilyen mennyiségű függőleges hidakat és ferde kötéseket ad hozzá. A szerkezetet vázlaton kell megjeleníteni, hogy megjelenjen az interakció mechanikája, feltüntetve az összes elem valós méreteit. Aztán Fensége, fizikusa játszik.

A kombinált tevékenységek és a támogató reakciók meghatározása

Az iskolai mechanika tanfolyam statika szakaszából két fő egyenletet veszünk: az erők és a pillanatok egyensúlyát. Ezek alapján kiszámoljuk azoknak a támaszoknak a válaszát, amelyekre a gerenda kerül. A számítás egyszerűsítése érdekében a tartókat csuklósnak kell tekinteni, vagyis nincs merev csatlakozásuk (beágyazásuk) a gerendával való érintkezésnél..

Példa egy fémgazdaságra: 1 – farm; 2 – gerendák; 3 – tetőfedés

A vázlaton először meg kell jelölnie a tetőfedő rendszer hangmagasságát, mert ezekben a helyeken kell elhelyezni az alkalmazott terhelés koncentrációpontjait. A merevítők konvergenciájának csomópontjai általában a terhelés alkalmazási pontjain helyezkednek el, így könnyebb kiszámítani a terhelést. A tető össztömegét és a tetőben lévő rácsos kapcsolatok számát nem nehéz kiszámítani egy rács terhelését, és a lefedettség egységességének tényezője fogja meghatározni, hogy a koncentrációpontokban alkalmazott erők azonosak-e, vagy különböznek-e egymástól. Ez utóbbi, egyébként, akkor lehetséges, ha a lombkorona bizonyos részében az egyik bevonó anyagot másikkal helyettesítik, van egy sétány vagy például egy olyan terület, ahol egyenetlenül eloszlott hóterhelés van. Ugyanakkor a rácsos helyzet különböző pontjaira gyakorolt ​​hatás egyenetlen lesz, ha a felső gerendája kerekítve van, ebben az esetben az erő alkalmazásának pontjait szegmensekkel kell összekötni, és az ívot törött vonalnak kell tekinteni..

Ha az összes működő erő meg van jelölve a rácsvázon, folytatjuk a támasztási reakció kiszámítását. Mindegyik vonatkozásában a gazdaság nem más, mint egy olyan kar, amelyen egy megfelelő összegű befolyás szerepel. A fulladási erő pillanatának kiszámításához meg kell szorozni a terhelést minden egyes pontban kilogrammban az e terhelés karjának hosszával, méterben. Az első egyenlet azt mondja, hogy az egyes pontok műveleteinek összege egyenlő a támasz reakciójával:

• 200 1,5 + 200 3 + 200 4,5 + 100 6 = R₂ 6 – a pillanatok egyensúlyának egyenlete a csomóponttal szemben és, ahol 6 m a vállhossz)
• R₂ = (200 1,5 + 200 3 + 200 4,5 + 100 6) / 6 = 400 kg

A második egyenlet határozza meg az egyensúlyt: a két tartószerkezet reakcióinak összege pontosan megegyezik az alkalmazott tömeggel, azaz, ha ismeri az egyik támasz reakcióját, könnyen megtalálhatja a másik értékét:

• R₁ + R₂ = 100 + 200 + 200 + 200 + 100
• R1 = 800-400 = 400 kg

De ne tévesszen be: a tőkeáttételre vonatkozó szabály itt is érvényes, tehát ha a rács jelentős kiterjesztéssel rendelkezik az egyik támasz felett, akkor a terhelés ezen a helyen nagyobb lesz a tömegközéppont és a támaszok közötti távolságbeli különbség arányában..

Diferencia erőszámítás kiszámítása

Átmegyünk az általános részből a különösbe: most meg kell határozni a gazdaság minden elemére ható erőfeszítések mennyiségi értékét. Ehhez felsoroljuk az egyes övszegmenseket és a kitöltő betéteket egy listával, majd mindegyiket kiegyensúlyozott lapos rendszernek tekintjük.

A számítások kényelme érdekében a rács minden egyes összekötő csomópontja vektor diagramként ábrázolható, ahol az akcióvektorok az elemek hossztengelyein haladnak. A számításhoz mindössze annyit kell tudni, hogy a csomóponton konvergáló szegmensek hossza és a köztük lévő szögek milyenek..

Annak a csomópontnak kell kezdenie, amelyre a támogatási reakció kiszámításakor megállapították az ismert mennyiségek maximális lehetséges számát. Kezdjük a szélsőséges függőleges elemmel: az egyensúlyi egyenlet azt mondja, hogy a konvergáló teher vektorok összege egyenlő nullával, vagyis a függőleges tengely mentén fellépő gravitációs erő ellensúlya egyenértékű a támasz reakciójával, nagyságrendje megegyezik, de a jelzővel ellentétes. Vegye figyelembe, hogy a kapott érték csak egy részét képezi a támaszték egy adott csomópontra ható teljes reakciójának, a többi terhelés az öv vízszintes részeire esik..

Csomó b

• -100 + S₁ = 0
• S₁ = 100 kg

Ezután továbbmegyünk a szélső alsó sarokcsomóponthoz, amelyben az akkord függőleges és vízszintes szegmensei, valamint a dőlésszög összefonódnak. Az előző bekezdésben kiszámított, a függőleges szegmenst befolyásoló erő a tartó préseli súlya és reakciója. A dőlésszögű elemre ható erőt az elem tengelyének a függőleges tengelyre vetítéséből kell kiszámítani: vonjuk le a gravitációs hatást a támasztó reakcióból, majd osztjuk meg a „tiszta” eredményt annak a szögnek a bűnével, amelyben a merevítőt a vízszintesre hajlik. A vízszintes elem terhelését szintén vetítéssel lehet megállapítani, de már a vízszintes tengelyen. Szorozzuk meg az újonnan kapott ferde elem terhelését a merevítő dőlésszögének cos értékével, és megkapjuk az akkord szélső vízszintes szakaszára gyakorolt ​​hatás értékét.

Csomó egy

• -100 + 400 – sin (33,69) S₃ = 0 – tengelyenkénti egyensúlyi egyenlet nál nél
• S₃ = 300 / sin (33,69) = 540,83 kg – rúd 3tömörített
• -S₃ COS (33,69) + S₄ = 0 – tengelyenkénti egyensúlyi egyenlet x
• S₄ = 540,83 cos (33,69) = 450 kg – rúd 4kifeszített

Így a csomóponttól a csomópontig történő egymás utáni áthaladáshoz ki kell számítani a mindegyikben működő erőket. Vegye figyelembe, hogy az ellenirányú akcióvektorok tömörítik a rudat, és fordítva – nyújtsák meg, ha egymással szemben ellentétes irányban vannak.

Az elemek metszetének meghatározása

Ha az összes működő terhelés ismert a rácsra, ideje meghatározni az elemek metszetét. Nem kell, hogy minden alkatrésznél egyenlő legyen: az öv hagyományosan hengerelt termékekből készül, nagyobb keresztmetszetű, mint a töltőelemek. Ez biztosítja a terv biztonsági margóját.

Ahol: F_tr – a feszített rész keresztmetszete; N – a tervezési terhek erőfeszítései; R_y – tervezési anyagállóság; ?_{tól től} – a munkakörülmények együtthatója.

Ha az acél alkatrészek törésterhelései viszonylag egyszerűek, akkor a préselt rudak kiszámítását nem az erő, hanem a stabilitás szempontjából kell elvégezni, mivel a végeredmény mennyiségileg kevesebb, és ennek megfelelően kritikus értéknek tekinthető. Kiszámítható online számológéppel, vagy manuálisan is elvégezhető, előzőleg meghatározva a hosszkorrekciós tényezőt, amely meghatározza, hogy a teljes hossz melyik részén hajlik a rudat meghajolni. Ez az együttható a rudak széleinek rögzítésének módszerétől függ: tompahegesztésnél ez egy egység, és „ideális” merev gömbök jelenlétében megközelítheti a 0,5-et.

Ahol: F_tr – a sűrített rész keresztmetszeti területe; N – a tervezési terhek erőfeszítései; ? – a sűrített elemek behajlási együtthatója (a táblázatból meghatározva); R_y – tervezési anyagállóság; ?_{tól től} – a munkakörülmények együtthatója.

Ismernie kell azt a minimális kitérési sugarat is, amelyet úgy határozunk meg, hogy hányadosa négyzetgyöke lesz az axiális tehetetlenségi nyomatéknak a keresztmetszeti területtel való elosztásával. Az axiális momentumot a szakasz alakja és szimmetriája határozza meg, jobb, ha ezt az értéket a táblázatból vesszük.

Ahol: én_x – a szakasz tehetetlenségi sugara; J_x – tengelyirányú tehetetlenségi nyomaték; F_tr – keresztmetszeti terület.

Így ha a hosszat (figyelembe véve a redukciós együtthatót) osztva a legkisebb sugárzási sugárral, megkaphatja a rugalmasság kvantitatív értékét. Egy stabil rúd esetében teljesül a feltétel, hogy a terhelés keresztmetszettel való megosztása hányadosa nem lehet kevesebb, mint a megengedett nyomóterhelés és a meghajlási együttható szorzata, amelyet egy adott rudazat rugalmassága és a gyártás anyaga határoz meg..

Ahol: l_x – a rács síkjában becsült hosszúság; én_x – a szakasz minimális tehetetlenségi sugara az x tengely mentén; l_y – a rács becsült hossza a rács síkjától; én_y – az y tengely mentén a szakasz minimális kitörési sugara.

Felhívjuk figyelmét, hogy a tömörített sáv stabilitási elemzése mutatja a rácsos művelet teljes lényegét. Ha az elem nem megfelelő keresztmetszete, amely nem teszi lehetővé stabilitásának biztosítását, akkor jogaink van a vékonyabb összeköttetéseket hozzátenni a rögzítőrendszer megváltoztatásával. Ez bonyolítja a rács konfigurációját, de nagyobb stabilitást tesz lehetővé kisebb súly mellett..

Alkatrészek gyártása a gazdaság számára

A rácsos összeállítás pontossága rendkívül fontos, mivel az összes számítást vektordiagramok módszerével végeztük, és a vektor, amint tudod, csak abszolút egyenes lehet. Ezért az elemek nem megfelelő illesztése miatt a görbületekből származó legkisebb feszültség a rácsot rendkívül instabilsá teszi..

Először el kell döntenie a külső öv alkatrészeinek méretéről. Ha az alsó fényszóróval minden nagyon egyszerű, akkor a felső hosszának meghatározásához használhatja akár a Pythagorai tételt, akár az oldalak és a szögek trigonometrikus arányát. Ez utóbbi előnyös, ha olyan anyagokkal dolgozik, mint például a sarokacél és az alakú cső. Ha a rácsos lejtő szöge ismert, akkor az javítható az alkatrészek széleinek vágásakor. Az öv derékszögeit úgy kell összekapcsolni, hogy a vágást 45 ° -on hajlítják meg – hozzáadásuk a 45 ° -hoz a csukló egyik oldalán a dőlési szöget, és kivonva a másikról.

A töltési részletek az öv elemekkel analóg módon vannak kivágva. A fő fogás az, hogy a gazdaság szigorúan egységes termék, ezért ennek előállításához pontos részleteket kell meghatározni. Akárcsak a műveletek kiszámításakor, az egyes elemeket külön-külön kell figyelembe venni, meghatározva a konvergencia szögeit, és ennek megfelelően az alsó szélek szögeit..

Gyakran a gazdaságokat sugármérvekkel készítik. Az ilyen struktúrák bonyolultabb számítási módszerrel rendelkeznek, de nagyobb szerkezeti szilárdságot eredményeznek, a terhek egységesebb észlelése miatt. Nincs értelme kitöltő elemeket lekerekített elemekkel készíteni, de az öv alkatrészeire ez nagyon alkalmazható. Az íves rácsok általában több szegmenst tartalmaznak, amelyek a töltőtartó konvergencia pontjain kapcsolódnak egymáshoz, amelyeket figyelembe kell venni a tervezéskor.

Szerelés hardverre vagy hegesztésre?

Összegezve, jó lenne felvázolni a rácsos hegesztés és leválasztható illesztések összeállításának módszerei közötti gyakorlati különbséget. Először: a csavarok vagy szegecsek lyukainak fúrása az elem testében gyakorlatilag nem befolyásolja annak rugalmasságát, ezért a gyakorlatban nem veszik figyelembe..

A rácsos elemek rögzítésének módszerét illetően megállapítottuk, hogy rácsok jelenlétében a rúd hajlításra képes szakaszának hossza jelentősen csökken, amelynek következtében keresztmetszete csökkenthető. Ennek az az előnye, hogy a rácsot a rácsos elemek oldalához rögzített tartókra szereljük. Ebben az esetben nincs különbség a szerelési módszerben: garantáltan garantáljuk, hogy a varratok hossza elegendő legyen a csomópontok koncentrált feszültségeinek ellenállásához..

Ha a rácsot elemek összekötésével összeszerelik, gázcsövek nélkül, itt speciális készségekre van szükség. A teljes köteg szilárdságát a legkevésbé erős csomója határozza meg, ezért legalább az egyik elem hegesztési hibája az egész szerkezet megsemmisítéséhez vezethet. Ha nincs elég hegesztő képessége, akkor ajánlott csavarokkal vagy szegecsekkel összeszerelni bilincsekkel, szögtartókkal vagy fedőlemezekkel. Ebben az esetben az egyes elemeket a csomóponthoz legalább két ponton kell rögzíteni.