Барабан крана. Расчёт составной оси

[СВ]

Решил прикинуть возможность использования сборной оси (для облегчения). Ось состоит из трубы в середине и посаженных в неё с сильным натягом наконечников. Нужно найти толщину стенки трубы S и длину запрессовки L при известной силе Р. Ось крутящий момент не передаёт (поэтому и ось); М, показанный на рисунке, это момент от силы Р.
Как это сделать аналитически?

[Петрович-47]

Рас нет момента, значит вал превращается в балку и соответственно рассчитывать надо стержень на двух опорах с приложением двух сил

[СВ]

Не сомневаюсь.
Вопрос только один: формула для расчёта длины сопряжения и толщины стенки, скорее даже толщины стенки и натяга в сопряжении при остальных заданных размерах. (Или как обычно: найти напряжения при заданных размерах.  И сообразить - а какие ЗДЕСЬ допустимые напряжения?)
Схему можно ещё более упростить: труба и один наконечник. И не забывать про нюанс: эта "круглая балка" постоянно вращается под нагрузкой!
- - -
Соединение с натягом, надо полагать, должно обеспечить нераскрываемость стыка при действии нагрузки. А какая нагрузка в стыке? Как "выглядит" нераскрываемость (условия)? И т.д.
В "обычной" балке можно даже с зазором детали поставить, и они будут работать без проблем. Во вращающейся - совсем иная картина... Нужно её ЗНАТЬ, а не самому выдумать, ибо выдумка здесь может НЕ ТУДА завести!
(Полагаю, никто из форума с этим специфическим вопросом не встречался.)

[designer811]

у барабана есть цапфы. зачем Вал?  там большая часть нагрузки на по площади толщины обечайки размажется и барабан наберет достаточную прочность. скрипач не нужен.

[СВ]

 Вот, правильный вопрос!
Правильный ответ: эксплуатация  вариантов с цельной осью и с цапфами по краям показала, что с осью надёжность и ресурс гораздо выше. Причина: с цапфами получается консольная нагрузка, расшатывающая соединение. Дело в том, что детали большие и получить точные посадки проблематично, и монтаж нелёгкий, приходится ставить детали с зазором. Плюс важный момент - экспериментировать никто не позволяет.

[IgorT]

Грубо прикинул в SW, как целую деталь.
Совершенно не понятно как учитывать "небольшой зазор" с левой стороны барабана при расчете.
Вот что получаем:




Где наблюдаем, что внутри барабана, на составной оси напряжения отсутствуют.

А вот перемещения:



У нас такие барабаны делаются без внутренних осей. Для чего они?
Как аналитически сделать расчет не понятно...

[IgorT]

Вот, правильный вопрос!
Правильный ответ: эксплуатация  вариантов с цельной осью и с цапфами по краям показала, что с осью надёжность и ресурс гораздо выше. Причина: с цапфами получается консольная нагрузка, расшатывающая соединение. Дело в том, что детали большие и получить точные посадки проблематично, и монтаж нелёгкий, приходится ставить детали с зазором. Плюс важный момент - экспериментировать никто не позволяет.

Это как цапфы организовать. У нас цапфа опирается на пару стенок, а не на одну.
Машины не мелкие и нагруженные. Барабан примерно 900 мм диаметр, длина 6000 мм.
Подшипники роликовые сферические.

[designer811]

попробуйте использовать Болты стяжные призонные типа ГОСТ 7817-80. я на таких собирал барабаны,
Хотя у меня зачастую они (барабаны) сварные были, обрабатывались в сборе, несносность цапф была минимальной и компенсировалась буксами подшипников.

[СВ]

Совершенно не понятно как учитывать "небольшой зазор" с левой стороны барабана при расчете.
...
К нас такие барабаны делаются без внутренних осей. Для чего они?

Вот наша классика (в смысле - такие краны у нас применяются): ...
Справа - приводная шестерня, на "призонных" втулках (вместо призонных болтов), ось в шестерню - с  лёгким натягом; слева - ступица, посадки на ось и в барабан - с лёгким зазором, причём с барабаном стягивается ещё и призонными болтами.
А что у вас (чертёжик или модельку)?
- - -
Игорь, на первой моей картинке сила Р показана чисто условно, для расчётной схемы, в реальности, естественно, это тросы сбоку. (Интересно, а как это (тросы) реалистично задать в программе расчёта? И самоустанавливающиеся подшипники в опорах.)

[designer811]

Да... Дилемма. колеса литые... первый раз вижу такой способ крепления . Это в каком-то альбоме так было?
 в таком ключе тело барабана лишь поддерживается, вся нагрузка на вал? то есть барабан скручивается, а вал только как вал   

[СВ]

 Не понял вашего непонимания.
Цельная ось (не вал) переводит консольную "выворачивающую" нагрузку на ось (на концы оси) от шестерни и ступицы в чисто вертикальную, т.е. вместо момента - силы. А так - да, если КРЕПКО всё прикрепить, то средняя часть оси не нужна.
Конструкция связана с литьём барабана: льют только в виде стакана (т.е. левой стенки нет). Сварной барабан тоже не хотят. В итоге - вот так.
А что у вас?

[designer811]

Кусаемое картинки номер раз.
ответы:
1 - S подобрать из равно жёсткости вала т.е. суммарная площадь трубки которая сопротивляется равна площади вала.
2 - L - не меньше 1,5 - 2 диаметра вала.
речь пойдет про посадку U8/h7

[СВ]

 Ну, это первое, что приходит на ум. Вопрос-то был про РАСЧЁТ! (Кстати, ось непонятно как рассчитана, и как опираться на её размеры? Разве что по принципу - повторить, и хуже не будет...)

[Doom2]

СВ, прикрепите саму модель более точной с размерами в плане необходимости, попробую через ansys прогнать там заодно и модули просмотреть новые.

[IgorT]

Вот наша классика (в смысле - такие краны у нас применяются): ...
Справа - приводная шестерня, на "призонных" втулках (вместо призонных болтов), ось в шестерню - с  лёгким натягом; слева - ступица, посадки на ось и в барабан - с лёгким зазором, причём с барабаном стягивается ещё и призонными болтами.
А что у вас (чертёжик или модельку)?
- - -
Игорь, на первой моей картинке сила Р показана чисто условно, для расчётной схемы, в реальности, естественно, это тросы сбоку. (Интересно, а как это (тросы) реалистично задать в программе расчёта? И самоустанавливающиеся подшипники в опорах.)

Я сейчас на работу не хожу... Показать чертёж конструкции затрудняюсь.
ИМХО нагрузка, приложенная как сила не малую площадь, покажет большие напряжения чем от тросов. Хотя в принципе можно нарисовать на барабане места контактов тросов и барабана. Распределенную силу к ним приложить. Но смысла особого я в этом не вижу, только возни больше.
Про подшипники. SW позволяет использовать самоустанавливающиеся подшипники.
Получим результаты:





Как видим на напряжения в оси барабане включенная самоустановка никак не повлияла.

СВ, прикрепите саму модель более точной с размерами в плане необходимости, попробую через ansys прогнать там заодно и модули просмотреть новые.

Каким образом точные размеры изменять общую картину расчета?
Но все же интересно посмотреть на результат Вашего расчета.

[алексst]

Не знаю, поможет ли Вам это. Всё-таки у Вас изгиб а тут только осевая нагрузка и крутящий момент.










У меня , только, возник вопрос: а чего с такой посадкой вообще заморачиваться? Результат, ведь, почти не предсказуем с этими посадками. А это всё-таки грузоподъёмные. А почему просто по старинке не приварить эти "хвосты" к трубе?
Второй вопрос, который даст больше спокойствия в жизни. А это грузоподъёмные самолётного типа? Им с этим барабаном летать? Если "нет", то сделать вал сплошной и не морочить голову. Ради чего там труба? Если экономия металла, то на одной обработке трубы и запрессовке больше потеряете. А труба сварная или цельнотянутая? Если сварная, то может по шву разойтись при запрессовке. Если цельная, то она дороже целого куска железа, вероятно, но не сильно дешевле.

[IgorT]

Не знаю, поможет ли Вам это. Всё-таки у Вас изгиб а тут только осевая нагрузка и крутящий момент.
...

Спасибо! А что это за книга, алексst, можно узнать?

[Doom2]

Не знаю, поможет ли Вам это. Всё-таки у Вас изгиб а тут только осевая нагрузка и крутящий момент.

Напишите название книги.

Каким образом точные размеры изменять общую картину расчета?
Но все же интересно посмотреть на результат Вашего расчета.

Мне хотя бы 3D модель. я был зарегистрирован в https://vmasshtabe.ru/ и они меня заблокировали - сказали что я мало работ загрузил   

[СВ]

У меня , только, возник вопрос: а чего с такой посадкой вообще заморачиваться? Результат, ведь, почти не предсказуем с этими посадками. А это всё-таки грузоподъёмные. А почему просто по старинке не приварить эти "хвосты" к трубе?

1. Делать я буду, разумеется, сплошной вал. Все эти заморочки - на будущее, если что-то хорошее будет просматриваться.
2. Труба - сталь 20, на наконечники (при любом раскладе) сталь гораздо лучше, т.е. плохо свариваемую.
3. А экономия-то неизвестна. Может там тонюсенькая трубка окажется.
4. Всегда имею желание научиться чему-то новому. А форум позволяет ещё и с другими поделиться.
- - -
Игорь, если пришлю модель, близкую к прототипу, посмотрите?
Вопрос - в каком виде? Желательно в виде сборки: вал из трёх деталей и барабан из одной, причём посадка вала слева будет с зазором, в 0,1...0.05 мм. Такое возможно проверить? Или вал должен быть одной деталью, и тогда можно смотреть напряжения в тонкой части, где труба, но не получится увидеть напряжения в месте посадки наконечников трубу? ВОПРОС-то основной - расчёт посадки наконечника в трубу!
По валу из трёх деталей: может СВ учитывать ещё и напряжения от посадки? Или просто взять трёх детальный вал, приложить силы  и посмотреть напряжения? Там ведь такой нюанс: опорные площадки на вал со стороны ступиц барабана изрядно широкие, плюс зазор с одной стороны, и картина получается сложная, желательно её приблизить к реальной.

[алексst]

Первая страница книги не сохранилась. Вот выходные данные с последней страницы.

Вот внешний вид. Изображение плохое , разрешение низкое, так как большой файл сюда не приложить. Уменьшил его как мог. На обложке написано "Допуски и посадки. Справочник".