Wyznaczenie siły krytycznej śruby podnośnika śrubowego

• Autorzy: Wolański M. , Grzejda R.

Warianty tytułu

EN

Determination of the critical buckling force for a lifting screw

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono modelowanie i obliczenia śruby podnośnika śrubowego z napędem poprzez nakrętkę obciążonego siłą ściskającą. Przeprowadzono analizę wytrzymałości na wyboczenie modelu śruby na podstawie wzorów teoretycznych oraz z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES). W przypadku obliczeń teoretycznych wykorzystano model belkowy śruby o średnicy równej średnicy rdzenia oraz alternatywny model belkowy śruby o średnicy wyznaczonej w nowy sposób z uwzględnieniem występowania w śrubie gwintu. W obliczeniach przyjęto, że model śruby będzie się zachowywał jako model sprężysty. Otrzymane wyniki obliczeń sprawdzono pod kątem spełnienia przyjętego kryterium wytrzymałościowego, związanego z wytrzymałością śruby na wyboczenie sprężyste. Przedstawiono wybrane wyniki badań symulacyjnych modelu MES śruby w postaci mapy przemieszczeń modelu pod wpływem zadanego obciążenia ściskającego. Wyznaczono wartości siły krytycznej śruby dla każdego z przyjętych modeli śruby. Na podstawie porównania wyników teoretycznych i numerycznych analiz określono przydatność modeli belkowych do obliczeń siły krytycznej śruby podnośnika śrubowego.

EN

Modelling and calculations of a lifting screw of a screw jack driven by a nut, subjected by compressive load, are presented. An analysis of buckling strength of the screw model based on theoretical formulas and using the finite element method (FEM) is performed. A beam model of the bolt with a diameter equal to the diameter of the bolt core and an alternative beam model of the bolt with a diameter computed in a new way, taking into account the occurrence of the thread in the bolt, are used in the case of theoretical calculations. In the computations it is assumed that the bolt model will behave as an elastic model. Obtained results of calculations are checked in terms of fulfillment of the adopted strength criterion related to resistance of the lifting screw on elastic buckling. Selected results of simulation studies of the FEM-model of the lifting screw in the form of a displacement map of the model under specified compressive load are pointed out. Critical buckling force values for a lifting screw for each of the proposed screw models are designated. Based on the comparison of the theoretical and numerical analyzes results, usefulness of beam models for calculations of the critical buckling force for the lifting screw is specified.

Słowa kluczowe

PL

siła krytyczna; wyboczenie; podnośnik śrubowy

EN

critical force; buckling; screw jack

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 26, nr 57
• Strony: 76--82
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz.

Twórcy

autor

Wolański M.

• Katedra Mechaniki i PKM, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

autor

Grzejda R.

• Katedra Mechaniki i PKM, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Bibliografia

• 1. Acme screw jacks. Katalog firmy Servomech: www.servomech.it.
• 2. Akour S. N., Nayfeh J. F.: Failure of an internally threaded structure: The valve centre spool. „Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science” 2002, Vol. 216, No. 12, p. 1157–1163.
• 3. Behan K., Guzas E., Milburn J., Moss S.: Finite element modeling of K-Monel bolts under static loading and dynamic shock loading. „Shock and Vibration” 2013, Vol. 20, No. 3, p. 575–589.
• 4. Biały W.: Wybrane zagadnienia z wytrzymałości materiałów. Warszawa: Wyd. WNT, 2014.
• 5. Bielski J.: Inżynierskie zastosowania systemu MES. Kraków: Wyd. Pol. Krak., 2013.
• 6. Caracciolo R., Richiedei D.: Optimal design of ball-screw driven servomechanisms through an integrated mechatronic approach. „Mechatronics” 2014, Vol. 24, No. 7, p. 819–832.
• 7. Chen J.-J., Shih Y.-S.: A study of the helical effect on the thread connection by three dimensional finite element analysis. „Nuclear Engineering and Design” 1999, Vol. 191, No. 2, p. 109–116.
• 8. Fransplass H., Langseth M., Hopperstad O. S.: Numerical study of the tensile behaviour of threaded steel fasteners at elevated rates of strain. „International Journal of Impact Engineering” 2013, Vol. 54, p. 19–30.
• 9. General/Basics. Katalog firmy NOZAG Transmission: www.nozag.ch.
• 10. Girhammar U. A., Pan D. H.: Exact static analysis of partially composite beams and beam-columns. „International Journal of Mechanical Sciences” 2007, Vol. 49, No. 2, p. 239–255.
• 11. Guzas E., Behan K., Davis J.: 3D finite element modeling of single bolt connections under static and dynamic tension loading. „Shock and Vibration” 2015, Vol. 2015, article ID 205018.
• 12. Herák D., Karanský J., Chotěborský R.: Utilisation of the method of stress limit for designing the motion screw dimensions. „Research in Agricultural Engineering” 2008, Vol. 54, No. 1, p. 32–41.
• 13. Hubgetriebe Classic. Katalog firmy GROB Antriebstechnik: www.grob-antriebstechnik.de.
• 14. Iwaszko J.: Podstawy konstrukcji maszyn. Połączenia i przekładnie zębate. Zbiór zadań. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2012.
• 15. Kim M.-S., Chung S.-C.: Integrated design methodology of ball-screw driven servomechanisms with discrete controllers. Part 1: Modelling and performance analysis. „Mechatronics” 2006, vol. 16, nr 8, s. 491–502.
• 16. Kryžanowski A., Schnabl S., Turk G., Planinc I.: Exact slip-buckling analysis of two-layer composite columns. „International Journal of Solids and Structures” 2009, vol. 46, nr 14–15, s. 2929–2938.
• 17. Kurmaz L. W., Kurmaz O. L.: Podstawy konstruowania węzłów i części maszyn. Kielce: Wyd. Pol. Świętokrzyskiej, 2011.
• 18. Midas NFX Analysis Manual, 2014.
• 19. Niezgodziński M. E., Niezgodziński T.: Wzory, wykresy i tablice wytrzymałościowe. Warszawa: WNT, 2004.
• 20. Obrębski J. B.: Stateczność prętów prostych w świetle obliczonych przykładów. „Mechanik” 2015, vol. 88, nr 7, s. 587–604.
• 21. Papp F., Rubert A., Szalai J.: DIN EN 1993-1-1-konforme integrierte Stabilitätsanalysen für 2D/3DStahlkonstruktionen (Teil 1). „Stahlbau” 2014, vol. 83, nr 1, s. 1–15.
• 22. PN-EN ISO 898-1:2001. Własności mechaniczne części złącznych wykonanych ze stali węglowej oraz stopowej. Śruby i śruby dwustronne.
• 23. PN-ISO 2904:1996. Gwinty trapezowe metryczne ISO. Wymiary nominalne.
• 24. Podnośniki śrubowe o budowie modularnej. Katalog firmy Pivexin Technology Sp. z o. o.: www.pivexin-tech.pl.
• 25. Ponieważ G., Kuśmierz L.: Podstawy konstrukcji maszyn: projektowanie mechanizmów śrubowych oraz przekładni zębatych. Lublin: Pol. Lubelska, 2011.
• 26. Przekładnie śrubowe. Katalog firmy ZIMM: www.zimmscrewjacks.com.
• 27. Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn, tom 2. Praca pod red. E. Mazanka. Warszawa: WNT, 2008.
• 28. Schneider R., Wuttke U., Berger C.: Fatigue analysis of „Procedia Engineering” 2010, Vol. 2, No. 1, p. 2357–2366.
• 29. Screw driver. Screw jacks. Katalog firmy NEFF Gewindetriebe: www.neff-gewindetriebe.de.
• 30. Screw jacks. Katalog firmy NIASA: www.niasa.es.
• 31. Skoć A., Spałek J.: Podstawy konstrukcji maszyn. T.1. Warszawa: WNT, 2012.
• 32. Sobolewski J. Z.: Przekładnie śrubowe kulkowe. Warszawa: WNT, 2009.
• 33. Sokół K.: CATIA. Wykorzystanie metody elementów skończonych w obliczeniach inżynierskich. Gliwice: Helion, 2014.
• 34. Szmidla J., Kluba M.: Stateczność i drgania swobodne niepryzmatycznego układu smukłego poddanego obciążeniu eulerowskiemu. „Modelowanie Inżynierskie” 2011, t. 10, z. 41, s. 385–394.
• 35. Williams J. G., Anley R. E., Nash D. H., Gray T. G. F.: Analysis of externally loaded bolted joints: Analytical, computational and experimental study. „International Journal of Pressure Vessels and Piping” 2009, Vol. 86, No. 7, p. 420–427.
• 36. Wolański M. M.: Projekt i analiza MES wytrzymałości podnośnika śrubowego. Praca inżynierska, Szczecin: Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, 2015.
• 37. Worm gear screw jacks. Katalog firmy Nook Industries: www.nookindustries.com.
• 38. Worm gear screw jacks. Reliable and versatile high performance screw jacks. Katalog firmy Thomson: www.thomsonlinear.com.
• 39. Worm gear screw jacks with trapezoidal screw or ball screw. Katalog firmy Haacon: www.haacon.de.
• 40. Yoo H., Choi D.-H.: New method of inelastic buckling analysis for steel frames. „Journal of Constructional Steel Research” 2008, Vol. 64, No. 10, p. 1152–1164.