Thiết kế kết cấu kim loại máy trục: Phần 2

Chia sẻ: Túcc Vânn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:195

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 cuốn sách "Thiết kế kết cấu kim loại máy trục" trình bày các nội dung: Kết cấu và tính toán dàn, kết cấu và tính toán cột, cầu trục, cổng và bán cổng, cổng trục, cần trục chân đế, cần trục có cần, cần trục tháp. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế kết cấu kim loại máy trục: Phần 2

Chöông 6 KEÁT CAÁU VAØ TÍNH TOAÙN DAØN §6.1.ÑAËC ÑIEÅM VAØ CÔ SÔÛ KEÁT CAÁU DAØN. 6.1.1 – Ñaëc ñieåm keát caáu daøn, [08], [01]. Daøn ñöôïc söû duïng trong keát caáu kim loaïi maùy truïc vôùi keát caáu coù chieàu daøi (khaåu ñoä) lôùn, chòu taûi troïng nhoû, khi ñoù neáu duøng daàm thì troïng löôïng cuûa daàm lôùn hôn daøn. Treân thöïc teá daøn ñöôïc söû duïng ñeå cheá taïo caàn cuûa caùc caàn truïc coù caàn, caàu treân cuûa caàn truïc coång, caàu chuyeån taûi, caàn truïc v.v… – Trong keát caáu kim loaïi maùy truïc chuû yeáu söû duïng caùc daøn khoâng gian coù tieát dieän ngang cuûa daøn laø hình tam giaùc hay hình chöõ nhaät. Daøn tam giaùc coù ñoä cöùng choáng xoaén nhoû, khoù boá trí caùc thieát bò treân daøn, duøng laøm caàn cuûa caùc caàn truïc, ít khi duøng laøm caàu. Daøn hình chöõ nhaät ñoä cöùng choáng uoán theo hai phöông vaø ñoä cöùng choáng xoaén khaù lôùn, deã boá trí thieát bò treân ñoù, vaø ñöôïc söû duïng roäng raõi. – Öu nhöôïc ñieåm cuûa daøn: + Öu ñieåm: ñôn giaûn, deã cheá taïo, deã baûo quaûn (sôn choáng gæ). + Nhöôïc ñieåm: ñoä beàn moûi thaáp, coâng cheá taïo cao do khoù söû duïng phöông phaùp haøn töï ñoäng. 6.1.2 – Phaân loaïi daøn. 1) Theo coâng duïng ta coù caùc loaïi: Daøn maùi nhaø coâng nghieäp, maùi nhaø daân duïng; daøn caàu, daøn theùp duøng trong maùy truïc, thaùp truï, coät ñieän, thaùp khoan v.v… 2) Theo caáu taïo cuûa caùc thanh trong daøn chia ra: – Daøn nheï: laø daøn coù noäi löïc trong caùc Hình 6.1 – Caùc tieát dieän thanh daøn thöôøng. thanh laø nhoû, caùc thanh daøn ñöôïc caáu taïo töø moät theùp goùc hoaëc theùp troøn. – Daøn thöôøng: laø loaïi phoå bieán, noäi löïc lôùn nhaát trong caùc thanh bieân nhoû hôn 5000 kN. Caùc thanh daøn ñöôïc gheùp bôûi 2 theùp goùc, tieát dieän ngang daïng chöõ T (hình 6.1). – Daøn naëng: duøng cho caùc coâng trình chòu chòu taûi troïng naëng nhö daøn laøm caàu, noäi Hình 6.2 – Caùc tieát dieän thanh daøn naëng. löïc lôùn nhaát trong thanh bieân khoâng döôùi 5000 kN. Tieát dieän thanh daøn daïng thanh toå hôïp (hình 6.2). 3) Theo hình daùng beân ngoaøi coù caùc loaïi daøn: – Daøn coù bieân song song (caàn cuûa caàn truïc thaùp…) – Daøn coù bieân treân doác moät phía thöôøng duøng cho caàn truïc coù xe con di chuyeån ôû bieân döôùi. – Daøn coù ñöôøng bieân döôùi gaõy khuùc (duøng cho caàu truïc, coång truïc, caàu chuyeån taûi) 139
– Daøn coù ñöôøng bao hình tam giaùc (laøm vì keùo maùi nhaø daân duïng, coâng nghieäp). Hình 6.3 – Caùc loaïi hình daïng daøn. a – Ñöôøng bieân song song; b - Ñöôøng bieân doác moät phía; c - Ñöôøng bieân döôùi gaõy khuùc; d - Ñöôøng bieân tam giaùc; e – Heä thanh buïng kieåu tam giaùc coù thanh choáng ñöùng; g - Heä thanh buïng kieåu tam giaùc khoâng coù thanh choáng ñöùng; h - Heä thanh buïng kieåu tam giaùc coù thanh choáng ñöùng chuû yeáu cho thanh bieân treân; i – Daøn coù heä thanh buïng nghieâng veà moät phía; k, m, Daøn khoâng coù thanh xieân; l, p – daøn coù heä thanh buïng giao nhau kieåu hình thoi; n – daøn coù heä thanh buïng giao nhau kieåu chöõ K; o) – daøn phaân nhoû; q – caùc kích thöôùc hình hoïc cuûa daøn. 4) Theo keát caáu heä thanh buïng coù caùc loaïi daøn: 140
– Daøn coù thanh buïng tam giaùc: loaïi coù thanh choáng ñöùng (hình 6.3a, b, c, d, e) vaø loaïi khoâng coù thanh choáng ñöùng (hình 6.3g). – Daøn coù heä thanh buïng nghieâng veà moät phía (hình 6.3i); – Daøn coù heä thanh buïng giao nhau kieåu cheùo nhau chöõ K (hình 6.3n) – Daøn coù heä thanh buïng giao nhau kieåu hình thoi (hình 6.3l, p); – Daøn khoâng coù thanh xieân (hình 6.3m); – Daøn phaân nhoû (hình 6.3o). 6.1.3 – Choïn tieát dieän caùc thanh cuûa daøn nhe,ï [03], [01].. Hình 6.4 – Caùc loaïi tieát dieän laøm baèng theùp hình daäp nguoäi (theùp taám uoán cong). Hình 6.5 – Caùc loaïi tieát dieän toå hôïp chuû yeáu. 141
Sau khi xaùc ñònh ñöôïc noäi löïc trong caùc thanh cuûa daøn (neân duøng phöông phaùp ñöôøng aûnh höôûng ñeå xaùc ñònh noäi löïc – xem giaùo trình cô hoïc keát caáu) coù theå chuyeån sang choïn tieát dieän cuûa thanh xuaát phaùt töø ñieàu kieän beàn vaø oån ñònh cuûa caùc thanh. Tröôùc heát caàn phaûi choïn daïng tieát dieän. ÔÛ caùc thanh chòu keùo thì hình daïng tieát dieän khoâng aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cuûa chuùng; daïng tieát dieän ñoù choïn theo keát caáu thöïc teá, ñaûm baûo cho söï lieân keát cuûa caùc thanh chòu keùo naøy vôùi caùc caáu kieän khaùc cuûa daøn theo caùc nguyeân taéc ñaõ ñöôïc tieâu chuaån hoùa veà hình daïng cuûa tieát dieän ñöôïc söû duïng trong daøn… ÔÛ caùc thanh chòu neùn cuûa daøn, ngoaøi vieäc ñaûm baûo söï phuø hôïp veà keát caáu theo döï ñònh thieát keá, thì daïng cuûa tieát dieän coøn phaûi chuù yù ñeán ñieàu kieän oån ñònh cuûa thanh ñeå choáng söï uoán doïc laøm maát oån ñònh cuûa thanh. Hình 6.6 – Caùc tieát dieän duøng hôïp kim nhoâm vaø phaïm vi giôùi haïn kích thöôùc cuûa noù,[03]. Ñoái vôùi daøn nheï ngöôøi ta söû duïng roäng raõi thanh coù tieát dieän chöõ T gheùp töø 2 theùp goùc. Thanh coù tieát dieän töø theùp goùc coøn ít duøng, loaïi naøy thöôøng söû duïng ôû caùc daøn phuï, ít quan troïng hoaëc duøng trong caùc daøn lieân keát. Nhöõng loaïi tieát dieän thöôøng söû duïng trong daøn cuûa caàn truïc trình baøy ôû hình 6.4, hình 6.5. Giöõa hai theùp goùc caàn phaûi coù khe hôû ñeå baûn tieáp ñieåm (baûn maõ lieân keát giöõa caùc thanh cuûa daøn) chui qua. Loaïi tieát dieän töø 2 theùp chöõ U söû duïng coù lôïi nhaát trong tröôøng hôïp neáu thanh chòu caû uoán ngang. Chaúng haïn thanh bieân treân cuûa daøn caàn truïc (nhöõng daøn nhö vaäy coù theå duøng haøn ñoái vôùi baûn caùnh treân cuûa daàm chöõ I, coøn caùc baûn maõ thì haøn vôùi caùnh döôùi cuûa daàm). 142
Ñoái vôùi caùc thanh chòu neùn cuûa daøn maét löôùi ñoâi khi ngöôøi ta duøng theùp goùc gheùp tieát dieän chöõ thaäp, tröôøng hôïp naøy moâmen quaùn tính cuûa theùp goùc seõ lôùn nhaát. Daøn duøng theùp troøn (theùp oáng) coù nhieàu öu ñieåm hôn caû, ñaëc bieät ñoái vôùi caùc thanh chòu neùn. ÔÛ caùc daøn nheï cuûa caàn truïc caùc thanh tieát dieän troøn ñöôïc söû duïng raát nhieàu. 6.1.4 – Keát caáu maét daøn. Khi tính toaùn daøn ngöôøi ta ñöa ra 3 giaû thieát sau: 1 – Ñöôøng troïng taâm cuûa caùc thanh truøng ñöôøng truïc hình hoïc cuûa daøn. 2 – Giao ñieåm cuûa caùc thanh laø caùc choát (khôùp lyù töôûng); boû qua öùng löïc phuï do ñoä cöùng cuûa giao ñieåm gaây ra. 3 – Caùc taûi troïng taùc duïng leân daøn ñaët taïi caùc maét cuûa daøn. Do vaäy khi caáu taïo maét daøn chuùng ta caàn löu yù maáy ñieåm sau: – Ñöôøng truïc hình hoïc tieát dieän ngang cuûa caùc thanh phaûi giao nhau ôû maét daøn; – Vôùi daøn ñinh taùn : caùc ñöôøng ñinh giao nhau ôû moät ñieåm. – Ñeå truyeàn löïc ñöôïc toát thì ñöôøng troïng taâm caùc ñöôøng haøn phaûi truøng troïng taâm cuûa thanh. Ñoái vôùi theùp goùc: Hình 6.7 – Moái haøn theùp goùc. l1 e 2 = (6.1) l 2 e1 Keát caáu maét daøn vaø caùc lieân keát muùt cuoái cuûa thanh xem caùc hình: 6.8, 6.9, 6.10, 6.11, 6.12, 6.13, 6.14, 6.15. 6.1.5 – Keát caáu cuûa daøn nheï. Neáu ta choïn tieát dieän caùc thanh cuûa daøn chæ xuaát phaùt ñôn thuaàn töø ñieàu kieän beàn, oån ñònh vaø ñoä cöùng thì soá loaïi tieát dieän cuûa caùc thanh seõ quaù nhieàu, nhö vaäy seõ gaây khoù khaên cho vieäc cheá taïo. Vì vaäy khi thieát keá daøn ngöôøi ta thöïc hieän theo tieâu chuaån naøo ñoù vôùi mong muoán giaûm bôùt soá loaïi tieát dieän. a) Ta tieán haønh choïn tieát dieän xuaát phaùt töø nhöõng yeâu caàu theo nhöõng chæ daãn sau ñaây: 1 – Thanh bieân cuûa daøn nheï choïn theo noäi löïc lôùn nhaát (ôû phaàn giöõa cuûa daøn) vaø laáy moät loaïi tieát dieän cho toaøn chieàu daøi cuûa thanh. Khi chieàu daøi cuûa thanh bieân lôùn vaø coù choã noái treân thanh (vì thanh daøi) thì coù theå söû duïng moät vaøi loaïi tieát dieän khoâng gioáng nhau. 2 – Ñoái vôùi taát caû caùc thanh ñöùng neân choïn cuøng moät loaïi tieát dieän, coøn ñoái vôùi thanh cheùo coù theå laáy töø 1 ñeán 2 loaïi, nhöng trong moät daøn khoâng neân choïn quaù 5 ñeán 6 loaïi tieát dieän khaùc nhau. 3 – Trong keát caáu cuûa daøn nheï khoâng duøng theùp goùc nhoû hôn 40x4mm ñeå cheá taïo caùc thanh. Sau khi choïn tieát dieän caùc thanh coù theå tính toaùn vaø thieát keá daøn theo yeâu caàu. b) Nhöõng nguyeân taéc vaø thöù töï khi thieát keá daøn: 1 - Xaùc ñònh caùc kích thöôùc cuûa daøn vaø cuûa caùc thanh theo phöông aùn thieát keá ôû sô ñoà hình hoïc cuûa daøn theo caùc tyû leä: 1:10; 1:15; 1:20; 1:25. Neáu daøn ñoái xöùng thì chæ tính moät nöûa daøn. 143
Hình 6.8 – Moái noái taïi maét daøn : a – duøng taám oáp thaúng goùc; b - duøng taám oáp caét xieân. 144
Hình 6.9 – Keát caáu moái haøn tröïc tieáp (a, b) vaø moái haøn coù baûn tieáp ñieåm (c) (baûn maõ). Hình 6.10 – Keát caáu moái haøn caùc thanh xieân coù baûn maõ phuï trôï. 145
Hình 6.11 – Keát caáu caùc nuùt cuûa daøn theùp oáng. 2 - Tính toaùn vaø boá trí caùc thanh bieân cuûa daøn sao cho truïc cuûa noù treân sô ñoà hình hoïc truøng vôùi ñöôøng troïng taâm cuûa tieát dieän ngang thanh bieân. ÔÛ daàm ñöôïc lieân keát baèng ñinh taùn vôùi caùc thanh laø theùp goùc, khi cheá taïo coù theå caùc ñöôøng taâm cuûa caùc thanh khoâng ñoàng quy taïi moät ñieåm, khi ñoù seõ xuaát hieän öùng suaát phuï trong thanh. Tuy nhieân trò soá naøy thöôøng nhoû neân khi tính toaùn coù theå boû qua. Neáu caùc thanh coù boá trí hai daõy ñinh lieân keát thì neân boá trí caùc ñöôøng ôû sô ñoà hình hoïc gaàn truøng vôùi ñöôøng troïng taâm cuûa tieát dieän (hình 6.16). 146
Hình 6.12 – Keát caáu maét daøn theùp oáng: (1÷4) – khoâng duøng baûn maõ; (5÷10) – Duøng baûn maõ; (11 ÷ 13) – Maét daøn coù gia coá (nuùt khuyeách ñaïi). 147
ÔÛ caùc daøn keát caáu haøn vieäc ñònh taâm chæ theo ñöôøng troïng taâm cuûa caùc thanh. Hình 6.13 - Keát caáu caùc tai maáu lieân keát ôû ñaàu muùt cuûa thanh; caùc bieän phaùp coâng ngheä giaûm hieän töôïng taäp trung öùng suaát taïi ñaàu caùc moái haøn. Khi tính toaùn caùc thanh vaø caùc tieáp ñieåm cuûa daøn, ñoâi khi ngöôøi ta coøn söû duïng caùc hình veõ coù tyû leä xích lôùn hôn ôû sô ñoà hình hoïc (chaúng haïn duøng tyû leä 1:10 vaø 1:15 cho caùc maét cuûa daøn, coøn cho sô ñoà hình hoïc cuûa daøn thì duøng 1:20 vaø 1: 25). Söû duïng tyû leä xích khaùc nhau ñoái vôùi caùc daøn coù khaåu ñoä lôùn raát thuaän lôïi, khi naøy caùc maét noái seõ ñöôïc dieãn taû roõ raøng hôn nhôø baûn veõ coù tyû leä xích lôùn. 3 - Tính toaùn heä thanh buïng (bao goàm caùc thanh ñöùng hoaëc thanh cheùo), cuõng theo trình töï nhö thanh bieân. Khi boá trí heä thanh buïng vaø xaùc ñònh chieàu daøi laøm vieäc cuûa chuùng, ñeå thuaän tieän cho vieäc laép raùp vaø haøn neân ñeå khe hôû (töø 30 ÷ 50mm) giöõa thanh naøy vôùi thanh kia trong heä thanh buïng vaø vôùi caû thanh bieân. 148
Hình 6.14 – Keát caáu tai lieân keát ôû ñaàu muùt theùp oáng Hình 6.15 – Sô ñoà tính tai lieân keát. Khi cheá taïo caùc baûn maõ (baûn tieáp ñieåm) khoâng neân xeùn goùc caàu kyø bôûi vì laøm nhö vaäy löôïng kim loaïi tieát kieäm khoâng ñöôïc laø bao maø laïi phaûi theâm ra nhieàu nguyeân coâng phuï voâ ích. Caùc baûn maõ chæ neân caét cheùo khi goùc nhoïn giöõa caùc thanh cheùo nhoû hôn 25o hoaëc khi caùc thanh buïng coù tieát dieän lôùn. 4 - Xaùc ñònh baèng tính toaùn caùc ñöôøng haøn hoaëc soá löôïng ñinh taùn vaø boá trí chuùng theo nhöõng vaán ñeà ñaõ ñöôïc trình baøy ôû chöông 3. Khi choïn ñinh taùn khoâng neân laáy quaù hai loaïi vaø cuõng khoâng neân laáy moät loaïi cho toaøn boä daøn. Ta neân laáy nhö sau: moät loaïi ñöôøng kính cho thanh bieân vaø loaïi coù ñöôøng kính khaùc cho caùc thanh buïng. Moät ñieàu caàn bieát laø: neáu choïn ñöôøng kính cuûa ñinh nhoû seõ laøm taêng soá löôïng ñinh vaø taêng kích thöôùc cuûa caùc baûn tieáp ñieåm (baûn maõ). Soá löôïng ñinh taùn vaø kích thöôùc cuûa ñöôøng haøn caàn thieát ñeå baét chaët baûn tieáp ñieåm vôùi thanh bieân ñöôïc xaùc ñònh töø hôïp löïc cuûa thanh ñöùng vaø caùc thanh cheùo taïi maét Hình 6.16 – Lieân keát ñinh taùn – ñöôøng ñinh giao ñoù cuûa daøn. Hôïp löïc naøy baèng hieäu soá cuûa löïc nhau taïi moät ñieåm (maét daøn). ôû baûn caùnh cuûa thanh bieân taïi maét ñoù laø U1 vaø U2 neáu taïi maét ñoù khoâng coù ngoaïi löïc taùc duïng 149
(hình 6.17a ). Coøn neáu taïi maét ñoù coù ñaët ngoaïi löïc P (hình 6.17b) thì hôïp löïc R cuûa caùc löïc trong thanh buïng (N1 vaø D1) seõ khoâng baèng hieäu cuûa hai löïc trong thanh bieân (U1 vaø U2). Trong caùc daøn cuûa maùy truïc chòu taûi troïng di ñoäng thì hôïp löïc R caàn phaûi phaân ra ñoái vôùi moãi vò trí cuûa taûi troïng vaø chung cho taát caû caùc thanh cuûa maét ñang nghieân cöùu. Vò trí ñoù neân choïn ñeå nhaän ñöôïc Rmax. Neáu noäi löïc nhoû thì soá ñinh ñeå lieân keát caùc thanh cuûa daøn cuõng khoâng ñöôïc laáy ít hôn 2 chieác, coøn chieàu daøi ñöôøng haøn sau khi tính toaùn khoâng ñöôïc nhoû hôn 60 mm veà moãi phía cuûa thanh ñöôïc haøn. 5 - Tính toaùn baûn maõ: caùc kích thöôùc cuûa baûn maõ xaùc ñònh töø Hình 6.17 – Xaùc ñònh löïc taùc duïng leân baûn maõ (lieân keát chieàu daøi cuûa ñöôøng haøn hoaëc soá giöõa thanh bieân vaø caùc thanh buïng): a – tröôøng hôïp khoâng coù löïc P taùc duïng; b - tröôøng hôïp coù löïc P taùc duïng. löôïng ñinh taùn caàn thieát ñeå lieân keát caùc thanh trong moät maét. Baûn maõ vaø thanh ñöôïc tính treân hình veõ theo cuøng moät tyû leä xích, coøn hình daïng cuûa baûn maõ neân choïn ñôn giaûn nhö: caùc taám coù goùc vuoâng, taám chöõ nhaät, taám hình thang nhö vaäy daøn seõ ñeïp vaø cheá taïo seõ deã daøng hôn khi caét cheùo goùc caàu kyø. Khi choïn chieàu daøy vaø caùc kích thöôùc khaùc cuûa baûn maõ neân xuaát phaùt töø ñieàu kieän beàn cuûa noù. Ñaõ coù nhieàu tröôøng hôïp coâng trình bò phaù hoûng chæ do baûn maõ bò hoûng (raùch, ñöùt). Neáu tieáp ñieåm cuûa baûn maõ khoâng boá trí ñoái xöùng vôùi ñöôøng taùc duïng cuûa löïc doïc thì ôû baûn maõ seõ xuaát hieän öùng suaát lôùn do uoán. Thí duï: dieän tích tieát dieän tính toaùn (I – I) khoâng ñoái xöùng vôùi ñöôøng taùc duïng cuûa löïc. Cho löïc N = 45 taán, ñoä leäch taâm e = 40mm (hình 6.18 a,c) : F = 1,2x30 = 36 cm2 30 2 x12 Hình 6.18 – hình daïng baûn tieáp ñieåm (baûn maõ) phaûi ñoái W= = 180 cm2 6 xöùng qua truïc thanh (phöông cuûa löïc doïc truc): a, c – keát Khi naøy öùng suaát ôû tieát dieän caáu sai; b – keát caáu ñuùng, [09]. (I – I) seõ baèng: 4500 4500.4 σ= + = 1250 + 1000 = 2250 kG/cm2 36 180 Neáu thieát keá baûn maõ ñuùng (hình 6.18b) thì öùng suaát do uoán seõ baèng khoâng, luùc ñoù chæ coù öùng suaát keùo baèng 1250 kG/cm2. Ñoái vôùi caùc baûn tieáp ñieåm (baûn maõ) caàn phaûi ñaëc bieät chuù yù ñaûm baûo ñoä beàn ôû choã noái vì taïi moái noái öùng suaát lôùn nhaát. Chieàu daøy cuûa baûn maõ choïn theo öùng löïc lôùn nhaát trong thanh cheùo ôû vò trí goái ñôõ cuûa daøn theo baûng 6.1 Baûng 6.1 – Chieàu daøy neân söû duïng cuûa baûn maõ, (baûng 3.18).[09]. 150
Noäi löïc trong thanh cheùo 75 ÷ 115 ÷ 165 ÷ 225 ÷ Ñeán 20 20 ÷ 45 45 ÷ 75 (taán löïc) 115 165 225 300 Chieàu daøy baûn tieáp ñieåm 08 10 12 14 16 18 20 (mm) Baûn maõ phaûi haøn vôùi caùnh cuûa thanh bieân ôû caû hai phía, vaø baûn maõ neân ñaët ôû phía ngoaøi cuûa theùp goùc ñeå khi haøn ñöôïc deã daøng (hình 6.19). Neáu do ñieàu kieän keát caáu cuûa daøn khoâng cho pheùp baûn tieáp ñieåm ôû maët ngoaøi cuûa thanh bieân thì buoäc phaûi haøn ôû phía trong cuûa theùp goùc, nhöng ñeå caùch gôø phía trong cuûa theùp goùc khoaûng 5mm ñeå thuaän tieän cho vieäc haøn. Tuy nhieân khi tính toaùn, ñöôøng haøn naøy khoâng ñöôïc keå tôùi veà maët tham gia chòu löïc, bôûi vì ñoái vôùi moái haøn goùc naøy raát khoù ñaûm baûo chaát löôïng cuûa moái haøn. 6 - Caùc choã noái cuûa thanh bieân trong daøn gioáng nhö caùc moái noái ôû daàm, laø do caùc ñieàu kieän cheá taïo, laép raùp, vaän chuyeån quyeát ñònh. Noùi chung moái noái cuûa thanh bieân neân boá trí truøng vôùi vò trí maét noái cuûa thanh bieân. Tuy nhieân ñeå öùng suaát khoâng quaù öùng suaát Hình 6.19 – Baûn tieáp ñieåm haøn vôùi caùnh cuûa cho pheùp ôû baûn maõ, theùp goùc cuûa thanh bieân thanh bieân. caàn phaûi oáp theâm baèng caùc taám oáp goùc coù dieän tích tieát dieän khoâng nhoû hôn dieän tích tieát dieän cuûa theùp goùc laøm thanh bieân. 7 - Neáu tieát dieän cuûa caùc thanh trong daøn bao goàm moät soá thanh, chaúng haïn töø 2 thanh theùp goùc thì giöõa caùc thanh naøy caàn phaûi lieân keát cuøng vôùi nhau ôû moät vaøi ñieåm trong khoaûng 2 maét, muïc ñích ñeå cho caùc thanh ñoù laøm vieäc ñoàng thôøi vaø phaân ñeàu noäi löïc hôn. Ñeå thöïc hieän lieân keát cöùng naøy coù theå duøng caùc taám oáp lieân keát vôùi caùc thanh baèng caùch haøn hoaëc taùn ñinh (hình 6.20). Khoaûng caùch l1 giöõa caùc taám noái phuï naøy xaùc ñònh töø ñieàu kieän ñoä maûnh töøng phaàn cuûa thanh (giöõa 2 taám oáp noái) khoâng vöôït quaù Hình 6.20 – Boá trí caùc taám oáp noái. 40 ñoái vôùi thanh chòu neùn vaø 80 ñoái vôùi thanh chòu keùo. Do vaäy: l1 ≤ 40r1 – ñoái vôùi caùc thanh chòu neùn; l1 ≤ 80r1 – ñoái vôùi caùc thanh chòu keùo. ÔÛ ñaây, r1 laø baùn kính quaùn tính cuûa moät theùp goùc, laáy ñoái vôùi truïc rieâng (1 – 1) song song vôùi maët phaúng cuûa daøn (song song vôùi taám noái). 6.1.6 – Nhöõng keát caáu chính cuûa daøn duøng trong maùy truïc, [01]. Daøn phaúng khoâng oån ñònh neân chuùng caàn bieán ñoåi thaønh heä khoâng gian vì keát caáu theùp cuûa maùy truïc chòu caû taûi troïng thaúng ñöùng vaø taûi troïng ngang. 1) Keát caáu daøn khoâng gian coù 3 maët. 151
Keát caáu daøn khoâng gian tieát dieän ngang hình tam giaùc goàm coù 3 daøn (hình 6.21) laø tieát dieän coù soá daøn ít nhaát. Neáu baùnh xe di chuyeån doïc bieân A cuûa daøn ñöùng thì daøn naøy laøm nhö ôû hình 6.21b hoaëc thay baèng daàm (hình 6.21c). Neáu daøn nghieâng khoâng coù thanh xieân (hình 6.21d) Hình 6.21 – Sô ñoà keát caáu daøn khoâng gian coù tieát dieän ngang hình tam giaùc. a, b, c – Keát caáu khoâng bieán hình; d – keát caáu bieán hình; e – Tieát dieän ngang coù daøn ngang ôû maët phaúng beân treân; h - Tieát dieän ngang coù daøn ngang ôû maët phaúng beân döôùi. thì thöïc ra keát caáu khoâng gian khi coù hai daøn noù seõ khoâng thoûa maõn ñieàu kieän keát caáu baát bieán hình, ôû ñaây soá thanh c vaø soá maét daøn y lieân heä theo ñieàu kieän: c = 3y – 6. Nhö vaäy ôû hình 6.21d theo ñieàu kieän naøy ôû daøn nghieâng moãi khoang thieáu moät thanh. Neáu ôû maét C ñaët taûi troïng thaúng ñöùng hoaëc maét B ñaët taûi troïng ngang (hình 6.21e) thì vôùi taûi troïng naøy, keát caáu coù maét baûn leà theo hình 6.21d seõ khoâng theå tieáp nhaän vì theo ñieàu kieän caân baèng löïc ôû thanh BC caàn phaûi baèng khoâng. Taûi troïng nhö theá ôû keát caáu naøy coù theå tieáp nhaän chæ nhôø ñoä cöùng cuûa maét daøn. Khi ñoä cöùng khoâng ñuû, keát caáu seõ bò xoaén raát maïnh, coøn khi löïc ñoäng taùc duïng noù seõ thöïc hieän dao ñoäng xoaén theo höôùng muõi teân ôû hình 6.21e. Neáu do thieáu choã khoâng theå laøm daøn ngang ôû maët bieân treân thì coù theå laøm ôû maët bieân döôùi (hình 6.21h). 152
2) Keát caáu daøn khoâng gian coù 4 maët. Daøn caàu tieát dieän ngang hình tam giaùc ít duøng vì khoù boá trí thieát bò ñieän vaø thieát bò giöõ cabin; so vôùi tieát dieän hình chöõ nhaät ñoä cöùng choáng uoán ôû maët phaúng ngang vaø ñoä cöùng choáng Hình 6.22 – Sô ñoà keát caáu daøn khoâng gian coù tieát dieän ngang hình chöõ nhaät. a – daøn BD khoâng coù thanh xieân, khoâng coù khung taêng cöùng; b - khoâng coù khung taêng cöùng; c – daøn BD khoâng coù thanh xieân; d - daøn BD coù thanh xieân, coù khung taêng cöùng. xoaén nhoû hôn neân noù khoâng ñöôïc duøng cho caàn truïc coù toác ñoä di chuyeån lôùn. Keát caáu khoâng gian tieát dieän ngang hình chöõ nhaät laø loaïi phoå bieán nhaát (hình 6.22). Neáu keát caáu goàm 3 daøn coù thanh xieân AB, AC vaø CD, moät daøn BD khoâng coù thanh xieân vaø hai khung giaèng ôû ñaàu thì keát caáu naøy khoâng thoûa maõn ñieàu kieän C = 3y – 6 vaø soá thanh bò thieáu baèng n (n laø soá khoang). Keát caáu naøy khoâng ñöôïc duøng laøm daàm caàu. Neáu caû 4 daøn ñeàu coù thanh xieân (hình 6.22b) ñieàu kieän C = 3y – 6 seõ thoûa maõn. Tuy nhieân ñoái vôùi daøn di ñoäng coù xe con di chuyeån doïc daøn, keát caáu khoâng coù khung taêng cöùng neân ñoä cöùng khoâng gian khoâng ñaûm baûo neân cuõng khoâng ñöôïc duøng laøm caàu truïc. Neáu daøn BD khoâng coù thanh xieân nhöng ôû moãi khoang coù khung taêng cöùng (hình 6.22c) ñieàu kieän C = 3y – 6 khoâng hoaøn toaøn thoûa maõn moãi khung thieáu moät thanh nhöng do aûnh höôûng ñoä cöùng ôû maét daøn neân daøn BD chòu taûi nhoû do ñoù vaãn coù theå duøng heä daøn naøy laøm caàu truïc. Loaïi daøn caàu cho ôû hình 6.22d laø phoå bieán nhaát. ÔÛ keát naøy coù 4 daøn phaúng, moãi khoang coù khung taêng cöùng, heä coù (n – 1) thanh thöøa, keát caáu loaïi naøy coù ñoä cöùng khoâng gian lôùn. Theo thöïc nghieäm cho bieát löïc ôû khung taêng cöùng nhoû, hôn nöõa vieäc tính toaùn keát caáu loaïi naøy theo phöông phaùp sieâu tónh raát phöùc taïp neân chæ caàn tính theo phöông phaùp tónh ñònh. 153
Neáu khoaûng caùch giöõa caùc khung taêng cöùng caøng lôùn, ñoä voõng cuûa daøn chính seõ taêng leân, ñoä voõng cuûa daøn phuï ñöôïc giaûm, coøn ñoä voõng cuûa daøn giaèng phía treân haàu nhö khoâng thay ñoåi vì xe con luùc naøy seõ laø goái ñôõ cuûa noù; tieát dieän ngang cuûa caàu bò veânh keùo theo daøn giaèng phía döôùi bò voõng khaù lôùn. Ñaëc bieät laø neáu laøm cho caùc khung taêng cöùng caùch xa nhau tröø khung taêng cöùng ôû giöõa thì ñoä voõng ñöùng cuûa daøn ít bò aûnh höôûng. Nhö vaäy moät khung taêng cöùng ôû giöõa coù coâng duïng nhö taát caû heä khung taêng cöùng. Do ñoù khi tính keát caáu khoâng gian cho pheùp tính keát caáu sieâu tónh chæ do moät khung taêng cöùng ôû giöõa (keát caáu coù moät baäc sieâu tónh). 3) Heä thoáng thanh buïng cuûa daøn. Heä thoáng thanh buïng cuûa daøn phoå bieán nhaát cho ôû hình 6.23. Heä thoáng cho ôû hình 6.23a ÷ 6.23d duøng laøm daøn ñöùng, coøn ôû hình 6.23 a, b, c, i duøng laøm daøn ngang, taûi troïng taùc duïng leân noù coù theå ñaët vaøo bieân naøy hay bieân khaùc theo nhöõng höôùng ngöôïc nhau. Ñoái vôùi daøn ñöùng heä Hình 6.23 – Caùc kieåu caáu taïo heä thanh buïng cuûa daøn. thanh buïng cho ôû hình 6.23e vaø 6.23i seõ naëng hôn so vôùi heä thanh hình tam giaùc ôû hình 6,23a vaø 6.23c. Ñeå giaûm nhoû chieàu daøi khoang cuûa bieân chòu neùn (a) vaø ñoâi khi caû bieân chòu keùo (b), heä thanh hình tam giaùc ñöôïc duøng thanh ñöùng phuï. Ñoái vôùi daøn khi laøm vieäc bieân bò uoán cuïc boä do aùp löïc cuûa baùnh xe di chuyeån, seõ duøng loaïi daøn phaân nhoû (hình 6.23c). Heä thanh buïng cho ôû hình 6.23d duøng cho daøn coâng son laø hôïp lyù nhaát, khi naøy taát caû caùc thanh xieân khi laøm vieäc chæ bò keùo. Gaàn ñaây heä daøn ôû hình 6.23h coù theå thaùo laép ôû giöõa duøng cho daøn thaúng ñöùng, chieàu cao daøn lôùn hôn kích thöôùc cho pheùp vaän chuyeån baèng ñöôøng saét (ví duï nhö daøn caàu chuyeån taûi). Goùc nghieâng cuûa thanh xieân coù lôïi caû veà troïng löôïng cuõng nhö veà keát caáu laø Hình 6.24 – Caùc loaïi tieát dieän goùc baèng 45o. laøm baèng theùp taám uoán cong. Caùc thanh cuûa daøn coù theå laøm baèng theùp ñôn hay theùp gheùp. Caùc thanh coù tieát dieän laø theùp goùc ñôn chæ duøng laøm daøn ngang vaø daøn phuï loaïi nheï. Caùc thanh laøm baèng theùp oáng coù raát nhieàu öu ñieåm quan troïng. Tieát dieän cong laøm baèng theùp taám uoán laïi cho ôû hình 6.24 raát coù lôïi veà maët kim loaïi vaø coâng taùc haøn. Tieát dieän toå hôïp caùc thanh cuûa daøn (laøm baèng theùp gheùp) thöôøng duøng nhaát cho ôû hình 6.25. Caùc loaïi tieát dieän cho ôû hình 6.25a ÷ 6.25h duøng laøm thanh xieân; coøn ôû hình 6.25 l, o, a, b, h duøng laøm thanh bieân. Caùc loaïi tieát dieän cho ôû hình 6.25 coøn duøng cho daøn ñinh taùn. 154
Hình 6.25 – Caùc loaïi tieát dieän toå hôïp chuû yeáu cuûa thanh trong daøn. 4) Nhöõng nguyeân taéc keát caáu maét daøn. Khi keát caáu maét daøn caàn tuaân theo nhöõng nguyeân taéc sau: 1 – Ñöôøng troïng taâm tieát dieän ngang cuûa taát caû caùc thanh cuûa maét daøn phaûi caét nhau taïi moät ñieåm goïi laø taâm maét. Neáu khoâng thöïc hieän ñieàu kieän naøy ôû maét seõ sinh ra moâmen uoán gaây neân öùng suaát phuï caùc thanh ôû maét daøn ñoù vaø caùc boä phaän noái. 2 – Ñeå cho löïc truyeàn leân caùc boä phaän laø ñeàu nhaát thì ñöôøng troïng taâm cuûa caùc phaàn noái (ñöôøng haøn, buloâng hay ñinh taùn) caàn phaûi truøng vôùi ñöôøng troïng taâm tieát dieän ngang cuûa caùc thanh. 3 – Maét daøn caàn phaûi coù hình daïng ñôn giaûn, soá löôïng caùc boä phaän taïi maét laø ít nhaát. Moái haøn caàn phaûi ñöôïc thöïc hieän thuaän tieän khoâng cho pheùp xoaén moái haøn. §6.2.NHÖÕNG TÍNH TOAÙN CÔ BAÛN VEÀ KEÁT CAÁU DAØN. 6.2.1 – Thanh chòu keùo ñuùng taâm. Söï laøm vieäc cuûa thanh chòu keùo ñuùng taâm hoaøn toaøn phuø hôïp vôùi bieåu ñoà chòu keùo cuûa theùp (xem chöông 1). Tieát dieän thanh chòu keùo phaûi thoûa maõn ñoä beàn, ñoä cöùng: 1) Ñieàu kieän ñoä beàn caàn thoûa maõn (3.38).[03], (3.39).[03], (3.40).[03]: N σ= ≤ [σ ] (PPÖSCP) (6.02) Fth N ≤ mo R (PPTTGH) (6.03) Fth N ≤ [σ rk ] (Phöông phaùp tính theo ñoä beàn moûi – PPÑBM) (6.04) Fth ôû ñaây N – löïc keùo tính toaùn; 155
[σ] – öùng suaát cho pheùp tính theo ñoä beàn; [σrk] – öùng suaát cho pheùp tính theo ñoä beàn moûi; R – Cöôøng ñoä tính toaùn cuûa vaät lieäu; mo – heä soá ñieàu kieän laøm vieäc; Fth – dieän tích thöïc chòu keùo (sau khi ñaõ tröø ñi caùc giaûm yeáu), ñoái vôùi keát caáu taùn ñinh Fth = (0,8 ÷ 0,9)Fng, trong ñoù Fng laø dieän tích nguyeân cuûa tieát dieän khi chöa tröø caùc giaûm yeáu. 2) Ñieàu kieän ñoä cöùng caàn thoûa maõn: λ ≤ [λgh] (6.05) ôû ñaây λ, [λgh] laàn löôït laø ñoä maûnh vaø ñoä maûnh giôùi haïn cho pheùp cuûa thanh chòu keùo. Baûng 6.1 cho ñoä maûnh giôùi haïn cho pheùp cuûa thanh chòu keùo vaø caû thanh chòu neùn (seõ phaân tích ñoä maûnh giôùi haïn ôû muïc 6.4.4). Baûng 6.1 – Ñoä maûnh giôùi haïn cho pheùp cuûa thanh chòu löïc doïc truïc. Caùc caáu kieän chòu Caùc caáu kieän chòu neùn keùo Caùc caáu kieän cuûa keát caáu Hôïp kim Hôïp kim Theùp Theùp nhoâm nhoâm Thanh bieân cuûa daøn chính 120 100 150 120 Caùc thanh ñôn cuûa caàn, coät, coät buoàm, thaùp 120 ÷ 150 100 ÷ 120 150 ÷ 180 120 ÷ 150 Caùc thanh coøn laïi cuûa daøn chính vaø thanh bieân daøn phuï 150 120 200 ÷ 250 180 ÷ 200 Taát caû caùc thanh ñôn giaûn 200 ÷ 250 150 250 ÷ 350 250 6.2.2 – Thanh chòu neùn ñuùng taâm. Thanh chòu neùn ñuùng taâm ñöôïc tính toaùn veà beàn vaø veà oån ñònh. 1) Tính veà beàn. Tieán haønh ñoái vôùi nhöõng thanh ngaén, chieàu daøi khoâng lôùn quaù 5 ÷ 6 laàn chieàu roäng tieát dieän. Traïng thaùi giôùi haïn laø khi öùng suaát ñaït giôùi haïn chaûy, neân coâng thöùc tính toaùn cuõng gioáng nhö cuûa thanh chòu keùo. N σ= ≤ [σ ] (PPÖSCP) (6.06) Fth N ≤ mo R (PPTTGH) (6.07) Fth N ≤ [σ rk ] (PP ÑBM) (6.08) Fth caùc ñaïi löôïng nhö thanh chòu keùo ôû muïc 6.2.1. 2) Tính veà oån ñònh. Khi thanh chòu neùn ôû vaøo traïng thaùi caân baèng oån ñònh thì löïc neùn coøn nhoû hôn löïc tôùi haïn. Khi löïc neùn ñaït tôùi trò soá tôùi haïn, thanh khoâng coøn thaúng nöõa, bò uoán cong trong maët phaúng coù ñoä cöùng nhoû nhaát ôû traïng thaùi caân baèng cong. Sau ñoù, duø taûi troïng chæ taêng raát ít, thanh cuõng bò cong raát nhanh vaø maát khaû naêng chòu löïc. Tính oån ñònh thanh chòu neùn ñuùng taâm theo coâng thöùc (3.45).[03], (3.46).[03]: 156
N σ= ≤ [σ ].ϕ (PPÖSCP) (6.09) Fng N ≤ mo .R (PPTTGH) (6.10) ϕ .Fng ôû ñaây Fng – dieän tích tieát dieän nguyeân, khoâng keå ñeán caùc giaûm yeáu do loã ñinh, bu loâng. ϕ – heä soá chieát giaûm öùng suaát (tra baûng 5.1 – chöông 5) phuï thuoäc ñoä maûnh λ. λ – Ñoä maûnh cuûa thanh tính toaùn theo coâng thöùc töông töï nhö tính coät chòu neùn ñuùng taâm (3.44).[03]: µ .l λ= (6.11) r µ .l λmax = (6.12) rmin µ – heä soá phuï thuoäc lieân keát cuûa 2 ñaàu thanh (xem hình 6.26.a). l – chieàu daøi hình hoïc cuûa thanh (khoaûng caùch giöõa 2 maét daøn cuûa thanh lieân keát). r – baùn kính quaùn tính cuûa thanh (tr.239).[03]. J r= (6.13) Fng J min rmin = (6.14) Fng J – moâmen quaùn tính cuûa tieát dieän. Hình 6.26.a – Xaùc ñònh heä soá chieàu daøi tính toaùn. 6.2.3 – Thanh chòu keùo leäch taâm vaø neùn leäch taâm. 1) Thanh chòu keùo leäch taâm vaø thanh ngaén chòu neùn leäch taâm. Nhöõng thanh naøy ñöôïc tính theo ñoä beàn. Töông töï nhö tính coät chòu neùn leäch taâm, kieåm tra ñoä beàn trong giai ñoaïn laøm vieäc ñaøn hoài khi coù N vaø Mx theo coâng thöùc (3.41), (3.42), (3.43).[03], xem hình veõ 6.26: N Mx σ= + ≤ [σ ] (PPÖSCP) (6.15) Fth W x N gh M xgh + ≤ mo R (PPTTGH) (6.16) Fth Wx N Mx σ= + ≤ [σ rk ] (PPÑBM) (6.17) Fth W x Trong tröôøng hôïp moâmen uoán coù caû Hình 6.26.b – Caáu kieän chòu neùn leäch taâm. 2 thaønh phaàn Mx, vaø My thì coâng thöùc tính toaùn veà beàn coù daïng : N M My σ= + x + ≤ [σ ] (PPÖSCP) (6.18) Fth W x Wy gh N gh M x M ygh + + ≤ mo R (PPTTGH) (6.19) Fth Wx Wy 157
N Mx My σ= + + ≤ [σ rk ] (6.20) Fth Wx W y Moâ men uoán cuûa thanh trong tieát dieän cuûa thanh bò neùn vôùi ñoä leäch taâm e luoân coù theå vieát: Mx = N.ex (6.21) My = N.ey (6.22) ôû ñaây N – löïc neùn; Fth – dieän tích thöïc cuûa tieát dieän chòu neùn; Mx – moâmen uoán theo truïc x – x; Wx, – moâmen choáng uoán theo truïc x –x; My – moâmen uoán theo truïc y – y; Wy – moâmen choáng uoán theo truïc y – y. ex, ey – laàn löôït laø khoaûng caùch (caùnh tay ñoøn) töø N tôùi truïc y – y, x – x khi chöa dôøi löïc N veà troïng taâm cuûa tieát dieän. mo – heä soá ñieàu kieän laøm vieäc, xem coâng thöùc 2.10 chöông 2 (heä soá naøy ôû chöông 2 kyù hieäu laø ky; ky = mo) 2) Tính veà oån ñònh thanh chòu neùn leäch taâm. Ñoái vôùi moät thanh chòu löïc neùn N, ñaët leäch taâm e vôùi chieàu daøi thanh l : theo quan ñieåm veà oån ñònh thanh coù chieàu daøi l chòu neùn leäch taâm ñöôïc xeùt töông ñöông vôùi moät thanh coù chieàu daøi l1 chòu neùn ñuùng taâm. Neáu l caøng lôùn thì l1 caøng lôùn. Ngay luùc môùi ñaët taûi Hình 6.27 – Caáu kieän neùn leäch taâm: a, b, c – sô ñoà laøm vieäc; d – ñöôøng troïng, thanh ñaõ bò cong do cong σ - f moâmen M = N.e. Khi N taêng, bieán daïng taêng khoâng tuyeán tính vôùi N, do moâmen M = N(e+f) gaây neân. Thanh seõ phaûi tính theo sô ñoà bieán daïng vaø coù theå laäp ñöôïc ñöôøng cong quan heä giöõa löïc neùn N hoaëc öùng suaát neùn do N (σo = N/F) vôùi ñoä voõng f cuûa thanh (hình 6.27). Khi N ñaït trò soá löïc tôùi haïn, bieán daïng f cuûa thanh taêng voït, thanh bò maát oån ñònh. a) Tính oån ñònh cuûa thanh trong maët phaúng taùc duïng cuûa moâmen. – ÖÙng suaát tôùi haïn σth phuï thuoäc vaøo: + Ñoä maûnh λ cuûa thanh: trong caùc tính toaùn ñeå tieän tính toaùn cho nhieàu loaïi theùp khaùc nhau, quy phaïm duøng ñoä maûnh quy öôùc: R λ =λ (6.23) E e + Ñoä leäch taâm e cuûa löïc doïc: trong tính toaùn ngöôøi ta duøng ñoä leäch taâm töông ñoái m = ρ W vôùi ρ laø baùn kính loõi cuûa tieát dieän, ρ = vôùi W laø moâmen choáng uoán cuûa tieát dieän ñoái vôùi thôù bò F neùn nhieàu nhaát; F laø dieän tích tieát dieän. Vaäy: 158