Λύσεις — Κεφάλαιο 5: Θέματα Σχεδίασης (σελ. 220) – ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΟ ΣΧΕΔΙΟ Β ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 5: Θέματα Σχεδίασης (σελ. 220)

Μεθοδολογία και υπολογισμοί για τα «Θέματα Σχεδίασης» των ηλώσεων.

Θέμα 5.1(Ι ΚΑΙ ΙΙ) — Υπολογισμός στοιχείων ήλωσης

Ερώτηση: Δίδονται οι ήλοι (σχ. 5.1α και 5.1β) για σιδηρές κατασκευές και στερεοστεγανές αντίστοιχα κατά DIN 124 και DIN 123. Επίσης, δίδονται τα σχήματα 5.1γ και 5.1δ διατάξεων ηλώσεων επικάλυψης για σιδηρά κατασκευή και στερεοστεγανή κατασκευή (λεβήτων) αντίστοιχα. Ζητούνται να σχεδιασθούν: I. Για την ήλωση επικάλυψης σιδηροκατασκευής απλής σειράς με ήλους ημισφαιρικής κεφαλής (κατά DIN 124): 1. Η πρόοψη-τομή της διάταξης. 2. Η κάτοψη [θα φαίνονται τουλάχιστον τρεις ήλοι με τομή των διαμέτρων τους (σχ. 5.1.3α και σχ. 5.1.3γ)]. 3. Να καταχωρισθούν οι αναγκαίες διαστάσεις κατασκευής της διάταξης. Δίδονται επίσης: Στοιχεία ήλου σιδηροκατασκευών: d = 16 mm, d1 = διάμετρος καρφότρυπας ελασμάτων = 17 mm, D = 25 mm, k = 10 mm, R = 13 mm, r = 0,8 mm, S = πάχος εκάστου των ελασμάτων 15 mm, t = βήμα της ήλωσης 40 mm, e1 = 1,5d = 24 mm. Λοξοτόμηση άκρων ελασμάτων: 70°. II. Για ήλωση επικάλυψης στερεοστεγανής κατασκευής (λεβήτων) διπλής σειράς με ήλους ημισφαιρικής κεφαλής (κατά DIN 123): 1. Η πρόοψη-τομή της διάταξης. 2. Η κάτοψη [θα φαίνονται τουλάχιστον τρεις ήλοι (σχ. 5.1.3β και σχ. 5.1.3δ)]. 3. Να καταχωρισθούν οι αναγκαίες διαστάσεις κατασκευής της διάταξης. Στοιχεία ήλου στερεοστεγανής διάταξης: d = 16 mm, d1 = διάμετρος καρφότρυπας ελασμάτων = 17 mm, D = 28 mm, k = 11,5 mm, R = 14,5 mm, r = 2 mm, S = πάχος εκάστου των ελασμάτων 15 mm, t = 40 mm, e = 36 mm. Για τη στεγανή σύνδεση a = r = 2 mm. Λοξοτόμηση άκρων ελασμάτων: 70°. Παρατηρήσεις: α) Σχεδίαση στη σχεδιογραφία με όργανα σχεδίασης και στο σπίτι με μελάνι σε χαρτί A3. β) Κλίμακα σχεδίασης 1:1. γ) Ομάδα γραμμών 0,7 mm. δ) Υπόμνημα Α.Υ.

Απάντηση:

• Πριν από τη σχεδίαση υπολογίζονται από τα δεδομένα το μήκος κορμού των ήλων και οι αποστάσεις τοποθέτησης (§5.1.1 και §5.1.3).
• Βήμα 1 — Άθροισμα παχών. Και στις δύο περιπτώσεις η ήλωση είναι με επικάλυψη, δηλαδή δύο ελάσματα των 15 mm:
• \( s = 2 \times 15 = 30 \) mm.
• Βήμα 2 — Προεξοχή για τη δεύτερη κεφαλή.
• \( z \approx 1{,}5d = 1{,}5 \times 16 = 24 \) mm (προσεγγιστικά, §5.1.1).
• Βήμα 3 — Μήκος κορμού.
• \( \ell = s + z = 30 + 24 = 54 \) mm. Στην πράξη επιλέγεται το πλησιέστερο τυποποιημένο μήκος από τον πίνακα του DIN 123/124.
• Βήμα 4 — Απόσταση από την άκρη. \( e_1 = 1{,}5d = 1{,}5 \times 16 = 24 \) mm — ταυτίζεται με την τιμή που δίνει το θέμα, άρα ο υπολογισμός επαληθεύεται.
• Βήμα 5 — Καρφότρυπα. \( d_1 = 17 \) mm ενώ \( d = 16 \) mm → χάρη 1 mm, ώστε ο ήλος να περνά άνετα πριν σφυρηλατηθεί.
• Βήμα 6 — Βήμα ήλωσης. \( t = 40 \) mm είναι η απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών ήλων της ίδιας σειράς (§5.1.3)· στη διπλή σειρά της ΙΙ δίνεται επιπλέον η απόσταση των σειρών \( e = 36 \) mm.
• Βήμα 7 — Διαφορές των δύο περιπτώσεων. Η στερεοστεγανή (DIN 123) έχει μεγαλύτερη κεφαλή ( \( D = 28 \) έναντι 25, \( k = 11{,}5 \) έναντι 10, \( R = 14{,}5 \) έναντι 13) και διπλή σειρά ήλων με \( e = 36 \) mm μεταξύ των σειρών. Για τη στεγανή σύνδεση δίνεται \( a = r = 2 \) mm: σύμφωνα με το σχ. 5.1δ, το \( a \) είναι το βάθος του κωνικού σπασίματος 90° στα χείλη της καρφότρυπας, που γεμίζει με υλικό του ήλου κατά τη διαμόρφωση της κεφαλής.

Σύνοψη: s = 30 mm, z ≈ 1,5d = 24 mm, άρα ℓ = 54 mm και για τις δύο περιπτώσεις. e1 = 24 mm (ταυτίζεται με το δεδομένο). Χάρη καρφότρυπας 1 mm, βήμα t = 40 mm. Η DIN 123 διαφέρει σε μεγαλύτερη κεφαλή, διπλή σειρά (e = 36) και κωνικό σπάσιμο 90° βάθους a = 2 mm στα χείλη της καρφότρυπας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Παγίδα: το \( s \) είναι το άθροισμα των παχών (30), όχι το πάχος ενός ελάσματος (15).
• Παγίδα: αν υπήρχε αρμοκαλύπτρα, το πάχος της θα προστίθετο στο \( s \) — εδώ η ήλωση είναι με επικάλυψη, οπότε όχι.
• Κριτήριο: αναγνώριση ότι η \( e_1 = 1{,}5d \) που δίνεται επαληθεύει τον υπολογισμό.
• Κριτήριο: σύνδεση της μεγαλύτερης κεφαλής + διπλής σειράς + κωνικού σπασίματος a με την απαίτηση στεγανότητας.

Θέμα 5.1(Ι ΚΑΙ ΙΙ) — Σχεδίαση των δύο διατάξεων

Ερώτηση: Για τις δύο ηλώσεις του θέματος 5.1 (I: σιδηροκατασκευή απλής σειράς κατά DIN 124, II: στερεοστεγανή κατασκευή διπλής σειράς κατά DIN 123) ζητούνται να σχεδιασθούν: 1. Η πρόοψη-τομή της διάταξης. 2. Η κάτοψη [στην I θα φαίνονται τουλάχιστον τρεις ήλοι με τομή των διαμέτρων τους (σχ. 5.1.3α και σχ. 5.1.3γ), στην II τουλάχιστον τρεις ήλοι (σχ. 5.1.3β και σχ. 5.1.3δ)]. 3. Να καταχωρισθούν οι αναγκαίες διαστάσεις κατασκευής της διάταξης. Παρατηρήσεις: α) Σχεδίαση στη σχεδιογραφία με όργανα σχεδίασης και στο σπίτι με μελάνι σε χαρτί A3. β) Κλίμακα σχεδίασης 1:1. γ) Ομάδα γραμμών 0,7 mm. δ) Υπόμνημα Α.Υ.

Απάντηση:

• Μεθοδολογία:
• 1. Πρόοψη-τομή — ο κανόνας που κρίνει την άσκηση. Τα δύο ελάσματα διαγραμμίζονται με αντίθετη διαγράμμιση (είναι διαφορετικά τεμάχια), ενώ ο ήλος ΔΕΝ διαγραμμίζεται — τα ραβδόμορφα τεμάχια «δεν τέμνονται» κατά μήκος. Είναι το ίδιο σκεπτικό με τους κοχλίες του κεφ. 4.
• 2. Οι δύο κεφαλές. Η αρχική (εργοστασιακή) και η διαμορφωμένη κατά την τοποθέτηση σχεδιάζονται και οι δύο ημισφαιρικές με ακτίνα \( R \) (13 mm στην Ι, 14,5 mm στην ΙΙ) και ύψος \( k \) (10 / 11,5 mm). Η ακτίνα \( r \) είναι το σπάσιμο στη ρίζα της κεφαλής.
• 3. Καρφότρυπα. Σχεδίασε την οπή με \( d_1 = 17 \) mm — μεγαλύτερη από τον ήλο· μετά τη σφυρηλάτηση ο ήλος τη γεμίζει, αλλά στο σχέδιο φαίνεται η ονομαστική διάσταση.
• 4. Κάτοψη. Ζητούνται τουλάχιστον τρεις ήλοι. Στην περίπτωση Ι σχεδιάζονται σε τομή στο ύψος της διαμέτρου τους (άρα διαγραμμισμένοι — εδώ τέμνονται εγκάρσια, όχι κατά μήκος). Στην ΙΙ αρκεί η διάμετρος της κεφαλής \( D \).
• 5. Διάταξη σειρών. Ι: απλή σειρά με βήμα \( t = 40 \) mm και απόσταση από την άκρη \( e_1 = 24 \) mm (σχ. 5.1.3γ). ΙΙ: διπλή σειρά με \( t = 40 \) mm και απόσταση σειρών \( e = 36 \) mm, όπως στο σχ. 5.1.3δ στο οποίο παραπέμπει το θέμα.
• 6. Λοξοτόμηση 70° στα άκρα των ελασμάτων — φαίνεται καθαρά στην πρόοψη-τομή. Στη στερεοστεγανή σχεδιάζεται επιπλέον, όπως στο σχ. 5.1δ, το κωνικό σπάσιμο 90° στα χείλη της καρφότρυπας με βάθος \( a = 2 \) mm.
• 7. Διαστάσεις. Απαραίτητα: \( d \), \( d_1 \), \( D \), \( k \), \( S \) (πάχη), \( t \), \( e_1 \) και — στην ΙΙ — \( e \) και \( a \). Ο ήλος προδιαγράφεται με ονομαστική διάμετρο, μήκος κορμού, κανονισμό DIN και υλικό (§5.1.3), π.χ. ήλος DIN 124 - 16 X 54 - St.37.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Πρόοψη-τομή με αντίθετη διαγράμμιση των δύο ελασμάτων και τον ήλο αδιαγράμμιστο· κάτοψη με ≥3 ήλους (σε τομή διαμέτρου στην Ι, ως διάμετρος κεφαλής στην ΙΙ)· απλή σειρά t = 40 στην Ι, διπλή σειρά t = 40 / e = 36 στην ΙΙ, λοξοτόμηση 70° και, στη στερεοστεγανή, κωνικό σπάσιμο 90° βάθους a = 2 mm στις καρφότρυπες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Παγίδα (η βασικότερη): ο ήλος δεν διαγραμμίζεται στην κατά μήκος τομή — διαγραμμίζεται όμως στην εγκάρσια τομή της κάτοψης.
• Κριτήριο: αντίθετη διαγράμμιση των δύο ελασμάτων.
• Κριτήριο: σωστή απόδοση απλής έναντι διπλής σειράς και των αποστάσεων \( t \), \( e \), \( e_1 \).
• Κριτήριο: λοξοτόμηση 70° και, στη στερεοστεγανή, το κωνικό σπάσιμο a = 2 mm στα χείλη της καρφότρυπας.
• Απαιτούνται τα σχ. 5.1α-5.1δ του βιβλίου (σελ. 220) για τη γεωμετρία των κεφαλών και τη διάταξη.