indrumar pt alegerea materialelor
TRANSCRIPT
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
1/87
INDRUMAR
PRIVIND ALEGEREA IPROIECTAREA MATERIALELORCOMPOZITE I A OBIECTELOROBINUTE DIN ACESTEA, PE
BAZA CARACTERISTICILORTERMO-FIZICE I A METODELORDE PRELUCRARE
ef lucr.dr.ing. CONSTANA IBNESCU
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
2/87
2
CUPRINS
I. PROIECTAREA MATERIALELOR COMPOZITE 4I.1. Introducere 4
I.2. Morfologia detaliat a proiectrii 5
I.3. Alegerea materialelor 8
I.3.1. Problema alegerii materialelor 8
I.3.2. Caracteristicile de performan ale materialelor 10
I.3.3. Procesul de alegere al materialelor 13
I.3.4. Alegerea metodei de prelucrare pentru polimeriimateriale compozite
19
I.3.5. Diferite tehnici de prelucrare a materialelor plastice 20
II.CALCULE DE PROIECTARE PENTRU ARTICOLE TEHNICE
DIN CAUCIUC
24
II.1. Introducere 24
II.2. Calculul curelelor de transmisie plate din pnz cauciucat 25
II.2.1. Pri componente 26II.2.2. Calculul curelelor plate dup fora periferic pe 1 cm de
lime a stratului de pnz(A1)
28
II.2.3. Calculul numrului de straturi de pnz pentru o curea de
transmisie plat
35
II.2.4. Calculul curelelor de transmisie plate n funcie de
capacitatea de traciune (A2)
40
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
3/87
3
II.2.5.Exemplu de calcul pentru curele de transmisie plate 44
II.3. Calculul curelelor de transmisie trapezoidale 47
II.3.1.Dimensiunile curelelor trapezoidale 51
II.3.2.Alegerea diametrelor de calcul ale roilor de transmisie 54
II.3.3. Calculul numrului de curele ntr-o transmisie 55
II.3.4. Particularitile constructive ale roilor de transmisie prin
curele trapezoidale
56
II.3.5. Exemplu de calcul pentru curele trapezoidale 59
II.4. Schem pentru estimarea efectului produs de adugarea
de material reciclat (recuperat) n rina de baz asupra
proprietilor
62
III.ELEMENTE DE PROIECTARE A UNOR COMPONENTE ALE
PNEURILOR
66
III.1. Prile componente ale unei anvelope i rolul lor 66
III.2.Elemente de proiectare a anvelopelor de autocamion 71
III.3. Calculul coeficientului de siguran al carcasei 77
IV. CONCLUZII 79
V. BIBLIOGRAFIE GENERAL 81
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
4/87
4
I. PROIECTAREA MATERIALELOR COMPOZITE
I.1. INTRODUCERE
"DESIGN" = proiectare, creaie
"Stabilete i definete soluii pentru probleme nerezolvate pn n
acel moment sau noi soluii pentru probleme ce au fost rezolvate anterior pe
o cale diferit."
(J.T. Blumrich, Science, vol. 168, 1970, p. 1551)
Proiectarea este un proces secvenial constnd din mai multe
operaii, ca de exemplu:
1. exploatarea sistemelor alternative care ar putea satisface
condiiile specifice;
2. formularea unui model matematic al celui mai bun concept de
sistem;
3. specificarea pieselor specifice pentru a construi un component
al unui subsistem;
4. alegerea unui material din care s se confecioneze o pies.
Fiecare operaie necesit informaii de ordin tehnic general dari de afaceri
care s conduc la o realizare de succes.
Un rol important n desfurarea unui proces de proiectare l are
experiena proiectantului; aceasta va reduce substanial timpul necesar
pentru strngerea informaiei.
Proiectarea ca metod de lucru este foarte asemntoare cu
metoda tiinific (fig.I.1).
Etapele unui proces de proiectare sunt, n general:
Recunoaterea unei necesiti
Definirea unei probleme (ct mai clar posibil)
Culegerea de informaii
Concepia
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
5/87
5
Evaluarea
Comunicarea proiectului
I.2. MORFOLOGIA DETALIAT A PROIECTRII
Morfologia design-ului dup Asimow const n urmtoarele faze
desfurate n timp:
Faza I - Studiu de fezabilitate - necesar pentru a iniia proiectarea
i a stabili linia de gndire. Scopul acestei faze este validarea necesitii,
producerea unui numr de soluii posibile i evaluarea soluiilor pe baza
Cunotine
existente
Curiozitatetiinific
Ipotez
Analiz
logic
Verificare
Stadiul actual de
cunoatere asupra
problemei
Stabilirea
condiiilor
Concepie
Analiz de
fezabilitate
Producie
Metoda tiinific Metoda de proiectare
Fig.I.1. Comparaie ntre metoda tiinifici metoda de proiectare
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
6/87
6
realizabilitii fizice, avantajului economic i fezabilitii financiare. Acest
stadiu mai este numit i design conceptual.
Faza II - Proiectare preliminar - Aceast faz pune bazele unei
proiectri detaliate bune pentru o dezvoltare structurat a conceptuluyi de
proiect. Presupune determinarea clar a proceselor fizice care genereaz
curgerea i transformrile materialului, energia i informaia. Acest stadiu
este adesea numit ntruchiparea proiectului (embodiment design). El mai
poate fi numit stadiul experimental deoarece el include construirea
modelelori testarea lor experimental. O sarcin important n proiectarea
preliminar este cuantificarea parametrilor n scopul stabilirii soluiei optime.
Astfel este necesar s se evidenieze avantajele i dezavantajele diferitelor
variante de proiectare i se trag concluziile finale privind funcia, rezistena,
compatibilitatea spaial, estetica i viabilitatea financiar a proiectului.
Faza III - Proiectarea detaliat - n aceast faz proiectul a intrat n
stadiul unei descrieri inginereti complete a unui produs testat i posibil de
produs. Sunt determinate montajul, forma, dimensiunile, toleranele i
proprietile de suprafa ale tuturor prilor individuale i specificate
materialele i procesele de fabricaie.
Faza IV - Pregtirea pentru fabricaie - Pentru fiecare component
al sistemului trebuie stabilit o metod de fabricaie. Ca prim pas, se
stabilete o fi de prelucrare (proces) care conine o list cu operaiile de
fabricaie ce trebuie aplicate componentului. De asemenea, aceast fi
specific forma i condiiile materialului i sculele i mainile ce vor fi
utilizate. Informaiile din fia de prelucrare fac posibili estimarea costului
de producie al componentului. Costuri nalte pot indica necesitatea unei
schimbri de material sau o modificare n proiectul de baz. Strnsa
colaborare ntre inginerii prelucrtori, industrie, materiale i inginerie
mecanic este important n aceast faz.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
7/87
7
Alte sarcini importante ndeplinite n faza a IV-a sunt:
Proiectarea sculelor specializate i a dispozitivelor de fixare.
Specificarea instalaiei de producie care va fi folosit (sau
proiectarea unei noi instalaii) i activarea liniilor de producie.
Pregtirea inventarului de lucru i de control al produciei.
Pregtirea sistemului de control al calitii.
Stabilirea timpului standard i a costurilor pe fiecare operaie.
Stabilirea sistemului de circulaie a informaiilor necesare pentru
controlul operaiei de fabricaie.
Faza V - Pregtirea pentru distribuire - Importante decizii tehnice
i de afaceri trebuie luate pentru a prevedea posibilitatea distribuirii efective
a sistemelor produse ctre consumator. Succesul economic al proiectului
depinde de impresia fcut de produs pe pia.
Faza VI - Pregtirea pentru utilizare - Utilizarea proiectului de
ctre consumator este foarte important i consideraiile privind modul ncare va reaciona consumatorul la produsul respectiv influeneaz toate
etapele procesului de proiectare. Urmtoarele probleme specifice sunt
importante pentru beneficiarii unui proces de proiectare: uurina n
ntreinere, trinicie, sigurana produsului, utilizare simpl, aspect estetic,
economie a operaiei i durat de execuie.
Faza VII - Planificarea pentru retragerea produsului- Etapa final n procesul de proiectare este ndeprtarea produsului cnd el a atins
sfritul perioadei lui de folosin. "Viaa de folosire" (useful life) poate fi
determinat prin deteriorarea i uzura n punctul n care produsul nu mai
poate funciona sau se poate determina prin nvechire tehnologic, cnd un
alt produs competitiv ndeplinete funcia respectiv mult mai bine.
n fig. I.2 sunt prezentate treptele ce trebuie parcurse pentru
proiectarea unui produs nou.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
8/87
8
I.3. ALEGEREA MATERIALELOR
I.3.1. Problema alegerii materialelor
Alegerea materialului convenabil este o etap cheie ntr-un proces
de proiectare deoarece reprezint decizia crucial care leag calculele dintr-
un proiect ingineresc de realizarea efectiv a unui produs. Vastitatea acestei
decizii se poate aprecia dac lum n consideraie cele peste 40.000 aliaje
metalice utilizate curent i probabil tot attea materiale nemetalice ce pot
forma un produs. O alegere nepotrivit a materialului poate conduce nu
numai la o component (o ntreg pies) nereuit ci i la un cost
necorespunztor. A selecta cel mai bun material pentru o pies nseamn
mai mult dect a alege un material ce are proprietile necesare pentru
atingerea unei performane n funcionare; aceasta este intim legat i de
prelucrarea materialului ntr-o pies finit. Un material prost ales poate
crete mult costul de prelucrare i, deci, n final, costul piesei. De asemenea,
proprietile piesei se pot modifica prin prelucrare i asta poate afecta
performanele de utilizare (funcionare) ale piesei. Dac inem seama c
alegerea materialului trebuie s se bazeze att pe proprietile materialului
(performana piesei) i prelucrarea materialului (producerea piesei) numrul
de combinaii posibile este aproape nelimitat.
Cel mai adesea alegerea materialelor se bazeaz pe experiena
anterioar. Observaiile anterioare reprezint ntr-adevr o soluie, dar nu e
neaprat s fie i soluia optim. Pn nu demult, alegerea materialelor era
considerat o parte minor a unui proces de design. Materialele erau
selectate din manuale cu aplicabilitate limitati pe baza unor date reduse
privind proprietile lor. Astzi acest lucru este inacceptabil. n multe aplicaii
avansate (aerospaial, energii diverse) materialele sunt supuse limitelor
proprietilor lor.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
9/87
9
Fig.I.2. Etapele tipice n proiectarea unui produs
Modificarearoiectului
Specificaia produsului
Studiu de fezabilitate(Design conceptual)
Analiza critic a particularitilorprodusului proiectat
Date de testareistorice i actuale
Proiectarea detaliilor
Analiza detaliilor
Desenele de execuie a detaliilor
Construirea prototipului
Testarea prototipului
Alegerea sculelor, mainilori ainstalaiilor de automatizare
Fabricarea produsului
Testarea produsului finit
Utilizarea produsului
Analiza i nregistrareaperformanelor
Baza dedate pentru
roiectare
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
10/87
10
n diverse aplicaii n care necesitatea proprietilor nu este prea
sever, condiia scderii costurilor primeaz. n domeniul automobilelor,
tendina de cretere a eficienei energiei prin reducerea greutii a
revoluionat alegerea materialelor. n alte domenii exist o mulime de alte
ngrdiriimpuse materialelor utilizate i de aceea selecia acestora pe baze
raionale este o necesitate stringent.
n multe operaii de fabricaie costul materialelor poate reprezenta
peste 50% din costul total. Cu ct este mai mare gradul de automatizare i
deci mai mic costul manoperei, cu att este mai mare procentul din costul
total datorat materialelor. n industria automobilelor, costul materialelor este
cca. 70% din costul fabricaiei, iar n construciile navale - cca. 45%.
I.3.2. Caracteristicile de performan ale materialelor
Performana sau condiiile funcionale ale unui material sunt
exprimate n mod obinuit prin proprietile lui fizice, mecanice, termice,
electrice sau chimice. Proprietile materialului reprezint legtura dintre
structura de bazi compoziia materialului pe de o parte i performana deexploatare a piesei pe de alt parte (fig. I.3).
Putem mpri materialele inginereti din punct de vedere structural
n metale, ceramiceipolimeri. O alt mprire conduce la categoriile:
elastomeri, sticle i compozite. n sfrit, existi o clasificare tehnologic
Fig.I.3. Proprietile materialelor - legtura ntre structuri performan
Legturi atomiceStructura cristalelorDefecte de structurMicrostructur
Macrostructur ormaterialel
StiintaProprietilematerialului
ormaterialel
Ingineria
EforturiCoroziuneTemperatur
RadiaiiVibraii
STRUCTUR PERFORMANEDE EXPLOATARE
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
11/87
11
n materiale electronice, magneticei semiconductoare. Caracteristicile
principale ale metalelor, ceramicelori polimerilor sunt date n Tabelul I.1.
Tabelul I.1 - Caracteristicile specifice diferitelor clase de materiale
METALE CERAMICE POLIMERI
Tare Tare Moale
Rigid Rigid Flexibil
Dur Sfrmicios Rezistent
Conductor electric Izolator electric Izolator electric
Conductivitate termicnalt
Conductivitate termic mic Termosensibil
Pn nu demult metalele au dominat design-ul mecanic, astfel nct
celelalte clase de materiale au putut fi ignorate. Astzi gama de materiale
este mult mai largi se extinde rapid.
Ultima realizare a tiinei materialelor este s se prevad
modalitile de mbuntire a proprietilor materialelor prin cunoatereamodului de a controla diferitele aspecte de structur. Structura poate varia
de la dimensiuni atomice pn la dimensiunile unei fisuri macroscopice ntr-
o sudur. Metodele de baz pentru modificarea structurii sunt alierea,
tratamentul termic i prelucrarea prin deformare.
n mod obinuit noi ne rezumm la acele proprieti ale materialului
care sunt uor de msurat i reproductibile i sun asociate cu un rspuns al
materialului care este bine definit i corelat cu un rspuns fundamental. Daruneori, din considerente tehnologice, determinm i altele dect proprietile
fundamentale ale materialelor. Astfel, limita elastic msoar prima deviaie
semnificativ de la comportarea elastic; dar aceasta este mai dificil (ncet)
de msurat, astfel nct o substituim cu msurarea mai uoari mai
reproductibil a pragului de efort. S notm c n multe situaii de distrugere
dou sau mai multe proprieti mecanice interacioneaz pentru a controla
comportarea materialului.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
12/87
12
n cadrul studiilor efectuate s-a urmrit, n special, elaborarea
metodelor de alegere a materialelor destinate unor anumite utilizri
specifice, n funcie de proprietile lor fizice, termice, reologice i tribologice,
precum i stabilirea unor metode de proiectare a unor articole tehnice de
cauciuc, a matrielori filierelor.
Proprietile materialelor se exprim prin dou tipuri de specificaii:
specificaii de performan (de execuie)i specificaii de produs.
Specificaiile de performn sabilesc condiiile funcionale de baz ale
produsului i precizeaz parametrii de la care trebuie nceput proiectarea.
Ele se bazeaz pe faptul c produsul trebuie s ndeplineasc anumite
condiii i pe evaluarea oricrui risc i consecine ale distrugerii. Specificaiile
de produs definesc condiiile n care componentele proiectului sunt
procurate sau fabricate. Proprietile materialului sunt o parte important a
specificaiilor de produs.
Tabelul I.2 prezint o list ct se poate de complet a
caracteristicilor de performan a materialelor. El poate servi ca o list de
selectare a materialelor, asigurnd utilizatorul c nu s-a omis nici o
proprietate important.
Tabelul I.2 Caracteristicile de performan ale materialelor
Proprieti fiziceStructura cristalinDensitatePunct de topirePresiune de vaporiViscozitatePorozitatePermeabilitateReflectivitateTransparenProprieti opticeStabilitatedimensional
Proprieti electriceConductivitateConstant dielectric
For coercitiv
Proprieti mecaniceDuritateModul de elasticitatentindereCompresieRaportul lui PoissonCurba efort-deformaieRezistena limitntindereCompresieForfecareRezistena la ruperentindereForfecarePortanProprieti de obosealNeted
Zimat
Proprieti termiceConductivitateCldur specificCoeficient de expansiuneCapacitate de absorbieCapacitate de emisieVitez de ablaiuneRezisten la foc
Proprieti chimicePoziia n seriapotenialelor electriceCoroziune i degradare
AtmosfericAp sratAciziGaze firbini
Raze ultraviolete
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
13/87
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
14/87
14
Fig.I.4.Arborele generic al proprietilor de oboseal
n general nu e posibil s se realizeze ntregul potenial al unui nou
material, n afar de cazul n care produsul este reproiectat pentru a
ndeplini att proprietile ct i caracteristicile de proiectare ale materialului.
Cu alte cuvinte, o simpl nlocuire a unui material nou fr schimbarea
proiectului, rar conduce la utilizarea optim a materialului. Adesea esena
procesului de alegere a materialului nu este aceea ca un material s
primeze fa de altul pentru a fi ales; mai curnd const n aceea c
procesele asociate cu producere sau fabricarea unui material s fie n
competiie cu procesele asociate altui material. De exemplu turnarea sub
= f(N Ciclic = f()Deformaie
medie
Proprieti de oboseal
Teste de control
al deformaieiTeste de control
a sarcinii
Propagarea fisurii
de oboseal
Uniaxial ncovoiererotativ
ncovoieren consol
Izoterm Termomecanic
Dimensiuneafisurii fc. de N
K fc.de da/dN
Domeniul detemperatur
Ciclic = f()
= f(N)
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
15/87
15
presiune a unui aliaj pe baz de zinc poate concura cu formarea prin injecie
a unui polimer. Sau o forjare a oelului poate fi nlocuit de o laminare a
metalului din cauza perfecionrilor n sudura componentelor din band
metalic ntr-o pies.
Selecia materialelor, ca orice alt aspect de proiectare inginereasc,
este un proces de rezolvare a unei probleme ce poate decurge n
urmtoarele trepte:
1. Analiza condiiilor ce trebuie ndeplinite de ctre material. Se
determin condiile de funcionare i de mediu pe care trebuie s le
ndeplineasc produsul i se transleaz acestea la proprietile
critice ale materialului.
2. Selectarea (cernerea) materialelor-candidat. Se compar
proprietile cerute cu datele privind proprietile unei clase largi de
materiale pentru a selecta cteva materiale care sunt de interes
pentru scopul propus.
3. Alegerea materialului-candidat. Se analizeaz materialele candidat
din punctul de vedere al performanelor produsului, costului,
posibilitilor de fabricare i utilitate, pentru a selecta cel mai bun
material pentru obiectivul propus.
4. Stabilirea datelor de proiectare. Se determin experimental
proprietile cheie ale materialului selectat pentru a aprecia msura
n care performanele materialului n condiiile specifice sunt atinse
n funcionarea ansamblului.
Dei alegerea materialului intervine n fiecare stadiu al
procesului de proiectare, ea are un rol important i n celelalte stadii. S-
a sugerat c printr-o selecie larg a materialelor n faza conceptual a
proiectului vor aprea multe nlesniri pentru o proiectare inovativ. n
acest stadiu n care toate opiunile sunt deschise, proiectantul trebuie
s aproximeze datele ntr-o gam ct mai larg posibil de materiale. S-a
realizat o diagram de selecie a materialelor n acest scop (fig. I.5).
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
16/87
16
Fig.I.5. Diagram de selecie a materialelor n funcie de modulul de
elasticitate
Fig.I.5. reprezint modulul de elasticitate al polimerilor, metalelor,
ceramicilori compozitelor funcie de denditate, iar fig.6. cuprinde aceleai
tipuri de reprezentri dar pentru rezisten n funcie de densitate. Se dau i
criterii de proiectare pentru minimizarea costului sau greutii. n funcie de
geometrie i de sarcin se aplic diferite relaii care sunt prezentate detaliat
n raportul de cercetare. Pentru sarcin axial simpl relaia este E/ sau
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
17/87
17
/. Pentru ncovoierea unei tije subiri se folosete relaia E1/2/, iar pentru
ndoirea unei plci: E1/3/. Linile ce reprezint aceste pante sunt
reprezentate n figuri. Astfel, dac o linie dreapt este trasat paralel cu linia
E1/2/ = C, toate materialele plasate pe linie se vor comporta la fel de bine ca
o tij solicitat la compresie, pe cnd cele de deasupra liniei vor fi mai bune,
iar de sub linie vor fi mai proaste.
Fig.I.6. Diagram de selecie a materialelor n funcie de rezisten
n ceea ce privete sursele de informare asupra proprietilor
materialelor, muli ingineri proiectani utilizeaz literatura de tradiie, articole
tehnice i rapoarte ale companiilor.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
18/87
18
Pentru aplicaii speciale, n care sigurana este de mare importan,
este necesar s se determine distribuia de frecven att a proprietilor
materialului, ct i a parametrului care descrie comportarea. S-a stabilit c
atunci cnd cele dou distribuii se intersecteaz, va exista un numr
previzibil statistic de eecuri..
Deoarece exist un numr foarte mare de materiale comerciale ntre
care se poate face selecia, cu diferite proprieti i costuri, un mare avantaj
l prezint utilizarea calculatorului pentru depozitarea, manipularea i trierea
acestor informaii. Programele specifice de proiectare asistat de calculator
folosesc biblioteci de date imense, ceea ce presupune utilizarea tehnicii de
calcul performante pentru rezolvarea problemelor de proiectare. Acest
aspect a fost evideniat i n raportul de cercetare, atunci cnd s-au
prezentat aplicaiile specifice.
Ultima decizie ntr-o proiectare este echilibrul ntre performani
cost. Exist un spectru larg de aplicaii care variaz de la cele pentru care
performana este esenial (industria aerospaiali de aprare) pn la
cele n care costul predomin (aplicaiile casnice, consumatorii electronici).
Deoarece costul este o condiie important n multe situaii de alegere a
materialelor, trebuie s I se acorde o atenie suplimentar. Costul unui
material depinde de (1) raritate, determinat fie de concentraia
componentului activ, fie de costul alimentrii; (2) costul i cantitatea de
energie necesar pentru prelucrarea materialului i (3) cerinele de baz
impuse materialului.
Unele dintre cele mai importante i mai analitice metode de selecie
a materialelor sunt:
1. Costul n raport cu indicii de performan
2. Indicii proprietilor de greutate
3. Analiza valorii
4. Analiza eecurilor
5. Analiza beneficiu-cost.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
19/87
19
I.3.4. Alegerea metodei de prelucrare pentru polimeri i
materiale compozite
Prelucrarea este termenul generic pentru convertirea polimerului
brut i a adosurilor acestuia (aditivi, colorani, stabilizatori, mici cantiti de
ali polimeri, materiale de umplutur, de ramforsare etc.) n produse utile ce
pot fi comercializate. O parte semnificativ a performanelor finale ale
produsului depinde de buna alegere a polimeruluui i adaosurilor. Influena
modului de prelucrare trebuie, de asemenea, luat n consideraie. Pentru
comoditate, termoplastele ca polietilena (PE) i polipropilenele (PP) sunt
convertite din pulberea brut rezultat n reactor n pelei prin compoundare.
Peleii sunt apoi transformai n piese finite printr-o alt etap de extrudere
sau printr-un proces de injecie. Condiiile de prelucrare pot aciona prin
alterarea sau chiar interferarea cu proprietile intrinseci ale polimerului ales
sau ale adaosurilor lui. Pentru multe materiale termoreactive fazele de
prelucrare transform prepolimerul n produsul final. Interaciunea polimer
proces de prelucrare este foarte important pentru obinerea proprietilor
produsului final. Sunt dou probleme majore ce se pun n fabricarea oricrui
produs:
Piesa finit va ndeplini toate criteriile necesare specificate n
produs?
Poate fi produs piesa la costul minim proiectat pentru piaa de
desfacere?
Aceste criterii par a fi destul de simple, ns, n realitate, ele
sunt puternic interconectate i de obicei necesit analize complexe atttehnice, ct i de marketing. O schem tipic este prezentat n fig.I.7.
Rar se ntmpl ca un polimer s fie prelucrat ntr-un articol
comercial fr s fie supus unei clduri sau presiuni exterioare un timp
oarecare. Exist multe ci de convertire a polimerilor n produse finite. n
multe operaii se folosesc combinaii de procese. Acest capitol sevete
acomodrii inginerului proiectant cu unele dintre cele mai uzuale tehnici de
prelucrare prin indicarea unora dintre proprietile importante ale polimerilor,
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
20/87
20
care influeneaz eficiena prelucrrii i demonstreaz modul n care
prelucrrile pot afecta performana polimerului ca produs finit.
Fig.I.7. Schema alegerii unui polimeri a tehnicii de prelucrare a acestuia
I.3.5. Diferite tehnici de prelucrare a materialelor plastice
Prelucrarea polimerilor poate fi clasificat n multe moduri. Un
criteriu utilizat adesea este tipul de curgere al unui element de fluid din
polimer n timpul formrii ntr-un produs final. Aceasta este o abordare
clasic, similar cu operaiile unitare din ingineria chimic. Inginerul de
Utilaje Material plastic
Forma obiectuluiCondiii de producere
Condiii impuse produsului(rezisten, rigiditate, impact,electrice, protecia mediului)
Procese de prelucrareposibile Familii de rini
Alegerea rinilor(umplutur, aditivi)
Caracterizarea rinilor
Analiza economic
Alegerea rinii icaracterizarea ei
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
21/87
21
prelucrare se concentreaz pe consideraile reologice ale polimerului i pe
eforturile reziduale n produsul finit, combinnd astfel elemente din mecanica
fluidelori solidelor n studiul polimerilor. Dup cum se poate observa din
tabelul I.3, viscozitatea i alte caracteristici reologice ale polimerilor pot dicta
aplicabilitatea unei metode de prelucrare date. Extruderea i filarea sunt
exemple de curgere continu, pe cnd injecia i suflarea sunt exemple de
curgere ciclic. Termoformarea este un exemplu de formare de foi aproape
elastice iar curgerea pulberilor este utilizat n formarea rotaional.
Tabelul I.3. Variabilele de prelucrare pentru principalele procese deprelucrare a polimerilor
Tipul de material ProprietileProcesul deprelucrare
Termorigide
Termoplaste Viscozitate
Fracturatopiturii
Umflareaextrudatului
Rezistenatopiturii
Viteza dereacie
Viteza decristalizare
Formarea prinsuflare
X Medie X
Calandrare X MedieTurnare X X F.sczut X XFormare prin
presare
X nalt X
Extrudere. Film X Medie X X X XExtrudere. Profil X Medie X X XExtrudere. Foi X Medie X X X
nfurarefilamente
X Medie X
Pulverizaremanual
X Medie X
Injecie. Compact X Joas la medie X X XInjecie. Spume X Joas la medie X X XInjecie. Reactive X Joas la medie XPrelucraremecanic
X X Joas la medie
tanare n topitur X Joas la medie XPultruziune X Medie XFormare rotaional X X Medie la joas X XTermoformare X Medie XFormare printransfer
X Medie X
n proiectarea industrial, forma geometric a piesei finite este
important. Forma poate fi folosit drept criteriu de clasificare a diferitelor
metode de clasificare a polimerilor ca n fugura I.8.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
22/87
22
Figura I.8. Geometria obiectului criteriu de clasificare a prelucrrii
polimerilor
Formare
Extrudere
Pultruziune
Formarea unui corp solidrin in ec ie ntr-o cavitate
Solid (termoplastic sau termorigid)
Spum termoplastic
Formare prin injecie reactiv
Formarea unui obiect cav
Formare prin suflare
Formare rotaional
Depunere filamente
Formarea unui corp solidprin preumplerea unei
cavit i
Formarea prin compresie (presare)
Formare n duz (plac)
tanarea topiturii
Formare de foi
Termoformare
Formare prin ntindere-suflare
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
23/87
23
O abordare inginereasc mai acceptabil este cea care identific
caracteristicile iniiale de proiectare ale fiecrei piese ca:
limitrile de form
dimensiunea maxim,
Aceast clasificare este valabil numai pentru cazul n care produsul final
este o singur pies. Dar multe produse reprezint ansambluri de diferite
piese pentru care criteriile de realizare i caracteristicile materialului difer
de la o pies la alta. Interdependenele specifice dintre piese cum ar fi
potrivirea lor, contracia, dilatarea termic, culoarea i asemnarea nu sunt
considerate de importan primar n aceast metod de clasificare.
precum i unele consideraii arbitrare de proiectare, cum ar fi una sau
mai multe din urmtoarele:
forma complex;
grosimea peretelui controlat;
aria plan;
inserii;
forma cav nchis sau deschis;
goluri;
numrul de articole.
Pe baza tuturor acestor considerente s-a elaborat o metodologie de
proiectare care, n raportul de cercetare, este ilustrat prin mai multe
exemple specifice obinerii articolelor din materiale plastice sau cauciuc.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
24/87
24
II.CALCULE DE PROIECTARE PENTRU
ARTICOLE TEHNICE DIN CAUCIUC
II.1. INTRODUCERE
Printre multiplele tipuri de produse tehnice de cauciuc, locul principal
l ocup diferite organe de maini care trebuie s ntruneasc urmtoarele
proprieti:
- rezisten mecanic;
- flexibilitate;
- elasticitate;
- rezisten la uzur;
- rezisten la medii agresive.
Deoarece influena sarcinilor dinamice asupra diferitelor produse
tehnice de cauciuc nu este nc destul de bine studiat, la calculul unei serii
de produse trebuie s ne limitm n principal la analiza solicitrilor statice, n
care tensiunile i deformaiile sunt direct msurabile, deci exist posibilitatea
interpretrii cantitative a studiului asupra rezistenei i deformabilitii
pieselor. n regimurile dinamice, ns, trebuie s ne limitm la stabilirea
anduranei sau a degajrii de cldur.
n unele cazuri, relaia dintre tensiuni i deformaii n materialele
iniiale i n construciile finale nu este liniar, abaterile sunt uneori mari i,
ceea ce este mai important, proprietile mecanice ale fibrelor toarse,
pnzelori cauciucurilor variaz n procesele de producie i n produsele
care se creeaz. De aceea mersul calculelor se complic i apare
necesitatea aplicrii unor corecii, iar uneori trebuie s ne limitm doar la
comparaii tehnologice.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
25/87
25
II.2. CALCULUL CURELELOR DE TRANSMISIE PLATE DIN
PNZ CAUCIUCAT
Curelele cauciucate plate se folosesc drept legturi flexibile de
traciune ntre roata de curea conductoare i roata de curea condus ale
transmisiilor prin curele.
La instalaiile de transportare i de ridicare se folosesc benzi
cauciucate esute. Ele sunt flexibile i n acelai timp servesc drept
mijloc de transport.
Pentru funcionarea cu succes a instalaiilor de transmisie i de
transportoare este necesar ca benzile i curelele s fie rezistente, flexibile i
limitat extensibile.
n producia curelelori benzilor cauciucate ca material ce suport
sarcina se folosete o estur specific, aa-numitul belting. Pentru curelele
de transmisie se folosete belting din bumbac. Particularitatea beltingului
este rezistena mare i o important alungire relativ pe urzeal, la o
rezisteni o duritate mai redus pe bttur. Dar scderea rezistenei i a
duritii btturii este limitat de condiiile de pstrare i de posibilitatea de a
asigura o prindere riguroas a capetelor curelei. Asupra rezistenei i
alungirii la rupere a beltingurilor are o influen mare modificarea coninutului
de umiditate.
Ca mijloc de fixare a straturilor esute care izoleaz n acelai timp
firele acestora precum i de protecie a esturii mpotriva influenei umezelii
i gazelori a aciunilor mecanice se folosete cauciucul.
Amestecurile de cauciuc din industria de curele se execut din
cauciuc butadienic i natural. Compoziiile din cauciuc, realizate n
malaxoare capsulate se omogenizeaz pe valuri i se calandreaz n
vederea obinerii foilor de diferite grosimi i limi. ntritura de cauciuc se
extrude sub form de band, de grosime egal cu cea a stratului de inserie
textil.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
26/87
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
27/87
27
m/s. Curelele de acest tip sunt bune pentru transmisiile n sarcin dinamic
mic.
Curelele de tip 3, nfurate n spiral au o construcie cu mai multe
curbe; se execut din belting B-820, fr straturi de cauciuc ntre inserii. Se
folosesc pentru funcionarea la sarcini mari i viteze mici.
Folosirea n industria cauciucului a unor materiale noi, a esturilor
din bumbac rezistente, a nururilor, a esturilor din vscoz, din poliamide
sintetice, a condus la mbuntirea calitilor de exploatare i la elaborarea
unor noi tipuri de curele (figura II.2).
Fig.II.2. Curea plat cu inserie de cordinur
1 nveli textil; 2 cord de nur; 3 cauciuc; 4 stratulesut;
5 strat de cauciuc; 6 band cauciucat
O curea de transmisie este, deci, o plac stratificat de pnz i
cauciuc, care, n timpul exploatrii, este supus unei traciuni axiale
variabile, combinat cu ncovoiere multipl. Utilizarea raional a curelei este
asigurat prin folosirea corect a tipului, dimensiunilor i numrului de
straturi din curea, care corespund cel mai bine condiiilor de lucru date.
Deoarece straturile textile cauciucate reprezint baza construciei
curelelor, n practica industriei cauciucului se obinuiete s se efectueze
calcule de proiectare a curelelordup fora periferic util admisibil pe care
o transmite cureaua, raportat la 1 cm de lime a unui strat textil. Aceast
cale de calcul permite s se ia n consideraie particularitile contraciei i
proprietile noilor elemente textile i de cauciuc care fac parte din obiectul
obinut.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
28/87
28
Mai sunt i alte posibiliti de calcul: - pe baza capacitii de
traciune (capacitatea de funcionare), utiliznd unele caracteristici obinute
pe cale experimental la ncercarea curelelor fabricate n serie; - dup
randamentul optim de funcionare a transmisiiloretc.
II.2.2. Calculul curelelor plate dup fora periferic pe 1 cm de
lime a stratului de pnz(A1)
Fora periferic transmis de curea este corelat cu puterea
transmisiei prin relaia :
P = T1 T2 = 100 N/v [daN] (1)
n care: P fora periferic (fora util transmis), daN;
T1, T2 fora de traciune a ramurii conductoare i, respectiv,
conduse, n sarcin, daN;
N puterea transmis de curea, kW;
V viteza curelei, m/s.
ntinderea (fora de traciune) n ramurile curelei conduce la apariia
unei fore de frecare i, prin urmare, la transmiterea cuplului de rotaie ctre
roata de transmisie condus.
Pentru ca dintr-o transmisie n funciune s apar diferena necesar
de ntindere, cureaua trebuie montat cu o anumit pretensionare T0 i
atunci:
T1 + T2 = 2 T0 i T1 = T0 + P/2 (2)
n condiiile reale, datoritmaseii vitezei curelei, se dezvolt o for
centrifug, care tinde s deprteze cureaua de roata de transmisie, ceea ce
conduce la scderea puterii transmise de curea. O curea format din mai
multe straturi de material textil i intercalaii de cauciuc ntre acestea are o
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
29/87
29
anumit grosime i nu este absolut flexibil, iar aceasta conduce la
scderea puterii transmise.
Tensiunea total n ramura maxim solicitat a curelei (pe roata de
transmisie mic) este:
Ftot = f1 + fc + fnc (3)
n care:
f1 tensiunea n curea corespunztoare forei T1, daN/cm2;
fc tensiunea n curea corespunztoare forei de traciune Tc care
apare datorit forei centrifuge, daN/cm2;
fnc tensiunea din curea datorit ncovoierii, daN/cm2.
Deoarece o curea de cauciuc i material textil nu este omogen n
seciunea transversal, ci are o structur stratificat, ar trebui ca tensiunea
de traciune a curelei s se calculeze pentru diferite elemente ale acestei
construcii, innd seama de valorile diferite ale modulelor materialelor care
compun cureaua.
Pentru curelele de transmisie plate, n care valorile modulului i ale
ariilor seciunilor straturilor de cauciuc sunt foarte mici, calculul poate fi fcut
practic numai pentru straturile textile (cauciucate) ale curelei.
Dac raportm tensiunile de mai sus f1, fc i fnc la 1 cm lime a
stratului de pnz, obinem sarcinile respective: K1, Kc i Knc (daN/cm).
Sarcina admisibil Kz este:
C0Kv/z = Kz = K1 + Kc + Knc = K0 + P/2 + Kc + Knc (4)
unde: C0 modificarea rezistenei medii la rupere a stratului de pnz din
cauza proceselor tehnologice i datorit influenei numrului de straturi
textile din curea;
z rezerva de rezisten (coeficient de siguran) adoptat;
P fora periferic util admisibil la 1 cm lime de strat textil.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
30/87
30
Determinarea sarcinii pe 1 cm lime de strat textil
Stabilirea valorilor Kv, C0i z este sarcina tehnologului.
Procesele de prelucrare a curelei de la materia prim pn la
cureaua finit influeneaz proprietile mecanice. Datorit neomogenitii
alungirilor straturilor de pnz, rezostena stratului textil separat (scos din
curea) este ceva mai mare dect rezistena medie a stratului la ruperea
ntregii curele.
ntr-o curea cu 3-4 straturi rezistena se calculeaz lund C0= 0,85
0,9 iar pentru pnz cu bttur facut din nur C0= 0,71-0,76. Coeficientul
de siguran z se ia egal cu 8. Kz determinat cu ecuaia (4) este tabelat,
avnd valori n jurul lui 14,8 daN/cm pentru diferite tipuri de pnz.
Tabelul II.1. Rezistena pnzelor de curele i sarcina de calcul admisibil
pe 1 cm lime de pnz de urzeal
Grosimea unui strat textil
din carcasa curelei, mm
Tipul pnzei de
curea
Rezistena
pnzei brute
pe direcia
urzelii,
daN/cm
Rezistena
calculat,
C0Kv,
daN/cm
Sarcina
admisibil,
Kz, daN/cm,
pentru z=8
Cu
intercalaii
de cauciuc
Fr
intercalaii
de cauciuc
Belting B-120 61 55 6,88 1,5 1,25
Belting OPB-5 128 115 14,80 2,3 1,9
Belting OPB-12 128 115 14,80 2,3 1,9
Pnz rar 12 - - 1,25 1,0Pnz cu
bttur de
nur
132 119 14,90 2,3 2,0
Pentru determinarea sarcinii K1 a ramurii conductoare a curelei n
funcie de fora periferic transmis, trebuie pornit de la relaia dintre
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
31/87
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
32/87
32
carcasa curelei, mm), sarcina pe 1 cm de strat de pnz datorit forei
centrifuge va fi egal cu:
2
0
2
1,98 vkvG
Kc =
= (daN/cm pnz) (9)
Valoarea k0 depinde de tipul amestecului de cauciuc, de grosimea pnzei de
curea, de existena straturilor de cauciuc i a nveliului de cauciuc (tabelul
II.2).
Tabelul II.2. Valorile k0pentru curele B-820Grosimea
stratului textil
n carcas,
,mm
Nr.mediu de
straturi la 1 cm
grosime de
carcas a curelei,
10/
k0
(daN.s2/cm.m2)
Curele fr intercalaii
de cauciuc (greutateaspecific 1,1 cN/cm3)
Curele cu intercalaii
de cauciuc (greutatea
specific 1,25 cN/cm3)
1,25
1,50
8,00
6,65
0,0014
0,0019
Tensiunea de ncovoiere fnc este distribuit neuniform n seciunea
transversal a curelei i este de semne diferite: pe suprafaa exterioartensiunea de ncovoiere conduce la creterea sarcinii de traciune a curelei,
iar pe suprafaa interioar la scderea acestei sarcini.
Tensiunile provocate de ncovoiere ntr-un material izotrop sunt date
de relaia:
+=
DEfinc (10)
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
33/87
33
n care: - grosimea total, fr nveli, a curelei, mm;
D diametrul roii pe care se nfoar cureaua, mm
E modulul de elasticitate.
n plcile stratificate pentru curele, modulul de traciune Eti modulul
de compresie (strivire) Ec sunt diferite. Valoarea Et, n funcie de gradul de
ntindere, i de tipul construciei plcii este de 3 3,5 kN/cm2.
Modulul Ec este mult mai mic dect Et. Datorit rezistenei mici a
curelelor la compresie, poziia suprafeei neutre la ncovoiere se deplaseaz
puin fa de centrul de greutate al seciunii ctre zona tensionat.
Existena cauciucului n pnz i, n special, a straturilor
intermediare de cauciuc face ca straturile textile s se ncovoaie parial
independent ntre ele, deplasndu-se puin datorit alunecrii unui strat pe
cellalt; de aceea aceste straturi se situeaz pe o suprafa de curbur
relativ apropiat (un fenomen asemntor se observ la ncovoierea
srmelor componente ntr-un cablu de oel). De aceea, la construciile
stratificate, flexibile ale curelelor nu este corect ca n ecuaia (10) modulul E
s se ia egal cu modulul de traciune Et.
Este mai corect ca tensiunea s se calculeze n funcie de modulul
de ncovoiere efectiv sau redus Enc al construciei:
fnc = Enc
+1D(10)
Modulul de ncovoiere al construciei, determinat experimental sau
calculat n funcie de modulele de ncovoiere ale elementelor de construciepoate fi diferit n funcie de tipul de curea (numrul i ordinea de succesiune
a straturilor de pnz i de cauciuc i gradul de presare a plcilor la
vulcanizare) i de condiiile de lucru: temperatura i raza de curbur la
ncovoiere. Se poate aplica ecuaia:
Enc ) =
c
t
t
E
E
E
+1
2(11)
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
34/87
34
De exemplu: pentru Et=12 kN/cm2 (corespunztor lui =4%) i Ec apropiat de
modulul cauciucului rigid = 1kN/cm2, rezult Enc= 5,36 kN/cm2.
La 20C, pentru plci cu 4-8 straturi de pnz, fr straturi
intermediare de cauciuc, cu o presare de 0,35-0,43, unii autori dau
valoaraea lui Enc= 5 kN/cm2; pentru aceleai plci, dar cu straturi
intermediare de cauciuc, Enc= 3,4 kN/cm2. Creterea temperaturii reduce
aceste valori.
Mrimea presrii este dat de relaia:
nainte de vulcanizare
- dup vulcanizare
nainte de vulcanizare
Acum sarcina Knc (convenional) va fi egal cu:
+=
1
1,0D
EK incinc (daN/cm) (10)
innd seama de cele de mai sus, avem:
( )
f
f
e
eKKKP inccz
1= (daN/cm pnz) (12)
Pentru calculul forei utile admisibile P la 1 cm din limea pnzei, n
ultimul factor din dreapta al ec.(12) se consider cu aproximaie:
a) coeficientul de frecare f nu depinde de vitezi este egal cu 0,4.
Uneori f se calculeaz ca o funcie liniar empiric - de viteza v(m/s), de
forma: f = 0,25 + 0,012v. O anumit cretere a lui f este posibil prin
introducerea n amestec a unor ingrediente abrazive).
b) arcul de alunecare pe roata de transmisie mic este egal cu 0,8
din arcul de 3,14 radiani pe aceeai roat de transmisie, adic 2,5.
c) viteza v a curelei este egal cu 10 m/s.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
35/87
35
Tabelul II.3 Diametrele minime ale roilor de transmisie (n mm) i
numrul de straturi de pnz la curele de construcie
tiat
Viteza curelei, v, m/s
5 10 15 20 25 30
Nr.de straturi
de pnz
80
112
160
250
360
400
500
630
100
125
180
280
400
450
560
710
112
160
200
320
450
560
630
800
125
180
225
360
500
630
710
900
140
200
230
400
560
710
800
1000
160
225
250
450
630
800
900
1120
3
4
5
6
7
8
9
10
II.2.3. Calculul numrului de straturi de pnz pentru o curea de
transmisie plat
Introducnd valoarea lui P n ec.(1), se obine:
P = p b i = 100 N/v (13)
De unde:
bv
N
pi .
100
= (14)
innd seama de condiiile reale de lucru ale transmisiei, la
numitorul ec.(14) trebuie aplicat corecia C = C1.C2.C3 , care reprezint:
C1 corecia pentru unghiul de cuprindere 180;
C2 corecia pentru condiiile de lucru ale transmisiei, caracterul
sarcinii, tipul mainii, felul motorului de ac
ionare, num
rul de schimburi;
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
36/87
36
C3 corecie pentru viteza ce depete 10 m/s (dac sarcina Kci
deci p s-au calculat pentru 10 m/s).
Rezult deci c ecuaia de calcul este:
321
100
CCpvbC
Ni = (15)
De obicei se dau urmtoarele valori i condiii:
N - puterea transmisiei;
D diametrul;N turaia roii conductoare sau conduse a transmisiei;
B limea curelei, mm;
Felul transmisiei i unghiul de nclinare a acesteia;
Tipul pnzei de curea, care determin valoarea p.
Viteza curelei se calculeaz cu relaia:
V = Dn/60 (m/s) (16)
n care n este turaia n rot/min.innd seama de existena unei anumite alunecri a curelei de
trecere de la ramura conductoare la cea condus, uneori se mrete puin
diametrul D1 al roii conductoare (sau se reduce D2 al roii conduse) fa de
valoarea teoretic:
( )02,101,11
221 =
n
nDD (17)
Arcul cuprins de curea pe roata mic este:
( )l
DD 1260180
= (18)
n care l este distana ntre centrele roilor de transmisie.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
37/87
37
C1 = 1 0,003(180 - ) sau C1 = 1 0,172 (3,14 - rad)
(19)
C2 se ia astfel: 1 0,6 pentru lucrul ntr-un singur schimb
0,9 0,5 pentru lucrul n dou schimburi
0,8 0,4 pentru lucrul n trei schimburi
C3 = 1,04 0,0004 v2 (20)
Pentru ca transmisia s lucreze mai bine, raportul D2 : D1 nu trebuieluat mai mare de 6, iar unghiul nu trebuie s fie mai mic de 120, altfel
scade mult puterea transmis de curea.
Dup determinarea numrului necesar i de straturi de pnz i
sup rotunjirea acestuia la numrul ntreg imediat superior, se verific n
tabelul 4 dac limea curelei i numrul de straturi de pnz gsit
corespund.
Tabelul II.4. Limea i numrul de straturi de pnz n curele, n funcie
de tipul pnzei folosite i de tipul curelelor.
Limea curelelor, mm Nr.de straturi de pnz recomandat, n funcie de tipul
de pnz folosit
Tipul de curea Curele tip A B C
A B C OPB-5 OPB-12 B-820 Pnz cu
urzeal de
nur
B-820 B-820
20,25,30,
40,45
2
20,25,30,40,
45 3
20,25,30,40,4
5,50,60,70,75
50,60,70,75
3-5 3-5
80,85,90, 80,85,90,100 3-6 3-6
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
38/87
38
100
125,150,175
200,250
150,200,
250
125,150,
200,250
3 3 4-6 3 4-6 4-6
250,300 250,300 250,300 3 3 4-8 3 4-8 4-8
400,450 375,400,
425,450
375,400,
425, 450
3-4 3-4 5-8 3-4 5-8 4-8
600,700 5 5 5
500 500 500 3-4 3-4 5-9 3-4 5-9 5-9
800,900 5-8 5-8 5-8
1000,1100 5-8 5-8 5-8
Dac n urma acestei verificri se constat c numrul de straturi de
pnz este prea mare, trebuie s se ia o curea cu o pnz mai rezistent
sau trebuie atenionat beneficiarul asupra modificrii construciei transmisiei
(de exemplu, mrirea limii roilor de transmisie) i apoi se repet calculul
numrului de straturi.
Conform ec.(12)i (13), puterea N transmis
prin curea poate fi
calculat cu o ecuaie generalizat scris n forma:
( ) 2102
1KCfffbvN incc = (a)
unde f este tensiunea admisibil n cureaua fr nveli, cu un numr i de
straturi de pnz:
i
zKCf v '0= (b)
K coeficient ce ine seama de aderena dintre curea i roata de transmisie:
f
f
e
eK
1
= (c)
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
39/87
39
Dacf= 0,04 i = 0,8.3,14, rezult K0,63.
Pentru determinarea lungimii L a curelei unei transmisii deschise, se
folosete ecuaia:
( )( )
l
DDDDlL
457,12
2
1221
+++= (21)
Pentru calculul lungimii L i al unghiurilor i trebuie s se
cunoasc distana dintre centrele roilor, l. La alegerea acestei distane
trebuie s se ia n consideraie numrul H de treceri ale curelei ntr-osecund, care se calculeaz cu relaia:
H = v/L (22)
La o trecere/secund se consider condiii uoare de lucru, la 3
treceri/secund condiii medii i la peste 5 treceri/secund condiii grele.
Datorit factorilor dinamici i termici, la o curea care lucreaz cu
sarcin util poate avea loc o cretere a valorii T1i o scdere a valorii Kv
precum i o scdere a pierderilor elastice prin histerezis la traciune incovoiere. Aceti factori nu pot fi luai n consideraie i reflectai cu precizie
n calculul analitic.
Factorii care determin durabilitatea (rezistena) curelei sunt
urmtorii:
- capacitatea straturilor de pnz solicitate ale curelei de a rezista la
deformaii multiple de traciune i de ncovoiere suplimentar (n special n
stratul exterior al curelei);- capacitatea stratului de cauciuc subire, tensionat (a stratului de
cauciuc din pnz i a straturilor de cauciuc intermediare) de a rezista la
deformaii multiple de forfecare cu o compresie simultan.
Deformaiile remanente ale stratului de cauciuc ncep s se
manifeste dup formarea unor alungiri remanente ale straturilor de pnz.
Dac deformaiile pnzei sunt numai elastice, nici n stratul de cauciuc nu se
vor observa deformaii remanente de forfecare.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
40/87
40
Coeficienii de siguran z mari ai curelelor se aleg tocmai pentru a
nu admite apariia unor alungiri remanente ale pnzei n cureaua n
funciune.
Tot din acelai motiv se folosesc i alte procedee tehnologice de
mbuntire a calitii curelelor cum ar fi: folosirea unor materiale textile
rezistente i puin extensibile, ntinderea beltingului umezit i uscarea
acestuia n stare ntins precum i ntinderea curelelor nainte de
vulcanizare.
II.2.4. Calculul curelelor de transmisie plate n funcie de
capacitatea de traciune (A2)
Straturile textile dintr-o curea lucreaz ntr-un regim dinamic variabil
de sarcini influena acestui regim asupra valorilor p, z, Enc i f nu este
nc bine clarificat. Pe de alt parte, rezistena K a beltingului, determinat
prin calcul, nu este legat direct de capacitatea lui de traciune. Datorit
acestui fapt, n ultimul timp, se aplic pe scar larg o metod de calcul al
transmisiilor de curele, care se bazeaz pe date experimentale obinute n
condiii de laborator, asupra capacitii de traciune a curelelor de serie i pe
caracteristicile transmisiilor, determinate experimental.
Aceast metod empiric nu este bun pentru proiectarea de curele,
dar este comod pentru calculul transmisiilor n care se folosesc curele de
tipuri cunoscute i deja studiate.
Se folosete relaia determinat experimental ntre coeficientul de
alunecare, c , i coeficientul de traciune, :
100111
22
=
nD
nDc (23)
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
41/87
41
Coeficientul de alunecare, c depinde de diametrul D1 al roii de
transmisie mici. Odat cu scderea acestui diametru scad i valorile c i
i, prin urmare, i capacitatea de funcionare a curelei.
Se poate utiliza i relaia ntre i randamentul = 100.N2/N1 . n
figura II.3 este reprezentat grafic relaia ntre c , i .
Fig.II.3.Relaia ntre c, i
Poriunea liniar a curbei c = f() reflect alunecarea elasticdatorit diferenei dintre tensiuni i, prin urmare, i dintre alungirile elastice
ale ramurilor conductoare i cele conduse ale curelelor. Cnd alunecarea
elastic, inevitabil n cazul sarcinii utile, atinge o anumit limit (punctul
critic 0), poriunea rectilinie devine curbilinie. Tocmai n aceast perioad
apare i alunecarea nedorit, patinarea, de obicei pe roata mic de
transmisie. Aceast alunecare crete rapid odat cu creterea sarcinii utile i
apoi cureaua ncepe s patineze complet. Maximul curbei apare aproximativ
la 0. Aceast limit, n metoda de calcul menionat, determin regimul
raional de funcionare capacitatea de traciune mai bun.
Adoptnd anumite valori pentru 0 i f0, se poate calcula K
tensiunea practic admisibil (util) a curelei i, prin urmare, P = K.S.
Deoarece K = 2 0f0 (24)
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
42/87
42
Vom avea: P = K.S = 2 0f0S, n care S este aria seciunii transversale a
curelei, n cm2.
Pentru f0=constant, variaia coeficientului de alunecare c i a
randamentului n funcie de K este de acelai tip ca cea din figura II.3.
n funcie de fora periferic P sau de puterea transmis, cu ec.(24)
se poate calcula aria seciunii transversale S a curelei i se pot stabili
dimensiunile b i .
n practic se ia n medie f0 = 18 daN/cm2i se controleaz fora de
traciune care asigur aceast tensiune, dup sgeata ramurii de curea n
stare de repaus, sub aciunea unei greuti. n urma prelucrrii datelor experimentale asupra curbei de
alunecare, s-a stabilit urmtoarea relaie:
K0 = a w /D1 (25)
unde K0 este tensiunea util admisibil redus la = 180 i v = 10 m/s i a
parametru variabil (daN/cm2) care depinde de f0i de limea b a curelei;
w = 100daN/cm2
este un parametru considerat constant.Valoarea tensiunii utile reduse admisibile K0 este dat n tabelul
II.5.
Tabelul II.5.Tensiunea util redus admisibil K0 pentru f0 = 18
daN/cm2
/D1 K0(daN/cm2
)pt. b300 mm
K0(daN/cm2
)pt. b>300 mm
0,040 21,0 -
0,033 21,7 -
0,028 22,1 -
0,025 22,5 20,5
0,022 22,8 20,8
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
43/87
43
0,020 23,0 21,0
0,017 23,3 21,3
0,013 23,7 21,7
0,010 24,0 22,0
Valoarea practic a tensiunii utile admisibile poate fi obinut cu
ajutorul relaiei:
K = K0C1C2C3 (26)
unde C1, C2i C3 sunt aceiai coeficieni de corecie definii anterior.
Ecuaiile de calcul definitive sunt de forma:
a) n funcie de fora util transmis, P:
3210 CCCK
Pb = (27)
b) n funcie de puterea i viteza dat:
3210
102CCCvK
Nb = (27)
Raportul /D1 se alege sau se calculeaz, lundu-se n prealabil
din irul de grosimi standardizate ale curelelor. Pentru aceasta, n funcie de
tipul adoptat i de construcia curelei, de numrul de straturi textile, i,
recomandat pentru curelele de limea respectivi n funcie de grosimile
medii ale straturilor textile din curea, se stabilete valoarea . Admind pe
sau determinnd aceast valoare din raportul /D1 ales, cu ajutorul ec.(27)
sau (27), se determin limea b a curelei, se rotunjete pn la cea mai
apropiat valoare standardizati se controleaz dac valorile b i pot fi
folosite.
Dac aceste dimensiuni nu sunt compatibile, calculul se reface,
lund alte valori D1 sau v.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
44/87
44
Raportul minim recomandabil este /D 0,025, raportul minim
admisibil este /D 0,033.
II.2.5.Exemplu de calcul pentru curele de transmisie plate
Se dau urmtoarele date: o curea transmite puterea N = 88 kWi
lucreaz pe roi de transmisie cu diametrele D2 = 710 mm i D1 = 450 mm,
cu o turaie a roii mici n1 = 700 rot/min. Distana ntre axele roilor de
transmisie este l = 2800 mm, iar limea curelei este b = 300 mm. Cureaua
trebuie s lucreze n condiii normale de uzin; transmisia este deschis.
S se determine numrul de straturi textile, i.
Calcule dup metoda A1
Plecnd de la condiiile de lucru, se poate propune o curea tiat, cu
straturi de cauciuc intercalate, fr nveli de cauciuc, cu belting B-820.
Dup datele din tabelul 3, pentru diametrul D1 = 450 mm, se poate
lua i = 8, iar din tabelul II.4, pentru b = 300 mm, i = 4 8. Lum i = 7 i
calculm:
Viteza curelei:
5,1660
700.45,0.14,3
60
11 ===nD
v
m/s
Arcul de nfurare:
( ) ( )o174
8,2
45,071,060180
60180 12 =
=
=
l
DD (3,04 rad)
Sarcina pe 1 cm de strat de pnz datorit forei centrifuge:
Kc = k0v2 , n care k0 pentru curele cu intercalaii de cauciuc
este 0,0019 (tabelul II.2)
Kc = 0,0019.16,52 = 0,52 daN/cm pnz.
Sarcina datorit ncovoierii:
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
45/87
45
+=
1
1,0D
EK incinc
Pentru plci cu 4-8 straturi de pnz, cu straturi intermediare de cauciuc,modulul de ncovoiere, Enc se ia egal cu 3,4 kN/cm
2. Grosimea stratului
textildin carcas, , pentru curele cu intercalaii de cauciuc este egal cu
1,5 mm (tabelul II.2).
Deci: 7.5,1== i mm. Rezult:
16,17.5,1450
7.5,1340.5,1.1,0 =
+=
inc
K daN/cm pnz.
Sarcina admisibil:
z
KCK Vz
= 0 , n care: C0 modificarea
rezistenei medii la rupere a stratului de pnz datorit influenei utilizrii; z
rezerva de rezisten; Kv coeficient depinznd de tipul curelei. Stabilirea
valorilor lor este sarcina tehnologului. Se admit: z = 8 ; C0 = 0,85 0,9 iKv= 65daN/cm (ntruct C0.Kv = 55 daN/cm, conform tabelului II.1). Deci:
Kz= 0,85.65/8 = 6,88 daN/cm pnz (valoare identic celei din
tab.II.1)
Fora util admisibil la 1 cm din limea pnzei:
( )
f
f
e
eKvkKp
incz
12
0
=
Se iau: f= 0,4 (sau se calculeaz: f = 0,25+0,012v = 0,25+0,198 0,45)
i
= 0,8 rad. Rezult:
( ) 24,31
16,152,088,614,3.8,0.4,0
14,3.8.0.4,0
=
=e
ep daN/cm pnz
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
46/87
46
Acum se poate calcula numrul de straturi:
321
102
CCpvbC
Ni = , n care:
C1 = 1 0,003(180 - ) = 1 0,003(180 174) = 0,98
C2 se alege egal cu 0,9, pentru lucrul ntr-un schimb sau n dou schimburi
C3 nu se ia n consideraie pentru c s-a lucrat cu o vitez concret de 16,5
m/s
Rezult:
i = 102.88/16,5.30.3,24.0,98.0,9 = 6,3 6Dup aceast rotunjire, se verific n tabelul II.4 dac limea curelei
i numrul de straturi de pnz gsit corespund. ntr-adevr, pentru b = 300
mm i belting B-820, i = 4 8, deci este corect.
Se recalculeaz sarcina datorat ncovoierii:
Knc = 0,1.1,5.340.1,5.6/(450+1,5.6) = 0,99 daN/cm, valoare care
practic nu difer prea mult de 1,16 obinut iniial i, deci, nu modific esenial
calculele.Greutatea unui metru liniar de curea:
.1..bG = = 0,3.9.10-3.1,25.103 = 3,375 daN
n aceast relaie s-a considerat b=0,3 m, =6.1,5.10-3 m i greutatea
specific a curelei = 1250 daN/m3.
Calcule dup metoda A2
Pentru un diametru al roii de transmisie D1=450 mm, se pot folosi
curele cu belting B-820, cu 4-8 straturi textile.
Grosimea a curelei(considernd-o, ca i n calculul precedent, cu
7 straturi de pnz) va fi egal cu 7.1,5 = 10,5 mm, ceea ce conduce la un
raport /D1 = 0,0234. Viteza este v = 16,5 m/s, iar unghiul de cuprindere pe
roata mic este =174.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
47/87
47
Conform tabelului 5, lund f0 = 18 daN/cm2, gsim, prin interpolare,
tensiunea redus util K0 = 22,7 daN/cm2. Coeficienii de corecie vor fi:
C1 = 0,98; C2 = 0,9 i C3 = 1,04 0,0004v2 = 0,93 (cf.ec.(20)).
Limea cureleieste egal cu:
9,2793,0.9,0.98,0.05,1.7,22.5,16
88.102102
3210
===CCCvK
Nb
cm
Rezult c o curea cu limea de 300 mm ar avea un excedent de
putere:b1 =AN1
b2 =AN2 , deci N1/N2 = b1/b2 = 300/279 = 1,075
Aadar excedentul de putere este de 7,5%.
Dac se ia o curea cu 6 straturi textile, vom gsi b = 32 cm, deci o
lime micorat cu 6,3%, deoarece: b1/b2=300/320 = 0,937.
II.3. CALCULUL CURELELOR DE TRANSMISIE TRAPEZOIDALECurelele trapezoidale au, spre deosebire de cele plate, o
nlime relativ mare i o lime mici realizeaz transmisia datorit
frecrii prilor laterale pe suprafeele laterale ale camerelor din roile
de transmisie.
n zona mijlocie a seciunii transversale a acestor curele se pune
material cu rigiditate destul de mare (nur sau fir de cord), iar materialul cu
rigiditate mic (cauciuc sau pnz croit sub unghi de 45) se dispune nzonele marginale. Se cunosc dou metode de calcul al curelelor de
transmisie trapezoidale:
- dup tensiune, prin determinarea puterii transmise de curea;
- dup capacitatea de traciune.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
48/87
48
B1) Calculul curelelor trapezoidale dup tensiune
Puterea transmis de cureaua trapezoidal cu seciunea
transversal S se calculeaz cu ecuaia:
0N = ( )
f
f
e
eSvfff inccz
1
102
.
(28)
Tensiunea fz pentru o curea din pnz de cord sau nur de cord
trebuie luat pornind de la limita de rezisten fv a materialului textil carecompune carcasa curelei, de la rezerva de rezisten (coeficientul de
rezisten z care se ia egal cu 8) i de la coeficientul C0 ce ine seama de
influena proceselor tehnologice asupra modificrii rezistenei materialului
din care e compus cureaua.
Tensiunea fc dat de fora centrifug se calculeaz lund greutatea
specific medie a curelelor trapezoidale egal cu 1,25 1,30.
Tensiunea fnc se calculeaz cu ec.(10) de la benzi plate, gsindu-se, printr-un calcul prealabil sau printr-o serie de experiene, valoarea
modulului Enc. Trebuie s se aib n vedere c, la curelele trapezoidale,
diferena dintre modulele Et i Ec este mai mare dect la curelele
plate.(Curelele trapezoidale de dimensiuni mici, care se vulcanizeaz pe
forme cu tamburi au o curbur iniial. Asemenea curele suport tensiuni
suplimentare de ncovoiere pe poriunile rectilinii ale transmisiei, dar au o
tensiune mai mic la trecerea peste roile de transmisie. Coeficientul careine seama de aceast scdere este de ordinul 0,56 0,78.)
n ecuaia (28), f este coeficientul de frecare redus al curelei pe
pereii canalului roii de transmisie. (Deoarece f la curelele trapezoidale
depinde puin de vitez, acest coeficient se consider egal cu 0,40.) El se ia
innd seama de efectul de pan, , al curelei n canal, datorit presiunii
radiale Nra curelei (Figura II.4).
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
49/87
49
Fig.II.4. Tensiunile n curea
Valoarea efectului de pan se calculeaz cu relaia:
= (Nr1 + Nr2)/Nr (29)
unde Nr1i Nr2 reprezint presiunile normale pe feele laterale ale curelei.
Din figur se vede c n cazul n care Nr1 = Nr2 rezult:
=
2sin
1
0
o
(30)
n care 0 este unghiul dintre prile laterale ale curelei n canal. Dup alte
date, rezult:
f=
2cos
2sin 00
f
f
+(30)
Cu ajutorul ec.(28) se poate determina N0, dac sunt date sau
calculate: fv, z, C0, modulul Enc i parametrii geometrici ai curelei
trapezoidale.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
50/87
50
Deoarece n cazul structurii considerate, formate din cauciuc i
pnz cord, Enc nu este deocamdat cunoscut, pentru determinarea forei
N0 n calculele de proiectare se poate exclude din calcule tensiunea dat de
ncovoierea straturilor de cauciuc i pnz cu modul mic, lund n
considerare numai carcasa de cord. Aceast situaie este convenional
admisibil deoarece modulele de ncovoiere ale cauciucului i pnzei de
nveli croite n diagonal sunt mult mai mici dect Enc al stratului portant
principal executat din cord cauciucat.
Aadar, pentru un calcul prealabil aproximativ al lui N0, se poate
folosi relaia:
f
f
e
ev
D
ShE
g
Gv
Z
iKCN kkinc
kv 1
1021
2
00
= (31)
C0Kvik rezistena total a carcasei curelei compuse din ik fire de
cord (sau nururi de cord);
Sk aria seciunii transversale a carcasei de cord;
hk grosimea carcasei de cord (considernd seciunea carcasei
dreptunghiular, n cazul unei grosimi mici a acesteia. n cazul unor valori
mari ale lui hki Sk, coeficientul celui de al treilea termen din parantez va fi
4/3).
Enc modulul de ncovoiere al materialului carcasei de cord.
(Modulul Enc pentru o carcas de cord, compus din mai multe straturi de
cord cauciucat cu cte un strat subire de cauciuc dup fiecare strat de cord,
poate fi considerat n prim aproximaie ca fiind analog cu modulul Enc de la
plcile de curea cu straturi intermediare de cauciuc.)
Rigiditatea relativ, C, a curelelor cu nur de cord, la dimensiuni
egale ale seciunii transversale, este mai mare dect la curelele cu pnz de
cord. Nu trebuie, ns, nlocuit cauciucul cu pnz de cord pentru mrirea
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
51/87
51
rigiditii relative, C, deoarece aceasta conduce la scderea flexibilitii
longitudinale a curelei.
II.3.1.Dimensiunile curelelor trapezoidale
Seciunile transversale sau profilele curelelor trapezoidale sunt
determinate de urmtoarele dimensiuni (figura II.5):
Fig.II.5. Profilele curelelor trapezoidale i dimensiunile caracteristice
a baza superioar a trapezului;
ac limea de calcul a curelei
h nlimea
o - unghiul dintre laturile trapezului.
Pentru a evita tensiuni mari din cauza ncovoierii, raportul a/h se ia
egal cu 1,6 1,7. Dimensiunile bazelor i nlimilor se iau dup aa-
numitele iruri preferate (normale) de numere (STAS), rotunjindu-le pn la
valorile ntregi sau fracionare raionale.
Pentru curele trapezoidale cu profil ntreg cu diferite seciuni, aceste
dimensiuni sunt date n tabelul II.6.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
52/87
52
Tabelul II.6 Seciunile curelelor trapezoidale de transmisie
Mrimile care determin
seciunea transversal
Aria
seciunii
Abaterile admisibileSeciunea
ac,
mm
a,
mm
h,
mm
S, cm2 ac, mm h, mm
Lungimea
curelelor, mm
O 8,5 10 6 0,47 +0,4-0,3 0,3 500-2500
A 11 13 8 0,81 +0,6-0,4 0,4 500-4000
B 14 17 10,5 1,38 +0,7-0,5 0,5 630-63000
C 19 22 13,5 2,30 +0,8-0,5 0,5 1800-9000
D 27 32 19 4,76 +0,9-0,8 0,6 3150-11200E 32 38 23,5 6,92 +1,0-0,7 0,7 4500-14000
F 52 50 50 11,70 +1,0-0,8 0,8 6300-14000
Aria seciunii s-a calculat cu relaia
=
2.
o
tghahS
. Limea de calcul
ac corespunde aproximativ cu limea curelei msurat pe linia neutr (figuraII.6).
Fig.II.6. Seciune ntr-o curea trapezoidal
Limea de calcul rmne neschimbat la ncovoierea curelei pe roi de
transmisie de orice diametru; poziia ei determin valorile diametrelor de
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
53/87
53
calcul ale roilor de transmisie, lungimea de calcul i viteza curelelor. Unghiul
o pentru toate seciunile se consider egal cu 401.
O curea de transmisie trapezoidal trebuie s prseasc liber roata
de transmisie n punctul de desprindere. Prin urmare, fora Nr n acest punct
trebuie s se anuleze. Pentru aceasta, componenta vertical a forei de
frecare pe cele dou fee laterale ale curelei:2
cos21
o
rfN
trebuie s
fie mai mic dect componenta vertical a contraforei:2
sin21
o
rN
, adic
trebuie respectat inegalitatea:
2sin2
2cos2
11
o
r
o
rf NN
, de unde rezult:
2
o
f tg
(32).
Deoarece ntre fi unghiul de frecare exist relaia f = tg ,
rezult
o/2 (33)
Considernd coeficientul de frecare f independent de viteza v,
unghiul o poate fi constant.
Unghiurile dintre laturile curelei variaz cnd curelele trec peste
roile de transmisie. Variaia o
a unghiului depinde de raportul h/D.Respectnd calculele verificate experimental, cercettorii au dat urmtoarele
valori:
- pentru curelele cu pnz de cord vulcanizate n pres:
1100 =D
ho
- pentru curele cu cord nur, vulcanizate n cuptor:
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
54/87
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
55/87
55
II.3.3. Calculul numrului de curele ntr-o transmisie
Pentru alegerea profilului curelei dup putere i dup viteza
transmisiei se folosete tabelul II.8.
n cazurile n care tabelul II.8 indic mai multe variante de soluii,
trebuie s se in seama de limea posibil a roilor de transmisie sau
trebuie s se porneasc de la numrul aproximativ admisibil de curele.
Dac este dat puterea N a transmisiei i s-a ales o curea cu
seciunea transversal corespunztoare, se determin, cu ajutorul ec.(31),
puterea N0 pe care o poate transmite cureaua. Numrul de curele, ic, dintr-o
transmisie se calculeaz cu ecuaia:
Ic = N/N0C1C2 (34)
Coeficientul C1 depinde de unghiul de cuprindere, iar C2 mai
depinde i de caracterul sarcinii i de regimul de lucru.
Deoarece curelele trapezoidale se fabric de anumite lungimi
standardizate, la calculul transmisiei trebuie s se stabileasc nti lungimea
aproximativ L0 a curelei cu ec.(21) iar apoi, rotunjind aceast lungime pn
la cea mai apropiat lungime standardizat superioar L, trebuie s se
calculeze, cu ec.(35) distana definitiv dintre centre, l:
( ) ( ) ( )212
2
2121 126,0393,04
393,04
DDDDL
DDL
l
+++=
(35)
Numrul de treceri H ale curelei la viteza dat, v i la lungimea dat,
L nu trebuie s depeasc 15 20, cf.ec.(22).
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
56/87
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
57/87
57
Tabelul II.9 Dimensiunile canalelor roilor transmisiei
Dimensiunile pentru curelele de diferite seciuni (mm)
O A B C D E F
c 2,5 3,5 5,0 6,0 8,5 10 12,5
e 10 12,5 16 21 28,5 34 43
t 12 16 20 26 37,5 44,5 58
S 8 10 12,5 17 24 29 38
B2) Calculul curelelor de transmisie trapezoidale dup capacitatea
de traciune
Se face dup aceleai principii ca i calculul curelelor plate. Se ine
seama de faptul c pentru curelele trapezoidale este mai mare dect
pentru cele plate i curelele de diferite seciuni, n condiii delucru relativ
identice, pot transmite aceeai tensiune util (de lucru):
K = P/S (37)
Se arat de asemenea c i pentru curelele trapezoidale este
caracteristic ec.(25). n acest caz, ns, a i w care determin K0 sunt
constante numai pentru profilul respectiv i difer mult pentru profilele
apropiate. De aceea se poate trage concluzia c w este aceeai
caracteristic redus a flexibilitii curelelor trapezoidale ca i n cazul celor
plane.
Pentru calculul curelelor trapezoidale standardul d o serie de tabelede putere N0 (n kW) ce poate fi transmis de o curea la un unghi de
cuprindere cu valoarea = 180o i n cazul unei funcionri line a
transmisiei, n funcie de viteza curelei, de fora de ntindere i de diametrul
roii mici. Un exemplu de valori N0 este dat n tabelul II.10, iar un exemplu
de tensiuni iniiale T0 ale curelelor este dat n tabelul II.11.
Numrul ic de curele se calculeaz i dup ec.(34), dar innd
seama de influena unghiului de cuprindere , prin aplicarea coeficientului
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
58/87
58
C1. Respectnd legea general dat de ec.(24), puterea N transmis de ic
curele trapezoidale poate fi calculati cu ecuaia:
3210102
2CCsCfviN c= (38)
dar pentru aceasta trebuie cunoscute: coeficientul de traciune stabilit
pentru =180o i tensiunea iniial a curelei f0.
Coeficientul de traciune poate fi exprimat de asemenea prin
relaiile:
1
1
+
=
f
f
e
e(38)
sauPT
P
=
12 (38)
Tabelul II.10 Puterea pentru o curea de seciune B (n kW)
Valoarea calculat a diametrului
roii mici (mm)
Valoarea calculat a diametrului
roii mici (mm)
Viteza
curelei,m/s
125 140 160
180 i
mai mare Viteza
cureleim/s
125 140 160
180 i
mai mare
2 0,43* 0,48* 0,53* 0,58* 14 2,36 2,69 2,94 3,11
3 0,63* 0,70* 0,77* 0,83* 15 2,43 2,80 3,08 3,28
4 0,83* 0,91* 1,01 1,08 16 2,50 2,90 3,19 3,44
5 1,02 1,12 1,25 1,32 17 2,56 2,98 3,29 3,58
6 1,21 1,31 1,45 1,54 18 2,58 3,05 3,38 3,72
7 1,35 1,50 1,65 1,75 19 2,58 3,10 3,47 3,83
8 1,52 1,69 1,85 1,97 20 2,58 3,10 3,54 3,94
9 1,68 1,88 2,05 2,19 21 2,54 3,10 3,60 4,03
10 1,84 2,06 2,23 2,41 22 2,50 3,05 3,64 4,08
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
59/87
59
11 2,00 2,24 2,41 2,59 23 2,43 2,95 3,60 4,04
12 2,14 2,43 2,59 2,77 24 2,36 2,85 3,56 4,01
13 2,25 2,57 2,77 2,94 25 2,29 2,75 3,52 3,98
Pentru transmiterea puterilor marcate cu (*), tensiunea trebuie mrit cu
20% fa de cea din tabelul II.11.
Tabelul II.11 Fora de ntindere T0 a curelei n funcie de diametrul
roii micii de seciunea curelei
Sec.
O A B C D E F
Diametrul
63-80
90
ipeste
90-112
125
ipeste
125-160
180
ipeste
200224
250
ipeste
315
355
ipeste
500
500
ipeste
800900
1000
ipeste
Fora
de
ntindere
a
5,5
7,0
10,0
12,0
16,5
21
27,5
35
58
70
85
105
140
175
II.3.5. Exemplu de calcul pentru curele trapezoidale
S se calculeze transmisia unei maini unelte cu variaii mici ale
sarcinii de lucru dar cu o sarcin de pornire pn la 150% din cea nominal;
puterea transmis este N = 10,3 kW; diametrul maxim al roii de transmisie a
mainii este D2400 mm; turaia acestei roi este n2=495 rot/min. Turaia roii
de transmisie de pe motor este n1=1440 rot/min; distana maxim admisibil
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
60/87
60
ntre centre l0= 500 mm. Maina funcioneaz 18 ore pe zi. Se cere s se
aleag i s se determine urmtoarele: profilul (seciunea transversal a
curelei); L lungimea standardizat a curelei; ic numrul de curele de
transmisie.
Calculul prin metoda B1:
Pornind de la condiiile date, gsim:
a) raportul de transmisie: n1/n2 = 1440/495 = 2,91
b) diametrul calculat al roii de transmisie mici, considernd un coeficient de
alunecare a = 0,02, rezult:
( )140
98,0.91,2
400
11
221 ==
=an
nDD
mm
c) Viteza curelei:
v = 2,1060
495.4,0.14,3
60
22 ==nD
m/s
Din tabelul 8 alegem o curea de profil B. Pentru o curea trapezoidalcu profil ntreg de acest tip, diametrul calculat minim poate fi de 140 mm.
Determinm lungimea aproximativ a curelei:
( )( )
0
2
122100
457,12
l
DDDDlL
++= (rel.(21) de la benzi
plate)
L0 = 2.500 + 1,57(400 140) (400 140)2/4.500 = 1814 mm
Rotunjind L0 pn la cea mai apropiat lungime standardizat,
gsim L = 1800 mm.
Cu ajutorul ec.(35), unde L/4 0,393(D1+ D2) = 238 mm i
0,126(D2 D1)2 = 8450 mm2,
gsim distana exact dintre centre:
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
61/87
61
8450238238 2 +=l = 458 mm
Controlm numrul de treceri ale curelei n 1 s :
H = 10/1,8 = 5,6 < 15Unghiul de cuprindere este:
( )o146
458,0
140,0400,06018060180 12 =
=
=l
DD
Puterea N0 transmis de cureaua trapezoidal de profil B, de
construcie cu pnz de cord, la v = 10,2 m/s i D1 = 140 mm, calculat dup
ec.(31), este de 2,17 kW, cu urmtoarele date considerate: C0 = 0,75;
Kv(cord 11 TM)= 11 daN; ik = 38 fire; z = 8; S = 1,38 cm2; = 1,25 cN/cm3;
Sk = 0,67 cm2; Enc = 340 daN/cm
2; hk = 1,2 mm x 4 straturi = 4,8 mm; 0 =
34; f= 0,4 i = .0,8 n acest caz :
ef = 0,71 ; P = 21,7 daN ; T1 = 30,6 daN ; Tc = 19,8 daN
; f = 15,8 daN/cm2 ; = 0,55 ; C2
= 0,8
Numrul de curele din transmisie este egal cu :
Ic = N/N0C2 = 10,3/2,17.0,8 = 5,9 6
Dac nu s-ar fi dat viteza i puterea transmis, calculul s-ar fi putut
modifica, stabilind, de exemplu, viteza optim a transmisiei, care s asigure
puterea maxim transmis cu curele de seciunea adoptat.
Calculul prin metoda B2
S considerm, ca i n cazul precedent, curea cu profil B i D1= 140
mm; D2 = 400 mm; L = 1800 mm ; l = 458 mm ; v = 10,2 m/s ; = 146o.
Din tabelul 11 se ia N0 = 2,1 kW (extrapolnd ntre 10 i 10,3 m/s).
Coeficienii de corecie sunt C1 = 0,9 i C2 = 0,8
Ic = N/N0C1C2 = 10,3/2,1.0,90.0,80 = 6,8 7
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
62/87
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
63/87
63
Mp1 = X Mm1 = X M0
Pentru al doilea ciclu se adaug material reciclat, conform schemei:
n acest caz, proprietatea materialului prelucrat a doua oar va fi:
Mp2 = X Mm2
Dar:
Mm2 = Y Mr1 + (1 Y) M0 i Mr1 = Mp1
Deci: Mp2 = X [XY + (1 Y)] M0
Pentru al treilea ciclu de prelucrare schema este:
de unde rezult:
Mp3 = X Mm3
Dar:
Mm3 = Y Mr2 + (1 Y) M0 i Mr2 = Mp2
Deci:
Prelucrare 2
(1-Y)M0
YM 1
folosire
Reciclat la 3
Mm2 Mp2
Prelucrare 3
(1-Y)M0
YM 2
folosire
Reciclat la 4
Mm3 Mp3
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
64/87
64
Mp3 = [X3Y2 + X2Y(1 Y) + X(1 Y)] M0
Pentru al N-lea ciclu schema bloc arat n felul urmtor:
Relaia pentru proprietatea materialului prelucrat dup N cicluri este:
N-1
MpN = [(X 1) XYi + 1] M0
i=0
Suma din parantez se poate dezvolta sub forma unei serii astfel:
nari = ar + ar2 + ar3+ + arn = a [(1 rn)/(1 r)]i=1
Aadar, pentru ciclul N, rezult:
MpN = [1 (1 X)( )
XY
XYN
1
11
] M0
Pentru un numr infinit de cicluri:
Mp: =
XY
X
1
11 M0
Aplicaie:
Prelucrare N
(1-Y)M0
YM N-1
MmN M N
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
65/87
65
S se determine reducerea proprietii dup un numr infinit de
etape de reciclare, dac se recicleaz 50% din rini dac fiecare
reciclare reprezint 10% reducere a proprietii.
Y = 0,5 X = 0,9
Mp:/M0 = 1 (1 0,9)/(1 0,45) = 1 - 0,1/0,55 = 0,45/0,55 = 9/11 = 0,8182
Dac ncercm s aflm care va fi reducerea proprietii numai
dup 3 reciclri:
Mp3/M0 = X3Y2 + X2Y(1 Y) + X(1 Y) = 0,93.0,52 + 0,92.0,5.0,5 + 0,9.0,5 =
=
0,8347
Se observ c proprietile materialului prelucrat se modific
esenial nc din primele 3 trepte de reciclare, reducerea lor apropiindu-
se mult de valoarea final (dup numr infinit de reciclri).
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
66/87
66
III.ELEMENTE DE PROIECTARE A UNOR COMPONENTE ALE
PNEURILOR
III.1. PRILE COMPONENTE ALE UNEI ANVELOPE I ROLUL
LOR
Pneurile sunt pri componente ale autovehiculelor care au
rolul de a le susine n realizarea complet a performanelor lor de
exploatare, adic n realizarea vitezei de deplasare i a sarcinii de
transport pe drumuri variate care impun autovehiculului numeroase
accelerri, viraje, frnri i treceri peste obstacole. Pneurile sunt
alctuite din anvelopa propriu-zisi camera de aer.
Anvelopa reprezint o construcie relativ complicat din
materiale textile speciale, srm de oel i compoziii de cauciuc
variate. Ea se compune din urmtoarele pri principale : carcas,
breker (strat amortizor), protectorul cu banda de rulare, flancurile i
ansamblul talonului (figura III.1).
Fig.III.1. Principalele detalii ale unei anvelope:
1.- banda de rulare a protectorului; 2.- breker; 3.- pliurile carcasei; 4.- umrul
benzii de rulare;5.- canalele profilului benzii de rulare; 6.- flancul protectorului;
7.- flancul carcasei;
8.- fasciculele de srm ale talonului; 9.- umplutura de talon; 10.- ntritorul
talonului; 11.- umplutura de talon12.- clciul talonului; 13.- vrful talonului
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
67/87
67
Anvelopa reprezint o construcie relativ complicat din
materiale textile speciale, srm de oel i compoziii de cauciuc
variate. Ea se compune din urmtoarele pri principale : carcas,
breker (strat amortizor), protectorul cu banda de rulare, flancurile i
ansamblul talonului (figura III.1). Carcasa anvelopeieste o parte a
anvelopei format dintr-un numr determinat de straturi de cord gumat;
ea constituie principalul element de rezisten a anvelopei.
Datorit construciei sale elastice i rezistente, carcasa d
anvelopei posibilitatea de a susine autovehiculul i ncrctura
acestuia n timpul deplasrii pe osea, fiind inut sub tensiune de
presiunea aerului comprimat nchis n camera de aer. Carcasa primete
i anihileazocurile provocate de drum, n msura n care acestea nu
au fost absorbite de banda de rulare, de protectori de breker.
Rezistena carcasei se datoreaz n primul rnd cablurilor
textile din care este fabricat cordul. Cablurile straturilor succesive de
cord se ncrucieaz ntre ele la un unghi de 70 90o, formnd cu
coroana anvelopei unghiuri de la 45 pn la 55o. Unghiul de ncruciare
a cablurilor cord are o mare influen asupra durabilitii n serviciu a
anvelopei, determinnd rezistena la ocuri i posibilitile de
amortizare, precum i rezistena la ndoiri repetate sub sarcin,
rezistena la rupere i elasticitatea anvelopei.
Anvelopele care se construiesc cu un numr mare de straturi,
cum sunt anvelopele pentru autocamioane i autobuze grele cu peste
opt straturi de cord, au carcasa format din mai multe zone. La interior
carcasa este format din reea cord cu cabluri dese gumate, subire i
se numete carcas deas, peste care se suprapune n continuare
carcasa mijlocie format din reea cord cu cabluri mai rare i gumat
mai gros, dup care se aplic n continuare straturi de cord cu un
numr redus de cabluri gumate i mai gros, care constituie carcasa
rar a anvelopelor.
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
68/87
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
69/87
69
s aib bune nsuiri de conductibilitate a cldurii spre exteriorul
anvelopei.
Sporirea numrului de straturi n brekere are rolul de a mri
rigiditatea anvelopei n zona de alunecare i totodat de a constitui o
protecie eficace mpotriva perforrilor carcasei subiri de ctre
corpurile tioase sau ascuite ntlnite de anvelop n cursul rulajului.
Protectorul anvelopei este partea anvelopei care acoper din
exterior carcasa i brekerul, avnd rolul de ale proteja mpotriva
deteriorrilor provocate de oxigenul i umiditatea din atmosfer, de
lumina solari de asperitile drumurilor precum i de contactul cu
diferite substane duntoare cum ar fi: uleiurile, benzina, produsele
chimice. Protectorul n zona benzii de rulare are, de asemenea, rolul de
a transmite efortul de traciune i frnare i de a contribui la anihilarea
ocurilori atenuarea efectelor neregularitilori ondulaiiloroselei.
Protectorul are o structur material simpl deoarece este
constituit dintr-o singur compoziie de cauciuc, fr inserii de textile.
Banda de rulare, adic partea anvelopei care face contactul cu
oseaua, este constituit dintr-un strat gros de cauciuc aezat pe
coroana anvelopei i are rolul de a transmite oselei efortul de
traciune i efortul de frnare primite de la organele autovehiculului.
Are, de asemenea, rolul de a realiza o aderen suficient cu oseaua
evitnd alunecarea autovehiculului pe oselele netede i umede,
precum i de a anihila o parte a ocurilor provocate de neregularitile
drumului.
Banda de rulare trebuie s atenueze ct mai bine vibraiile
provocate de deplasarea cu vitez ridicat a autovehiculului pe drumuri
variate. Ca i protectorul, materialul benzii de rulare trebuie s reziste
bine la sfiere i perforare, deoarece ea vine n contact cu corpurile
ascuite ale drumurilor, n primul rnd cu criblura i alte corpuri
tioase. De asemenea, trebuie s reziste bine la formarea i lrgirea
fisurilor ce se pot forma datorit flexiunilor repetate. Fiind supus la
-
8/8/2019 Indrumar Pt Alegerea Materialelor
70/87
70
eforturi, mai exact la frecri mari n timpul pornirii i frnrii
autovehiculului, banda de rulare trebuie s fie foarte rezistent la
abraziune.
n plus, grosimea ei nu trebuie s fie prea mare, pentru a
permite eliminarea cldurii n interiorul anvelopei.
Elementele principale ale profilului benzii de rulare sunt
limea, forma i orien