UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTITEHNOLOGIA CONSTRUCTIILOR DE MASINI

PROIECT DE SEMESTRU LA

ORGANE DE MASINI

STUDENT : MINA LIVIU BOGDAN

2002 – 2003

TEMA PROIECTULUI

TEMA PROIECTULUI: Sa se proiecteze un cric simplu pentru o sarcina maxima Q = 23000 N . Deplasarea pe verticala a sarcinii Q este H = 220 mm.

In faza de analiza a temei se pot gasi urmatoarele cerinte si dorinte :

Cerinte:1. sa se poata regla inaltimea usor2. sa deplaseze pe vertical 23000 N pe o inaltime H=220mm3. sa nu se rastoarne cricul4. sa se poata actiona manual, cu o forta de actionare de cel mult 150 N5. sa se poata actiona pe o singura parte (in spatii stranse)

Dorinte:1. Actionare usoara (randament bun)2. Actionare rapida(timp de ridicare mic)3. Gabarit si greutate mica4. Cost redus5. Durabilitate buna6. Constructie simpla

Cricul simplu fig. 1 Surubul principal 1 executa atat miscare de rotatie cat si cea de translatie. Piulita 2 este fixata in corpul 3. Pentru evitarea miscarilor relative intre sarcina de ridicat si cupa 4, aceasta trebuie sa se roteasca singura pe capul surubului1, deci intre cupa si surub exista un lagar axial care poate fi de lunecare, sau de rostogolire (rulment axial); utilizarea rulmentului este avantajoasa in special pentru ridicarea sarcinilor mari, cand se obtin reduceri insemnate ale momentului de frecare rezistent intre cupa si surub

PROIECTAREA CUPLEI SURUB – PIULITA

1.PRECIZAREA SOLICITARILOR SI A FORMELOR DE DETERIORARE POSIBILE

Dimensiunile cuplei surub – piulita – deci ale celor doua filete in contact – sunt determinate pentru urmatoarele:

Rezistenta corpului (tijei)surubului la solicitarile compuse si la flambaj ; pentru ca diametrul corpului surubului este egal cu diametrul interior al filetului acestuia.

Pentru a pune in evidenta tipul solicitarilor care se produc, se construieste diagrama de eforturi fig.2.

Rezistenta spirelor filetuli surubului si al piulitei. Spirele se pot distruge prin uzare sau rupere.

La vitezele mici la care are loc actionatrea sistemului, hotaratoare pentru tipul si intensitatea uzarii sunt tensiunile de contact (presiunile) intre spire.

Ruperea spirelor poate avea loc ca urmare a solicitarilor de inconvoiere si forfecare la piciorul filetuli.

Se face observatia ca in realizarea rezistentei filetului sunt deopotriva implicate dimensiunile filetelor cat si numarul de spire in contact.

In concluzie, cupla surub – piulita trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:- Transmiterea si transformarea miscarii si a fortei;- Rezistenta corpului (tijei)surubului;- Rezistenta spirelor filetelor surubului si piulitei;- Asigurarea conditiei de autofranare.

Se doreste totodata:- Un cost redus- O buna durabilitate- Un bun randament etc.

2. ALEGEREA MATERIALULUI PENTRU CUPLA SURUB - PIULITA

Conditiile care trebuie indeplinute de catre materialele cuplei surub – piulita rezulta automat din lista cerintelor si dorintelor anterior precizate.

Necesitatea asigurarii rezistentei la uzare si a unui coieficient de frecare redus presupun utilizarea unui cuplu de materiale cu bune propietati anti frictiune.

Intrucat solicitarile corpului surubuli sunt relativ mari – materialul acestuia este de regula otel . Propietatile antifrictiune ale cuplului de materiale vor fi asigurate in principal, de catre materialul piulitei care cel mai indicat este sa se realizeze din fonta.

Din punct de vedere al calitatilor mecanice, al costului, a necesitatilor impuse de cerinte si tema de proiect cupla surub – piulita se va executa :

SURUBUL otel laminat de calitate OLC 35 STAS 880 – 80

PIULITA fonta cenusie cu grafit lamelar FC 200 STAS 568 – 82

SURUBUL PIULITA

Simbolul metalului OLC 35 FC 200

Limita de curgere Rp 0.2 310 N/mm2 350 N/mm2

(rezistenta la inconvoiere)

Rezistenta la rupere la tractiune Rm

min 530 N/mm2 200 N/mm2

STAS 880 - 80 568 - 82

3. PREDIMENSIONAREA FILETULUI. ALEGEREA TIPULUI FILETULUI SI A DIMENSIUNILOR STANDARDIZATE

Necunoscutele care trebuie determinate in cazul dimensionarii unei cuple surub – piulita sunt :

- Tipul filetului - Marimea filetului- Numarul de spire de contact(diametre etc.)- Numarul de spire in contact.

a)Alegerea tipului filetului:

Tipurile de filete care pot fi utilizate sunt :

- FILET PATRAT (profilul generator este un patrat) asigura cel mai bun randament dar rezistenta spirei este scazuta; nu asigura o buna centrare a piulitei ,in raport cu surubul, iar dupa uzare apar jocuri axiale care nu pot fi eliminate in mod simplu. Acest filet nu este standardizat. Se utilizeaza pentru inlocuirea unor piulite mai vechi ,uzate, care au acest tip de filet. - FILETUL METRIC se foloseste in cazul unor deplasari de mare precizie. Randamentul este mai mic decat a celorlalte tipuri de filete si, in general, nu este potrivit ca filet de miscare in transmisiile de putere.- FILETUL ROTUND are o buna rezistenta la oboseala ca urmare a eliminarii concentratorului de tensiuni de la fundul filetului; functioneaza sigur si are o mai buna durabilitate in conditii de lucru nefavorabile (praf, zapada, noroi, nisip, etc.) ; se actioneaza usor. Se utilizeaza in cuple supse la sarcini dinamice mari cu insurubari si desurubari repetate in prezenta impuritatilor (cuplele de la vagoane)- FILETUL TRAPEZOIDAL are o buna rezistanta si rigiditate ; randamentul cu circa 4 – 5% mai decat a filetului patrat ;permite eliminarea jocului axial rezultat in urma uzarii – prin utilizarea unei piulite sectionate ; poate transmite sarcini mari, variabile, in ambele sensuri .- FILETUL FIERASTRAU are o buna rezistenta si rigiditate ; randamentul este apropiat de cel al filetului patrat ; permite eliminarea jocului axial; poate transmite sarcini mari , variabile, intr-un singur sens.

Alegerea tipului filetului se va face in functie de :- caracterul sarcinii;- marimea sarcinii;- directia si sensul sarcinii;- destinatia si conditiile de lucru;- randamentul dorit.

Avand in vedere toate acestea s-a stabilit tipul filetului ca fiind TRAPEZOIDAL3.1. Predimensionarea filetului si alegerea surubului

Dimensiunile filetului trebuie sa corespunda simultan urmatoarelor cerinte:- rezistenta corpului surubului la solicitarea compusa. Din diagramele de eforturi rezulta ca surubul este solicitat la compresiune (sau tractiune) si rasucire.- Rezistenta spirelor la strivire.- Rezistenta spirelor la solicitarea compusa de inconvoiere si forfecare- Daca surubul este solicitat la compresiune sa nu flambeze- Sa asigure conditia de autofranare

Predimensionarea filetului se face din conditia de rezistenta a corpului surubului la solicitarea compusa .Celelalte cerinte se vor verifica dupa cunoasterea dimensiunilor filetului.

Predimensionarea la solicitarea compusa, in conditiile de mai sus, se face la compresiune (sau tractiune) pe baza unei forte de calcul FC = F1 , F1 fiind forta care actioneaza asupra surubului principal , iar ( >1) factor de majorare a fortei F1 pentru a considera si solicitarea de rasucire:

Anec =

unde: d3 = diametrul interior al filetului surubului;

= tensiunea admisibila la compresiune(tractiune) = ;= limita de curgere = 310 N/mm2

Cc = coieficientul de siguranta fata de curgere Cc = 1,5 3 = = 310/3 =103,33 N/mm2

d3 = = 17,65 mm

Se alege valoarea urmatoare cea mai convenabila in functie de STAS si de celelalte verificari

d3 = 22.500 mm

Tr 28 x 5

Celelalte dimensiuni (standardizate) ale filetului sunt :d = 28 mm ; P = 5 mm ; d2 = D2 = 25,5 mm ; D4 = 28,5 mm ; D1 = 23mm;H = 1,866 P = 9,33 mm ; H1 = 0,5 P = 2,5 mm ; ac = 0,25 ; H4 = h3 = H1 + ac = 2,75 mm; R1 max = 0,5 ac = 0,125 mm ; R2 max = ac = 0,25 mm ;

3.2. VERIFICAREA CONDITIEI DE AUTOFRANARE

Asugurarea autofranarii apare ca cerinta in majoritatea constructiilor de suruburi de miscare. La acest sistem autofranarea este preferabil sa se execute direct de catre filet.

Filetele asigura autofranarea atunci cand unghiul de inclinare a filetului , , este mai mic de cat unghiul de frecare redus, :

unde :

tg = iar tg = = ;

unde : = unghiul profilului filetului .Pentru filet trapezoidal

= coieficientul de frecare ce depinde de cuplul de materiale, de calitatea si starea de ungere a suprafetelor => = 0,08 ........0,20 P = pasul filetului P = 5 mm

tg = = > tg = = > tg = 0,075 => = 4,289

tg = = => tg = => tg = 0,154 => = 8,754

Verifica conditia de autoframare.

3.3 VERIFICAREA CONDITIEI LA FLAMBAJ

=> >

Suruburile lungi , solicitate la compresiune , sunt in pericol de a flamba . Dimensiunile filetului , anterior precizate , trebuie sa asigure o siguranta suficienta si fata de flambaj.

Pentru a preveni refacerea unor etape de lucru este necesar ca inca din aceasta faza a proiectarii sa se execute o verificare sumara , acoperitoare , la flambaj.

Ipotezele de lucru vor trebui sa fie acoperitoare, adica cele mai dezavantajoase posibil pentru fiecare caz concret in parte . Daca dupa proiectarea la scara apar modificarii semnificative fata de ipotezele considerate initial , se reia verificarea.

Se stabileste felul rezemarii:

In figura urmatoare se prezinta ipoteza de rezemare precum si lungimea de flambaj corespunzatoare.

L = (1.35---1,45)H ; unde H este cursa de realizat.L = 1,35 x 220 = 297 mmlf = L x 2 = 297 x 2 = 594 mm

Se calculeaza coieficientul de zveltete si se determina tipul flambajului .

=

unde : lf = lungimea de flambaj = 594 mm imin = raza de inertie minima

imin =

Pentru un calcul acoperitor se poate lua :A = /4 = = 397,6

Imin = /64 = = 12580,5

imin = =

= = = 105,6

0 = marime caracteristica flambajului = 85 => > 0 => flambaj elestic

Se calculeaza coieficientul de siguranta la flambaj Cf :

f =

unde : Cfa = coieficient de siguranta admisibil , la solicitarea de flambaj; Cfa = 3 5 Ff = forta critica de flambaj care se calculeaza dupa cum urmeaza :

Ff = = = 73899,93

Cf = = 3,21

Cf > Cfa

verifica conditia la flambaj

3.4 VERIFICAREA LA SOLICITAREA COMPUSA

Deoarece dimensiunea filetului determina implicit dimensiunile altor elemente ale sistemului, este util ca inca din aceasta faza , acolo unde este posibil , sa se efectuieze si verificarea la solicitarea compusa a portiunii filetete a surubului, care este de obicei sectiunea cea mai periculoasa, avand diametrul cel mai mic. De regula , solicitarea este de compresiune (tractiune) cu forta F1 , si rasucire cu momentul de insurubare M12.

Se calculeaza:

M12 = F1

; ; ;

; CC = 1,5 3.

M12 = F1 = 23000 = 67740,75 N/mm2

= = 103,33 N/mm2

= = 57,84 N/mm2

= = 29,77 N/mm2

= = 83 N/mm2

= 103.33 N/mm2

= 83 N/mm2

=> >

Indeplineste conditia la solicitarea compusa

4. PROIECTAREA PIULITEI

4.1. CALCULUL NUMARULUI DE SPIRE DE CONTACT

Numarul minim de spire necesare a fi in permanenta in contact, Z , se va determina din conditia de rezistent la uzare .

In actionarile cu viteze mici , principalul parametru care determina intensitatea uzarii si implicit durabilitatea, sunt tensiunile de contact (presiunea ) intre spire. In ipoteza repartizarii uniforme a sarcinii pe spire si neglijand unghiul de inclinare a spirei, numarul de spire necesare rezulta din relatia :

.

Valoarea rezultata din calcul se rotunjeste, de regula, la numarul natural superior. Daca valoarea oobtinuta este mai mica decat 5 (limita conventionala, impusa pentru a se asigura o stabilitate buna a surubului in piulita), se adopta Z = 5; daca se depaseste numarul 10 (limita impusa de neuniformitatea repartizarii sarcinii pe numarul de spire si ,deci, de pericolul ca spira cea mai incarcata sa fie suprasolicitata ), se mareste filetul sau se alege un alt cuplu de materiale care admite valori mai ridicate ale presiunii de contact .

=

Z = 8,33 => Z = 9 spire

4.2. CALCULUL INALTIMII PIULITEI

Inaltimea piulitei se calculeaza cu formula :

Hp = Unde :f2 = inaltimea degajarii surubuluif2 = (4 5)p = 20 mmZ = numarul de spire al filetului Z = 9 spire.P = pasul filetuluiP = 5 mm

=> Hp =

Cunoscand inaltimea piulitei se poate afla lungimea partii filetate. lf .

Lf = = 220 + 45 = 265 mm

4.3. VERIFICAREA FILETULUI PIULITEI LA INCONVOIERE

Gandind pe modul fizic al unei grinzi incastrate, solicitarile spirei filetate sunt :inconvoierea si forfecarea

Solicitarea de inconvoiere :

.

Unde :

li = =

W =

Solicitarea de forfecare :

unde:

Km = 0,55 0,75 = 0,65

A = 89,535(2,5+2

=13,30 N mm

Tensiunea echivalenta pentru un calcul acoperitor

=

indeplineste conditia de echivalenta

4.4. CALCULUL CORPULUI SI AL GULERULUI PIULITEI

Dimensionarea piulitei

In majoritatea sistemelor ,ca si in cel de fata piulita este plasata in fluxul de forta intre surub si corpul ansamblului . Astfel, piulita preia sarcina de la surub , prin intermediul spirelor filetelor, si o transmite corpului ansamblului.

Fig. 4 prezinta forma uzuala a unei piulite nerotitoare.

De – se poate determina dintr-o predimensionare la tractiune cu o forta de calcul Fc = , majorata pentru a considera si efectul rasicirii:

Amin =

De min = = = 42 mm

De = 44 mm

Dg = (1,3 De => Dg = 60 mm hg = (0,2 Hp => hg = 13 mm

Hp – inaltimea piulitei = 65 mm (calculata anterior)

D - sunt valori corectate ale diametrelor, pentru considerarea prezentei tesiturilor

Verificarea gulerului la striviresi inconvoiere

La strivire:

(80 N mm)

N mm

=> indeplineste conditia la strivire

La inconvoiere

N mm

23,62 N mm

=> => indeplineste conditia la inconvoiere

5 . ALEGEREA RULMENTULUI AXIAL

Utilizarea unui rulment conduce la cheltuieli suplimentare (materiale,manopera) dar prezinta avantajul unor momente de frecare (rezistente),cel putin de 10 ori mai mici decat in lagarul cu alunecare. Totodata durabilitatea unui asemenea lagar este mult mai mare

Solicitarea care se are in vedere la proiectarea unui lagar axial cu alunecare , in conditii concrete de functionare , este presiunea de contact . Valorile presiunilor admisibile se aleg astfel incat sa se evite griparea si sa se asigure o durabilitate ridicata.

= 20 40 MpaQ = N/mm2

In functie de sarcina Q se alege rulmentul axial cu role 51105 STAS 3921 - 80 si care are urmatoarele dimensiuni :

d = 25 mm ; D = 42 mm; D1 = 26 mm; T = 11 mm; r = 1 mm.

Sarcina axiala de baza CC = 29 KW

Dimensiuni de montaj d a min = 35 mm; Da max = 32 mm; ra max = 0,6 mm.

Se estimeaza momentul de frecare din rulment :

Mf = M41 = unde :

dm = (d+D)/2 = 67/2 = 33,5mm

= 0,008 0,01

Mf = 0,009 Nmm

6. ALEGEREA SISTEMULUI DE BLOCARE A PIULITEI

In sistemele cu piulita nerotitoare , actionarea se face prin surub care executa o miscare de rotatie . Momentul de insurubare M12 tinde sa roteasca piulita. Tendintei de rotire i se opune frecarea dintre piulita si corp. Daca aceasta frecare nu este suficienta se pot folosi si sisteme de blocare prin forma.

Se va considera in mod acoperitor numai frecarea pe gulerul piulitei. Se estimeaza momentul de frecare dintre piulita si corp.

Mf = unde:

Ro = (raza acoperitoare)

; =>

Ro =

=> = 0,009

Mf = 1)

Daca Mf < M12, nu se produce blocarea piulitei prin frecare si este necesar un sistem suplimentar de asigurare prin forma.

M12 = F1

M12 = 23000

M12 = 67740,75 N/mm2 2)

Din 1) si 2) => Mf < M12 => nu se produce blocarea piulitei prin frecare deci se va folosi un sistem de blocare prin forma.

Pentru aceasta se va folosi un stift filetat cu crestatura cu cep , prezentat in figura urmatoare, si care are urmatoarele dimensiuni:

Un stift M6 cu :

t = 2 mm; n = 1 mm; C1 = 1,5 mm; d4 = 4,5 mm cu o abatere de : ;

C3 = 3,5 mm cu o abatere de ; r = 0,4 mm; l = 8 30 mm .

7.PROIECTAREA SISTEMULUI DE ACTIONARE

Actionarea se face prin elementul care executa miscarea de rotatie si anume dispozitivul cu clichet Fig. 7.1.

In principiu , dispozitivul cu clichet permite actionarea de pe o singura parte, prin miscari alternante la care o cursa este activa si una pasiva. In cursa activa clichetul impinge in dintele rotii de clichet care antreneaza surubul sau piulita.

Proiectarea dispozitivului cu clichet se incepe de la interior catre exterior.

Proiectarea rotii de clichet si a clichetuluiRoata de clichet este plasata in fluxul de forta intre clichet si elementul final de

antrenatSe alege materialul pentru roata de clichet si clichet:

Se va folosi OL 50 Proiectarea asamblarii dintre roata de clichet si elementul pe care se

monteazaSe va folosi asamblarea cu pana paralela Fig. 7.2

Pentru aceasta se aleg din standard dimensiunile in sectiune transversala a penelor si a canalelor tinandu-se seama ca diametrul la care se face asamblarea este D = 44 mm

b = 12 mm (nominal) cu o abatere limita de:

h = 8 mm (nominal) cu o abatere limita de :l = 28 mmc sau r1 = 0,6 max ; 0,4 min.

Pentru canalul de pana se aleg urmatoarele dimensiuni :- in arbore t1 = 5 mm (nominal) cu o abatere limita de

- in butuc t2 = 3,3 mm (nominal) cu o abatere limita de - r2 = 0,4 mm (max). si 0,25 mm (min)

Din solicitarea de contact , se determina lungimea de calcul: necesara penei

l cp =

unde : h – inaltimea penei - 80 120 MPa pentru otel/fonta sau otel. Mtot = M12 + M41 = 67740,75+3467,25 = 71208 N/mm2

l cp = >se alege l cp = 9 mm

Se estimeaza latimea minima necesara pentru roata de clichet, in zona de asamblare cu surubul:

B min l p= l cp + bl p = l cp + b = 9 +12 = 21 mm

Bmin alegem 24 mm Precizarea elementelor rotii in zona de contact clichet – roata de clichet

- Se alege profilul dintilor . Se vor folosi profilele dreptunghiulare, cu dintii avand flancuri paralele. Profilul dreptunghiular permite o inversare mai rapida a sensului de rotatie prin mutarea clichetului in pozitia simetrica. Impingatorul cu

arc, al clichetului orizontal si forma simetrica a clichetului vertical, fac posibil acest lucru.

- Se stabilesc numarul de dinti si dimensiunile acestora.*Se alege diametrul interior al danturii Di . Acesta va trebui sa fie suficient de mare pentru a cuprinde asamblarea roata - surub si pentru a asigura rezistenta corpului rotii.

D i min = 1,5 D = 66 mm; Di = 66 mm*Se alege z – numarul de dinti ai rotii. Se recomanda z = 8 dinti pentru Dm < 70 mm iar pentru Dm > 70 mm, se poate lua z = 10 dinti. Diametrul mediu al danturii rotii, Dm, nu se cunoaste inca; daca este nevoie , se revine asupra primei alegeri facute. Se alege z = 10 dinti. *Se calculeaza diametrul exterior , De .

De = = = 78,3 mm

De = 79 mm rotunjit.Dm = (De + Di)/2 = 72,5 mm > 70 => s-au ales bine cei 10 dinti

*Se calculeaza inaltimea h si latimea b in functie de valorile finale De , Dm , z.

h =

b = 0,4

h = 6,5 mm ; b = 10 mm.

*Se determina latimea minima necesara rotii de clichet , la contactul cu clichetul. Solicitarile sunt : inconvoiere si strivire . Se neglijeaza forfecarea.

Din solicitarea de inconvoiere, in ipoteza acoperitoare ca forta s-ar aplica la capul dintelui, rezulta:

Fne =

Wmin =

Din solicitarea de strivire rezulta :

; Bmin = ;

unde:

Fn = ; = =

Fn =

h’ – reprezinta inaltimea efectiva de contact (se scad eventuale raze de racordare si tesituri)h = 7 => h’ = 6 mm

Bmin =

Proiectarea asamblarii dintre clichet si manivela

Asamblarea dintre clichet si manivela se realizeaza printr-o articulatie, cu ajutorul unui bolt cilindric cu cap. Fig. 7.3

Solicitarile in zona asamblarii clichet – bolt sunt : forfecarea (doua sectiuni)si strivirea.

Materialul boltului se va alege OLC 45 Diametrul boltului, db, se determina din solicitarea de forfecare :

Anec = .

= 0,65 N/mm2

3928,7 = 79,3 3928,71 = 2491,128 db2 db = 3,97mm

Din anumite considerente tehnicesi tehnologice se alege db = 6 mm

Lungimea minima de contact dintre bolt si clichet – B se determina din solicitarea de strivire

=> Bmin =

Bmin = 10 mm.

Lungimea minima de contact dintre bolt si manivele, , se determina din solicitarea de strivire. Manivela se confectioneaza din otel.

.

unde: Fn = 1964,35; ; db = 6 mm

=> = 5 mm (rotunjit)

Alegerea saibei pentru boltul cu cap si a splintului .

Alegerea saibei:Forma si dimensiunile saibei prelucrate pentru bolturi se intalnesc in Fig 7.4 si in

cele ce urmeaza d = 6 mm; D = 12 mm; g = 1,5 mm; c = 0,4 mm; D 11 h 13 h 14

Se va folosi ca material OL 37

Notatie: Saiba 12 STAS 5974-80

Alegerea splintuluiSplinturile sunt elemente de siguranta atasate bolturilor.Forma si dimensiunile splinturilor se intalnesc in Fig 7.5 si in cele ce urmeaza.

d = 1,4 mm; a = 2,5 mm; b = 3,2 mm; c = 2,8 mm; l = 8----32 mm (l=10mm)

Materialul splintului va fi sarma moale de otel, OL34.Notatie : Splint 1,4 x 10 STAS 1991-89

Proiectarea impingatorului cu arc