2

3

UNIVERSITATEA TEHNICĂ A MOLDOVEI ACADEMIA DE TRANSPORTURI, INFORMATICĂ ŞI COMUNICAŢII

Valeriu CERTAN

MECANISME ŞI ORGANE DE MAŞINI

Chişinău • Evrica • 2009

4

CZU 621/534:62(075.8)C36

Descrierea CIP a Camerei Naţionale a CărţiiCertan, Valeriu

Mecanisme şi organe de maşini / Valeriu Certan, Universitatea Tehnică a Moldovei, Acad. de Transporturi, Inform. şi Comunic. – Ch.: Evrica, 2008 (Tipogr. AŞM). – 607p. – (Ser. „Inginerie, Transport şi Logistică”).Bibliogr. p. 607 (25 tit.)ISBN 978-9975-942-68-3300 ex.

--1. Mecanisme şi organe de maşini531/534:62(075.8)

Lucrarea de faţă are un caracter strict de curs sau manual didactic şi este structurată pe diverse capitole încercînd a cuprinde problematica de bază în studiul mecanismelor, calculul, proiectarea şi utilizarea diferitor organe de maşini.

Se adresează studenţilor, cadrelor didactice ale facultăţilor de speciali-tate din învăţămîntul tehnic superior, constructorilor, exploatatorilor de maşini de orice tip. Lucrarea a fost realizată în cadrul Universitatăţii Tehnice a Moldovei şi Institutului de Inginerie, Transport şi Logistică al Academiei de Transporturi, Informatică şi Comunicaţii

Seria: Inginerie, Transport şi Logistică

Redactor: Dumitru Solomon, doctor habilitat în ştiinţe tehnice, ATIC

Autor: Valeriu Certan, conf. univ., doctor în ştiinţe tehnice, UTM

Recenzenţi: Mircea Andriuţă, prof. univ., doctor habilitat în ştiinţe tehnice, UTM

Valeriu Dulgheru , prof. univ., doctor habilitat în ştiinţe tehnice, UTM

M-208-96 © Editura Evrica, 2008ISBN 978-9975-942-68-3 © Valeriu Certan,, 2007

5

Cuprins

Introducere

PARTEA I.

Capitolul 1. Probleme ale proiectării maşinilor

1.1. Particularităţile proiectării şi construcţiei pieselor industriei constructoare de maşini1.1.1. Noţiuni generale şi definiţii1.1.2. Specificul proiectării pieselor1.1.3. Schema generală de desfăşurare a proiectărilor organelor de

maşini1.1.4. Formularea cerinţelor către produsele industriei

constructoare de maşini1.2. Principii generale în calculele inginereşti

1.2.1. Trasarea modelului de calcul al piesei1.2.2. Modele convenţionale utilizate în scheme mecanice ale

mecanismelor şi organelor de maşini1.3. Elemente de interschimbabilitate în construcţii de maşini

1.3.1. Interschimbabilitate, dimensiuni şi toleranţe1.3.2. Ajustaje1.3.3. Toleranţe de formă şi poziţie (executarea formei geometrice

a pieselor)1.3.4. Standardizarea

PARTEA II. Mecanisme

Capitolul 2. Structura mecanismelor

2.1. Generalităţi2.2. Cuplă cinematică

2.2.1. Element cinematic2.2.2. Clasificarea cuplelor cinematice

6

2.2.2.1. Noţiuni de grade de libertate reduse (pierdute)2.2.2.2. Natura contactului dintre elemente2.2.2.3. Caracterul mişcării relative dintre elemente2.2.2.4. Modul de închidere a contactului2.2.2.5. După independenţă sau dependenţa parametrilor,

mişcărilor2.3. Policupla cinematică

2.3.1. Policupla – paralel2.3.2. Policupla – serie2.3.3. Policupla – mixt

2.4. Optimizarea structurală a cuplelor cinematice2.4.1. Compensarea erorilor geometrice şi a deformaţiei termice2.4.2. Compensarea deformaţiilor elastice2.4.3. Reducerea frecării2.4.4. Policuple cinematice pentru mărirea capacităţii portante2.4.5. Exemple de cuple cinematice

2.4.5.1. Policuple cinematice pentamobile 2.4.5.2. Policuple cinematice – tetramobile 2.4.5.3. Policuple cinematice – trimobile 2.4.5.4. Policuple cinematice bimobile 2.4.5.5. Policuple cinematice monomobile elicoidale 2.4.5.6. Policuple cinematice monomobile de translaţie 2.4.5.7. Policuple cinematice monomobile de rotaţie

2.5. Lanţ cinematic 2.5.1. Gradul de libertate al lanţului cinematic2.5.2. Lanţuri statice şi hiperstatice

2.6. Mecanism 2.6.1. Grad de mobilitate 2.6.2. Situaţii particulare în determinarea gradului de mobilitate2.6.3. Transformarea cuplei superioare

2.7. Grupa structurală 2.7.1. Grupele Assur 2.7.2. Grupele conducătoare cu L = 1

2.8. Formarea mecanismelor. Descompunerea în grupe structurale 2.9. Dezvoltarea fusurilor şi degenerarea cuzineţilor 2.10. Generalizarea noţiunii de grupă structurală2.11. Construirea raţională a mecanismelor 2.12. Optimizarea structurală

7

2.12.1. Identificarea legăturilor hiperstatice sau supraconstrînse 2.12.2. Identificarea defectelor structurale 2.12.3. Eliminarea legăturilor hiperstatice 2.12.4. Eliminarea defectelor structurale 2.12.5. Exemple de optimizare structurală 2.12.6. Analiza structurală a mecanismelor compuse

Capitolul 3. Cinematica sistemelor mecanice

3.1. Problemele analizei cinematice 3.2. Analiza cinematică a mecanismelor cu bare articulate prin

metoda grafoanalitică 3.3. Analiza cinematică a mecanismelor cu bare articulate prin

metoda grafică 3.4. Analiza cinematică a mecanismelor cu bare prin metoda

analitică

Capitolul 4. Cinematica mecanismelor cu cuple superioare

4.1. Teorema despre raportul vitezelor în cupla superioară 4.2. Analiza cinematică a angrenajelor

4.2.1. Cinematica transmisiilor obişnuite simple 4.2.2. Cinematica transmisiilor compuse ordinare 4.2.3. Cinematica transmisiilor cu sateliţi

Capitolul 5. Cinematica elementelor construcţiilor portante

5.1. Problemele analizei cinematice 5.2. Metode de apreciere a oscilaţiilor

Capitolul 6. Dinamica sistemelor mecanice

6.1. Problema dinamicii 6.2. Determinarea forţelor în elementele mecanismelor

6.2.1. Forţele motorie şi de rezistenţă utilă 6.2.2. Forţele de frecare şi inerţie

Capitolul 7. Determinarea reacţiunilor

8

7.1. Stări iniţiale7.2. Determinarea reacţiunilor în cuplele mecanice ale

mecanismelor7.3. Determinarea reacţiunilor în elementele structurilor portante

Capitolul 8. Reducerea forţelor şi maselor

8.1. Stări iniţiale8.2. Reducerea forţelor 8.3. Reducerea maselor

Capitolul 9. Estimarea dinamică a mecanismului

9.1. Ecuaţia mişcării mecanismului 9.2. Determinarea vitezelor iniţiale mişcării elementului 9.3. Reglarea vitezei la mişcarea de rotaţie 9.4. Reglarea vitezei la mişcarea de rotaţie cu ajutorul volantului

Capitolul 10. Estimarea dinamicii construcţiilor portante

10.1. Estimarea acţiunii de forţe10.2. Căile de protecţie a construcţiilor de vibraţii şi şocuri

Capitolul 11. Căi de ameliorare a caracteristicilor mecanismelor

11.1. Echilibrarea forţelor de inerţie în mecanisme11.2. Randamentul mecanic11.3. Frecarea în cuplurile cinematice şi în mecanisme

11.3.1. Produsele de frecare şi uzură11.3.2. Forţele de frecare în cuple cinematice11.3.3. Tipurile de uzură şi metode de reducere

PARTEA III

A. Asamblările organelor de maşini

Capitolul 12. Asamblări nedemontabile

9

12.1. Îmbinări sudate12.1.1. Definiţii. Generalităţi. Clasificări12.1.2. Calculul de rezistenţă a îmbinărilor sudate

12.1.2.1. Calculul sudurilor cap la cap12.1.2.2. Calculul sudurilor de colţ frontale12.1.2.3. Calculul sudurilor de colţ laterale sau de flanc12.1.2.4. Calculul sudurilor de colţ combinate

12.1.3. Sudarea prin presiune12.2. Îmbinări prin nituire

12.2.1. Părţi componente. Materiale. Clasificare12.2.2. Calculul îmbinărilor nituite cu o singură secţiune de

forfecare12.3. Îmbinări prin lipire

12.3.1. Caracterizare. Clasificare. Materiale şi tehnologie12.3.2. Elemente de calcul

12.4. Îmbinări prin încleiere

Capitolul 13. Asamblări demontabile

13.1. Asamblări filetate13.1.1. Generalităţi13.1.2. Caracteristicile filetelor13.1.3. Materiale şi metode principale folosite în confecţionarea

pieselor filetate13.1.4. Tipurile de îmbinări cu filet şi piesele pentru fixare13.1.5. Metode de blocare împotriva autodeşurubării 13.1.6. Elemente de cinetostatică

13.1.6.1. Forţele din îmbinarea prin filet13.1.6.2. Momentele de frecare din îmbinarea prin filet13.1.6.3. Randamentul cuplei cinematice şurub – piuliţă

13.1.7. Elemente de calcul ale şuruburilor şi a elementelor filetului în cazul unei solicitări constante

13.1.8. Îmbinarea prin filet încărcată cu o forţă dispusă în planul de separaţie a îmbinării

13.1.9. Solicitări suplimentare din îmbinările prin filet13.1.10. Probleme constructive ale îmbinării prin filet

13.2. Asamblări cu pană şi ştifturi13.2.1. Definiţie. Clasificare. Materiale şi tehnologii

10

13.2.2. Calculul asamblărilor cu pene transversale 13.2.3. Asamblări cu pene paralele (longitudinale) 13.2.4. Asamblări cu pene longitudinale cu strîngere13.2.5. Asamblări cu stifturi

13.2.5.1. Generalităţi13.2.5.2. Elemente de calcul13.2.5.3. Îmbinări cu stift sub acţiunea unui moment

încovoietor13.2.5.4. Îmbinări cu stift montat în poziţie longitudinală

sub acţiunea unui moment de torsiune13.3. Asamblări prin caneluri şi cu profil

13.3.1. Generalităţi. Clasificare13.3.2. Elemente de calcul a îmbinărilor prin canaluri

13.4. Îmbinări prin strîngere elastică13.4.1. Elemente constructive, funcţionale şi tehnologice 13.4.2. Elemente ale metodicii de calcul13.4.3. Estimarea strîngerii necesare13.4.4. Estimarea temperaturii de încălzire sau de subrăcire13.4.5. Calculul rezistenţei şi deformaţiei pieselor13.4.6. Îmbinări prin strîngere cu elemente intermediare-eclise13.4.7.Calculul asamblărilor prin strîngere elastică cu calculatorul

electronic.13.5. Îmbinări prin strîngere pe suprafeţe cilindrice netede sau

zimţate ( îmbinări tip brăţară )13.5.1. Generalităţi13.5.2. Elemente de calcul al asamblării cu brăţară de strîngere cu

capac demontabil13.6. Îmbinarea pieselor de lemn

13.6.1. Definiţii. Clasificări.13.6.2. Îmbinarea pieselor de lemn cu ajutorul buloanelor13.6.3. Îmbinarea unui arbaletrier cu o coardă

B. Transmisii mecanice

Capitolul 14. Consideraţii generale. Clasificare

14.1. Generalităţi14.2. Parametrii principali ai transmisiei mecanice

11

Capitolul 15. Transmisii prin fricţiune

15.1. Generalităţi15.2. Transmisii nereglabile prin fricţiune

15.2.1. Coeficientul de frecare15.2.2. Cinematica transmisiei15.2.3. Transmisia prin fricţiune cu riţi conice 15.2.4. Dispozitiv de strîngere

15.3. Criteriile de calcul ale transmisiei prin frecţiune15.4. Calculul transmisiilor cilindrice după tensiunile de contact15.5. Calculul transmisiei conice prin fricţiune după tensiunile de

contact15.6. Variatoare cu fricţiune

Capitolul 16. Transmisiile cu curea

16.1. Generalităţi16.2. Cinematica transmisiei16.3. Parametrii geometrici ai transmisiei16.4. Eforturile în transmisie16.5.Calculul transmisiilor prin curele trapezoidale cu calculatorul

electronic

Capitolul 17. Mecanismele cu angrenaj pentru transmiterea şi transformarea parametrilor mişcării de rotaţie

17.1. Noţiuni generale17.2. Calităţile transmisiilor cu roţi dinţate17.3. Clasificarea transmisiilor cu roţi dinţate17.4. Elemente din teoria angrenării17.5. Teorema de bază a angrenării17.6. Proprietăţile evolventei 17.7. Angrenajul cu evolventă17.8. Parametrii geometrici ai angrenajului cilindric cu dinţi drepţi17.9. Precizia angrenajului cu roţi dinţate17.10. Randamentul în angrenaj17.11. Tipurile de defectare a dinţilor

12

17.11.1. Ştirbirea17.11.2. Uzura dinţilor17.11.3. Griparea

17.12. Materiale pentru roţile dinţate şi calculul tensiunilor admisibile

Capitolul 18. Calculul angrenajelor cilindrice cu dinţi drepţi la rezistenţă

18.1. Generalităţi18.2. Forţele în angrenaj18.3. Calculul la încovoiere18.4. Calculul dinţilor la rezistenţa de contact18.5. Factorii de sarcină

Capitolul 19. Angrenajul cilindric cu dinţi înclinaţi

19.1. Parametri geometrici ai angrenajului cilindric cu dinţi înclinaţi şi în V.

19.2. Forţele în angrenaj19.3. Calculul rezistenţei angrenajului cilindric cu dinţi înclinaţi şi

în V.19.3.1. Calculul la încovoiere19.3.2. Calculul dinţilor roţilor cilindrice cu dinţii înclinaţi la

presiunea de contact19.3.3. Proiectarea transmisiilor cu calculatorul electronic

Capitolul 20. Angrenajul cu roţi dinţate conice

20.1. Generalităţi20.2. Parametrii geometrici si cinematici ai transmisiilor cu roţi

conice 20.2.1 Parametrii geometrici 20.2.2 Parametrii cinematici20.3. Forţele în angrenajul conic cu dinţi drepţi20.4. Calculul angrenajului conic

20.4.1. Calculul la rezistenţa de contact20.4.2. Calculul la încovoiere

13

Capitolul 21. Transmisiile cu angrenaje M.L.Novicov 21.1. Generalităţi. Calcule geometrice 21.2. Calcule de rezistenţă

Capitolul 22. Angrenaje elicoidale şi hipoide cu axe încrucişate 22.1. Generalităţi. 22.2. Angrenaje elicoidale 22.3. Angrenaje hipoide

Capitolul 23. Transmisii planetare

23.1. Noţiuni generale23.2. Cinematica transmisiilor planetare23.3. Forţele în angrenaj23.4. Calculul de rezistenţă

Capitolul 24. Transmisii armonice

24.1. Generalităţi24.2. Criteriile capacităţii de funcţionare24.3. Elemente de calcul al roţii flexibile a transmisiilor dinţate armonice

Capitolul 25. Transmisii planetare precesionale

25.1. Noţiuni generale, structura, clasificarea şi cinematica transmisiilor precesionale

25.2. Forţele care acţionează în transmisiile precesionale25.3. Elemente de calcul a transmisiilor precesionale25.4. Aspecte de alegerea materialului roţilor

Capitolul 26. Angrenajele cu melc şi roată melcată

26.1. Generalităţi26.2. Parametrii de bază geometrici, cinematici şi energetici26.3. Forţele în angrenaj26.4. Cauzele defectării angrenajelor şi criteriile siguranţei în

exploatare ale acestora

14

26.5. Materialele şi tensiunile admisibile pentru cupla melcată26.6. Calculul angrenajului cu melc şi roata melcată la rezistenţă

26.6.1. Calculul după tensiunile de contact26.6.2. Calculul la încovoiere

26.6.3. Calculul termic, răcirea şi ungerea angrenajelor melcate

Capitolul 27 Transmisii prin lanţ

27.1 Generalităţi27.2 Părţi componente. Materiale

27.2.1. Lanţuri de antrenare27.2.2. Roţi pentru lanţ27.2.3. Materiale folosite la execuţia lanţurilor şi roţilor pentru lanţ

27.3 Caracteristicile de bază ale transmisiilor prin lanţ27.3.1. Pasul27.3.2. Puterea27.3.3. Raportul de transmitere

27.4 Parametrii de bază ai transmisiilor prin lanţ27.4.1. Distanţa dintre axele roţilor pentru lanţ şi lungimea lanţului27.4.2. Forţele în ramurile lanţului şi sarcinile aplicate pe arbori27.4.3. Capacitatea portantă şi alegerea transmisiilor prin lanţ27.4.4. Întinderea şi ungerea lanţurilor. Randamentul transmisiei

PARTEA IV. Arbori şi osii. Lagăre. Cuplaje. Arcuri. Alte organe

Capitolul 28. Arbori şi osii

28.1. Definiţii principale, clasificare28.2. Elemente constructive şi materiale pentru arbori şi osii28.3. Calculul arborilor la rezistenţă şi rigiditate

28.3.1. Noţiuni generale28.3.2. Calculul de proiectare a arborilor28.3.3. Calculul de verificare a arborilor28.3.4. Calculul la rezistenţă statică28.3.5. Calculul arborilor la rigiditate

Capitolul 29. Reazeme pentru osii şi arbori

15

29.1. Generalităţi şi bazele proiectării29.2. Materiale pentru reazime29.3. Criteriile caracteristice siguranţei în exploatare şi ale

calculului lagărelor29.4. Elemente de calcul convenţional pentru fusuri radiale29.5. Funcţionarea lagărelor de alunecare în condiţiile frecării

hidrodinamice29.6. Grosimea filmului de lubrifiant29.7. Ecuaţia lui Reynolds29.8. Lagăr hidrodinamic cu palier lung29.9. Lagăr hidrodinamic cu palier scurt29.10. Lagăr hidrodinamic cu palier de lungime finită29.11. Lagăre hidrodinamice axiale29.12. Lagăre de frecare cu rostogolire. Rulmenţi

29. 12.1. Caracteristica generală. Clasificarea 29. 12.2. Construcţia rulmenţilor 29.12.3. Defectarea rulmenţilor şi materiale pentru execuţia lor 29. 12.4. Alegerea rulmenţilor şi determinarea durabilităţii 29. 12.5. Fixarea rulmenţilor 29. 12.6. Ungerea rulmenţilor şi dispozitive de etanşare 29. 12.7. Montarea şi demontarea rulmenţilor29.13. Calculul lagărelor cu calculatorul electronic

Capitolul 30. Cuplaje (Organe de legătură)

30.1. Noţiuni generale . Clasificarea30.2. Cuplaje fixe30.3. Cuplaje intermitente comandate30.4. Cuplaje intermitente automate

Capitolul 31. Ansamblări elastice şi elemente de acumularea energiei (arcuri)

31.1. Generalităţi31.2. Materiale pentru arcuri31.3. Parametrii arcurilor

16

31.4. Proiectarea şi calculul arcurilor elicoidale cilindrice de tracţiune şi compresiune

31.5. Legarea arcurilor elicoidale31.5.1. Legarea arcurilor elicoidale în paralel31.5.2. Legarea arcurilor elicoidale în serie

31.6. Arcuri cu tensiuni de încovoiere31.7. Arcuri de torsiune cilindrice31.8. Arcuri spirale

Capitolul 32. Dispozitive de ungere

32.1. Generalităţi32.2. Dispozitive de ungere cu lubrifianţi lichizi32.3. Dispozitive de ungere cu lubrifianţi solizi

Capitolul 33. Organe pentru reţinerea, conducerea şi comanda circulaţiei fluidelor

33.1. Noţiuni de bază33.2. Elemente pentru reţinerea fluidelor33.3. Conducte şi tuburi33.4. Armături pentru comandă şi reglarea circulaţiei fluidelor

Bibliografie

17

Prefaţă

Cursul „Mecanisme şi organe de maşini” este de o cultură inginerească generală la care studenţii de la facultăţile cu profil nemecanic însuşesc bazele creării maşinilor.

În partea întîi sunt prezentate principiile proiectării maşinilor şi mecanismelor şi cerinţele faţă de acestea, care funcţionează în diverse condiţii de mediu cît şi la solicitări variabile, staţionare şi nestaţionare.

Partea a doua cuprinde studiul mecanismelor şi maşinilor care studiază structura, cinematica şi dinamica mecanismelor şi maşinilor avînd la bază principiile şi teoremele mecanicii teoretice folosind ca instrumente de investigare analiza matematică şi geometria analitică şi diferenţială.

În partea a treia se studiază tipurile de organe de maşini şi mecanisme ca părţi componente ale mecanismului motor, mecanismului de transmitere şi mecanismului de lucru prin executarea acestora din diferite organe de maşini asamblîndurile între ele formînd asamblările demontabile şi nedemontabile, care formează gîndirea sau judecata tehnică, fapt care contribuie important la pregătirea specialiştilor ingineri intraţi în producţie.Tot aici se studiază mecanismele pentru transmiterea energiei şi transformarea acesteia, adică cu micşorarea sau mărirea vitezelor unghiulare şi cu variaţia corespunzătoare a momentelor de răsucire.

În ultima parte se studiază grupuri foarte importante de organe de maşini specifice pentru diferite grupuri de maşini, instalaţii, sisteme, conducte etc.

Astfel, studiul cursului Mecanisme şi organe de maşini elaborat după această schemă, conţine toate elementele necesare pentru a înţelege şi rezolva probleme de creaţie tehnică. Această lucrare se adresează atît studenţilor, tehnicienilor, cît şi inginerilor cu preocupări în domeniu.

18

Introducere

Din vremurile cele mai îndepărtate, se cunosc realizările activităţii umane folosind legile naturii pentru a-şi asigura o viaţă mai bună. Aceasta se observă în construcţii de mare amploare, instalaţii etc., care au fost concepute şi executate cu mijloace rudimentare, avînd la bază numai practica şi intuiţia proprie a constructorilor din acele timpuri. Ei, la rîndul său nedespunînd de cunoştinţe teoretice corespunzătoare şi nici de date experimentale, utilizau o serie de ipoteze şi reguli empirice transmise din generaţie în generaţie.

Multe din construcţiile vechi, mecanisme şi instalaţii s-au comportat în funcţionare destul de bine la acţiuni exterioare şi au durat pînă în zilele noastre, însă au dimensiuni exagerate şi execuţia lor a necesitat consumuri enorme de materiale şi manoperă.

Secolul trecut va rămîne în istoria omenirii sub numele de „secolul atomic” sau „cucerirea cosmosului”, al automatizării şi robotizării, al electronicii sau inteligenţei artificiale, însă toate acestea nu ar fi fost posibile dacă atenţia nu ar fi fost îndreptată asupra maşinii, care, este şi va rămîne, baza progresului tehnic.

Maşinile pot înlocui în foarte mare măsură munca fizică, intelectuală, chiar unele funcţii fiziologice, contribuind la creşterea productivităţii muncii, şi ca urmare la ridicarea standardului de viaţă.

Maşina se defineşte ca fiind instalaţia formată din subansamble cu mişcare bine determinată, cunoscute sub numele de mecanism, în scopul obţinerii lucrului mecanic util, sau al transformării energiei dintr-o formă în alta.

Ele se împart în următoarele categorii:- maşini motoare (primare, secundare);- maşini transformatoare;- maşini de lucru (prelucrătoare, transportatoare etc.).Maşinile sunt utilizate în cele mai diverse domenii ale activităţii

economice, întrucît de regulă toate bunurile materiale prime, produsele intermediare şi cele finite în procesele de executare, fabricaţie, depozitare, transport, montaj, instalare, desfacere impun multiple operaţii tehnologice. Varietatea domeniilor de utilizare a generat varietatea în concepţia şi construcţia maşinilor atît din punct de vedere funcţional, cît şi din punct de vedere al performanţelor. În prezent există o largă gamă de tipuri de

19

maşini, fiecare fiind adoptat unor anumite categorii de lucrări, tehnologii, iar maşinile de acelaşi tip pot fi executate într-o gamă largă de dimensiuni.

S-a constatat că în orice maşină ca parte componentă, este prezenţa mecanismelor care se definesc ca sisteme mecanice formate din corpuri, materiale rezistente între care există legături mobile şi care sub acţiunea forţelor îşi pot schimba poziţia relativă în raport cu unul dintre ele. Părţile componente ale unui sistem mecanic al unei maşini, mecanism sau ansamblu sunt organele de maşini. Fiecare organ de maşină este un tot unitar ca de exemplu, un arbore, o roată dinţată, şi nu poate fi demontat în părţi elementare mai simple fără distrugere.

Proiectarea, executarea, exploatarea şi întreţinerea sistemelor meca-nice şi maşinilor moderne reclamă un studiu amănunţit şi complet de dezvoltare a tehnologiei materialelor, biologiei, ingineriei genetice, industriei sănătăţii, corelaţiei cu o reducere relativă, a consumului energetic şi de materiale.

Noile tehnologii au ca efect micşorarea de piese componente ale maşinilor, precum şi realizarea unor noi funcţii.

Lucrarea de faţă este structurată în patru părţi. Partea întîi, „Bazele teoriei maşinilor şi mecanismelor”, cuprinde structura, cinematică şi dinamica mecanismelor şi a maşinilor. Ea se bazează pe principiile şi teoremele mecanicii teoretice şi foloseşte ca instrumente de investigare, analiza matematică şi geometria analitică şi diferenţială.

Analiza mecanismului sub aspect structural, cinematic sau dinamic presupune cunoaşterea mecanismelor studiate. Sinteza mecanismelor are drept scop conceperea acestora, astfel încît să se realizeze anumite funcţii de natură geometrică, cinematică sau dinamică prestabilite. Analiza pe lîngă faptul că oferă posibilitatea studierii sub diferite aspecte a unui mecanism sau maşini, existente, se poate constitui şi într-un prim pas de sinteză, spre proiectarea unui nou mecanism, sau unei noi maşini, destinate unui anumit scop.

Această proiectare este o reprezentare convenţională prezentată după trei scheme mecanice: structurală, cinematică, şi constructivă.

Schema structurală constă din reprezentarea convenţională plană a unui mecanism, utilizînd pentru elementele componente simbolizarea prin segmente, triunghiuri sau poligoane, iar pentru legăturile reciproce simbolul cuplelor de rotaţie reale sau echivalente.

Schema cinematică constă în reprezentarea convenţională plană sau spaţială a unui mecanism corespunzător configuraţiilor geometrice reale

20

ale elementelor cinematice componente şi ale cuplelor cinematice existente pentru un anumit sens de mişcare.

Schema constructivă constă din reprezentarea plană sau la perspectivă a mecanismelor şi organelor de maşini în care se evidenţiază formele constructive reale ale elementelor şi cuplelor cinematice componente, avînd în vedere că un element cinematic poate fi format din una sau mai multe piese (organe de maşini), într-un fel sau altul legate între ele. În funcţie de complexitatea schemei constructive, aceasta se realizează, ca schiţă sau desen la scară, în una sau mai multe proiecţii.

În partea a doua obiectul de studiu prezintă organele de maşini de uz general, care cuprinde descrierea acestora, teoria, calculul şi proiectarea lor, ţinînd seama cît mai concret de condiţiile complexe de fabricaţie şi exploatare.

În studierea organelor de maşini de uz general se urmăreşte pe cît posibil, o schemă unitară, care să asigure într-o succesiune potrivită, ansamblul cunoştinţelor necesare pentru studierea lor.

Astfel, la fiecare categorie de organe de maşină se prezintă:- definiţia, rolul funcţional, avantajele, dezavantajele, clasificarea,

domeniile de utilizare şi caracterizarea tehnico-economică;- elemente constructive şi tehnologice (execuţie, materiale,

tehnologie);- tratarea teoretică pentru stabilirea metodelor şi relaţiilor necesare

pentru calculul de dimensionare şi verificare;- elemente de construcţie (variante constructive, întreţinere şi

exploatare).Organele de maşini sunt realizate cu îmbinări nedemontabile,

demontabile şi sunt folosite la transmiterea şi transformarea mişcărilor.Dintre organele folosite pentru îmbinări se menţionează îmbinările

nedemontabile prin sudare, nituire, lipire şi încheere şi cele demontabile.

21

PARTEA I

Calculul pieselor şi ansamblelor de masini, de obicei sunt aproximative, de aceea verificarea experimentală a rezultatelor total alcatuieste o particularitate esentială in formularea problemelor de calcul.Cercetarile experimentale se efectueaza la standuri speciale si în condiţii reale de exploatare aplicînd diferite metode a mecanicii experimentale a masinilor (electrotensometria ,fotoelasticitatea ,holografia etc.).

Cursul de “Organe de Masini” fiind unul din cele de coordonare dar si vechi pentru pregătirea inginerească care se dezvoltă in continuu (perfectează) in urma progresului stiintei si tehnicii (apar noi si noi materiale, tehnologii, piese si ansamble de masini). Datorită calculatorului electronic a crescut precizia şi însemnătatea calculelor, s-a schimbat caracterul proiectării. Procesul de proiectare s-a completat cu o etapă nouă, la care pentru încercarea pieselor si ansamblelor se folosesc modele matematice. Argumentarea economică şi optimizarea au devenit elemente de bază obligatorii la orice proiectare. Se dezvoltă directii noi de proiectare a maşinilor-algoritmizarea construirii şi construirea după registre de specialitate.

Reeşind din acestea, o atenţie deosebită în acest manual este atrasă principiilor generale de alcătuire a calculelor, unitate dintre calculi si proiectare, prevedere a căilor de imbunătăţire a acestora. Pentru obţinerea rezultatelor de calcul finale a pieselor si ansamblelor sunt prezentate date necesare sumare.

Volumul si continutul manualului este determinat de programul de invăţămînt aprobat de Ministerul Educaţiei, iar structura – de metodologia şi scopul functional comun a problemelor abordate.

22

Capitolul I

PROBLEME ALE PROIECTĂRII

MAŞINILOR

1.1. Particularităţile proiectării şi construcţiei pieselor industriei constructoare de maşini

1.1.1. Noţiuni generale şi definiţii

Tendinţa de a înlocui în toate ramurile industriei lucrul manual se elaborează, produc şi se utilizează diferite dispozitive, maşini, aparate şi unelte. Utilizarea unor astfel de dispozitive în activitatea de producere serveşte pentru transformarea energiei, transformarea formei şi direcţiei mişcării, acumularea şi prelucrarea informaţiei.

Organele de lucru ale maşinii efectuează mişcări repetate în timp, care îndeplinesc operaţiile procesului de producere. Dispozitivul care îndeplineşte funcţia de mecanizare a unui proces de producţie se numeşte maşină.

Se deosebesc două grupe de maşini: 1) energetice;2) de lucru, conexînd cele tehnologice, de transportare, de control şi

de dirijare.La rîndul său cele energetice sunt divizate în maşini-motor şi maşini

pentru transformare. Cu primele (cele dintîi), diferite feluri de energie sunt transformate în energie mecanică, iar celelalte (cele din urmă) transformă energia mecanică în alt fel, spre exemplu generatorul electric, sau are loc schimbarea formei energiei mecanice. Motorul în conexiune cu consumatorul energiei mecanice se numeşte maşină-unealtă agregat (utilaj).

Drept maşini utile pot fi calificate maşinile care funcţionează datorită organului motor şi menite pentru a asigura aşa proprietăţi obiectului, care sunt necesare pentru efectuarea proceselor de producere. Maşinile de lucru se folosesc pentru a da o formă necesară piesei, orientarea şi deplasarea ei în spaţiu, uşurarea muncii fizice şi umane a personalului de deservire, dirijarea proceselor tehnologice etc.

23

În legătură cu faptul că procesele tehnologice de producere sunt diverse, sunt enorme şi diverse organele de lucru şi maşinile tehnologice care ocupă locul principal în maşinile de producere.

Pentru asigurarea procesului tehnologic, organul de lucru al maşinii trebuie să îndeplinească o mişcare concretă faţă de suprafaţa care se prelucrează. În unele cazuri (mişcarea simplă) organul de lucru poate avea o legătură directă cu arborele motorului, însă de mai multe ori este nevoie de o mişcare compusă care se efectuează prin reglarea vitezei şi deplasării. De aceea în aşa cazuri felul de mişcare a organului de lucru şi viteza mişcării lui trebuie să se deosebească de viteza şi felul de mişcare a motorului de acţionare.

Prin urmare, organul de lucru trebuie să aibă o mişcare după o traiectorie şi viteză respectivă, sau după legea de variaţie a acestora. Pentru a garanta aceste cerinţe, se utilizează diferite dispozitive numite mecanisme. Mecanismul este o parte componentă a maşinii.

Mecanismul reprezintă un ansamblu de corpuri cinematic unite, menite pentru transformarea felului de mişcare, schimbarea direcţiei şi mărimii vitezei organului de lucru.

La executarea unor procese chimice, electrice etc., necesare pentru căpătarea sau prelucrarea articolelor, materialelor, şi produselor se utilizează diferite dispozitive numite aparate, la care organele de lucru, ca regulă sunt imobile.

Dacă la maşinile tehnologice dirijarea şi verificarea cu procesul tehnologic este efectuată de personal (om), iar operaţiile le înfăptuiesc mecanismele, o astfel de maşină se numeşte maşină semiautomată. Dacă însă mecanismele unei maşini îndeplinesc şi un control inter operaţional a parametrilor procesului tehnologic, reacţionează la abateri şi efectuează corectarea acestor parametri, şi din necesitate întrerupe procesul, aşa maşini se numesc automate.

Sistemele mecanice, bazate pe transformarea şi transmiterea mişcării şi menite pentru măsurarea mărimilor fizice, transmiterea informaţiei, îndeplinirea diferitor funcţii de dirijare şi verificare (control) se numesc dispozitive. La baza funcţionării dispozitivelor de obicei stau principiile mecanicii, electrotehnicii, termo-fizicii, electronicii etc.

24

1.1.2. Specificul (particularităţile) proiectării pieselor

Proiectarea este prima etapă în procesul alcătuirii maşinilor-unelte agregat, maşinilor, mecanismelor, dispozitivelor. La această etapa se stabilesc dimensiunile construcţiei, care vor asigura capacitatea de funcţionare în condiţiile necesare de exploatare.

Proiectarea se efectuează în conformitate cu standardul unic care stabileşte pentru toate ramurile industriei, categorii de articole, etape de întocmire (elaborare), gen (fel) de documentaţie pentru proiectare şi alte cerinţe.

Dintre articolele industriei constructoare de maşini se menţionează maşini, mecanisme , dispozitive care sunt alcătuite din piese şi unităţi asamblate. Se numeşte piesă elementul de construcţie, fabricat dintr-un material omogen, fără aplicarea operaţiilor de asamblare (de exemplu arbore, roată dinţată, şurub, etc. Numim unitate asamblată totalitatea pieselor unite cu ajutorul unor operaţii de asamblare. Unităţile simple formează subansambluri, care la rîndul lor sunt partea componentă a unor subansambluri mai complicate, mecanismelor, maşinilor.

În procesul proiectării pieselor (articolelor) se elaborează documentaţia de proiectare, care include desene de detaliu, desene de asamblare, alte materiale grafice şi de asemenea documente în formă de text, memoriu de calcul care conţine informaţie despre structura şi funcţionarea articolului, produsului finit, conţin informaţia necesară pentru fabricarea, verificarea, exploatarea şi repararea lor. Documentaţia de alcătuire se subdivizează în documentaţie de proiectare şi de lucru. În dependenţă de complexitatea problemelor care cer rezolvarea la proiectare, elaborarea documentaţiei de alcătuire poate fi divizată în cîteva etape: propunere tehnică, schiţă de proiect şi proiect tehnic. La începutul acestor etape se argumentează tehnic raţionalitatea proiectării, adică caracte-risticile principale, funcţionale şi constructive generale tehnico-economice, pe care trebuie să le îndeplinească obiectul proiectat după care se face analiza concepţiilor principale de alcătuire şi se stabileşte soluţia tehnică finală, care se realizează în documentaţia de lucru.

Producţia modernă se caracterizează prin necesitatea trecerii rapide (urgente) la producţia maşinilor tot mai compuse, ce aduce la creşterea considerată a volumelor lucrărilor de alcătuire şi proiectare.

De aceea problema proiectării produselor (pieselor) folosind maşinile de calcul electronice este actuală. Cu acest scop în diferite ramuri ale

25

industriei se creează sisteme de proiectare automatizată (SPrA) pe baza locului automatizat de lucru (LAL), în componenţa cărora sunt incluse programe şi mijloace tehnice.

Sistemele de proiectare automatizată permit inginerului în regim de dialog să pună o problemă maşinii electronice de calcul, să ia decizia optimă, aplicînd la bază rezultatele ei şi de asemenea, din necesitate să atragă atenţia asupra unor elemente ale problemei sau detailarea ei.

Alcătuirea se efectuează în cîteva etape. La prima etapă se verifică argumentarea modelului iniţial, se apreciază influenţa asupra caracteristicii lui a diferitor parametri exteriori.

În etapele următoare hotărîrea tehnică primită se precizează, se efectuează optimizarea şi se elaborează schiţa proiectului produsului (piesei), în continuare, la fel, în regim de dialogare se elaborează documentaţia necesară de lucru, care include desenele pieselor şi unităţilor de asamblare şi de asemenea documentaţia în formă de text. Informaţia primită se înregistrează pe purtător de program pentru a fi utilizată de strunguri cu dirijare programată.

1.1.3. Schema generală de desfăşurare a proiectării organelor de maşini

În baza condiţiilor generale cerute se propune următoarea schemă de desfăşurare a proiectării organelor de maşini:

a) studiul temei de proiectare;b) efectuarea documentării de bază a bibliografiei de specialitate şi a

construcţiilor similare existente;c) elaborarea schemei structurale şi cinematice, a soluţiei

constructive preliminare, cu unele dimensiuni acceptate;d) analiza cinetostatică (sistemul de forţe, variaţia acestora şi schema

de încărcare etc.);e) stabilirea solicitărilor maxime şi a secţiunilor critice;f) alegerea materialului (caracteristicile mecanice) şi tehnologia de

fabricaţie;g) dimensionarea preliminară;h) stabilirea formei şi a dimensiunilor, pe baza calculelor preliminare;i) elaborarea desenelor preliminare;j) efectuarea calculelor de verificare;

26

k) modificarea formei materialului şi dimensiunilor, în baza calculelor de verificare. Dacă modificările sunt semnificative se refac calculele de verificare;

l) se definitizează desenele de execuţie conform normelor standarde.m) se elaborează instrucţiunile tehnice necesare (execuţie, montaj,

exploatare şi întreţinere);n) se efectuază calculele economice şi verificarea finală de ansamblu

a schiţei elaborate, interpretînd critic rezultatele obţinute (dacă satisfac condiţiile tehnico-economice prevăzute în tema de proiectare);

o) elaborarea memoriului de calcul şi a documentaţiei aferente.Pentru metode şi tehnici de proiectare se vor consulta lucrările de

specialitate.Proiectarea, execuţia şi exploatarea unei maşini sunt faze complexe

dar deosebit de importante, care pot fi rezolvate corespunzător, numai dacă inginerii care participă la îndeplinirea lor cunosc şi adoptă soluţii optime pentru fiecare organ de maşină.

În baza schemei generale de desfăşurare a proiectării organelor de maşini se întîlnesc o serie de parametri care pot fi grupaţi în trei categorii şi anume:

parametri de material, dintre care se menţionează caracteristicile mecanice ale materialului; proprietăţile fizico-chimice, costuri etc.;

parametri funcţionali, care concură la satisfacerea capacităţii portante, forţa sau momentul transmis, viteza unghiulară, durabilitatea etc.;

parametri geometrici, care constau în totalitatea dimensiunilor organului de maşină.

Proiectarea asistată de calculator urmăreşte crearea datelor caracteristice produsului proiectat în vederea obţinerii soluţiilor optimizate ca structuri, formă, dimensiuni, materiale etc.

Scopul producţiei este satisfacerea nevoilor materiale şi spirituale ale societăţii. Pentru a răspunde acestui deziderat produsul parcurge traseul producător – utilizator, prin intermediul pieţei. Pe piaţă produsul devine marfă. Marfa se consideră valorificată atunci cînd este vîndută.

O economie raţională trebuie să se bazeze pe studiul pieţei folosind metoda de marcheting.

27

Marchetingul este ştiinţa care pune la dispoziţie modele de corelare a ofertei cu cererea.

1.1.4. Formularea cerinţelor către produsele industriei construc-toare de maşini

La proiectarea, fabricarea şi exploatarea maşinilor, mecanismelor, subansamblelor şi pieselor se înaintează cerinţa faţă de capacitatea de lucru, siguranţă, economicitate, tehnologitate, esteticitate etc.

Capacitatea produsului, ce garantează realizarea funcţiei date se numeşte capacitate de lucru. Siguranţa presupune capacitatea construcţiei de a îndeplini funcţiile în condiţiile necesare de lucru în decursul intervalului de timp necesar.

Economicitatea caracterizează consumul de material la proiectare, fabricare, exploatare şi reparaţie a pieselor şi subansamblelor.

Construcţia articolelor şi elementelor lor trebuie să fie tehnologică, altfel spus trebuie să fie comodă în producere şi exploatare, cu cele mai mici consumări de timp, muncă şi materiale. Tehnologitatea se realizează prin atribuirea unei forme simple a piesei utilizînd metode de prelucrare fără sau cu puţine deşeuri, respectarea standardelor şi unificarea maximală a pieselor.

Aspectul estetic al construcţiei este cerinţa care presupune un exterior frumos al produsului, o formă raţională şi o repartizare individuală a elementelor.

Cel mai important indice al calităţii maşinilor şi mecanismelor este siguranţa de funcţionare, care se determină îmbinînd o mulţime de proprietăţi a produsului. Siguranţa de funcţionare a unei serii de produse în teoria siguranţei de funcţionare se caracterizează printr-un nivel determinat care depinde de numărul de refuzuri de funcţionare. Ca refuz de funcţionare se califică nerespectarea sau încălcarea capacităţii de lucru.

Fie în momentul iniţial de timp au început să funcţioneze N0 articole, iar în momentul de timp al duratei de funcţionare ti în stare bună de funcţionare au rămas Nu(ti.), iar defectate – N(ti.) articole. În decursul următorului interval de timp

ti = ti+1 – ti.,

numărul de refuzuri de funcţionare creşte cu

28

Intensitatea de refuzuri (t) este numită mărimea, egală cu numărul de

refuzuri într-o unitate de timp în raport cu numărul de produse în

stare de funcţionare în intervalul de timp dat.

(1.1)

sau

(1.2)

Graficul tipic al dependenţei intensităţii de refuzuri (t) de timp este reprezentat în ( fig. 0.1.) Timpul duratei de funcţionare este divizat în trei perioade caracteristice: I – perioada de rodaje (este caracterizată cu o intensitate mărită a refuzurilor); II – perioada exploatării normale, (refuzurile poartă un caracter de întîmplare – accident, schimbarea preventivă a pieselor este iraţională); III – perioada uzării intensificate (este necesară schimbarea pieselor uzate după care începe o altă perioadă de rodaj).Perioada de timp a funcţionării articolului este fixată prin tr.

Fig. 0.1

Refuzurile funcţionării provoacă dereglări în capacitatea de lucru a piesei. Criteriile de apreciere ale capacităţii de lucru sunt: rezistenţa,

29

rigiditatea, rezistenţa la uzură, rezistenţa la vibraţii, rezistenţa la temperatură etc.

Rezistenţa este criteriul principal al capacităţii de funcţionare. Cele mai răspîndite metode de estimare a rezistenţei organelor de maşini este compararea tensiunilor de regim (tensiunilor de funcţionare), care îşi iau apariţia la acţiunea sarcinii cu tensiunile admisibile calculate în funcţie de coeficientul de siguranţă. Condiţia de rezistenţă are forma

σ ≤ σa sau

τ ≤ τa,unde: σ şi σa – tensiunile normale, respectiv cele de funcţionare şi

admisibile; τ şi τa – tensiunile tangenţiale respectiv de funcţionare şi admisibile.

Aceste calcule ilustrează demonstrativ siguranţa construcţiilor şi permit să se tragă concluzii cu precizie mai mare.

Calculul de rezistenţă în cazul solicitărilor statistice a organelor de maşini din materiale metalice plastice se efectuează, de obicei, ţinîndu-se seamă de condiţia inexistenţei deformaţiilor plastice generale, adică se asigură coeficientul de siguranţă necesar în raport cu limita de curgere a materialului.

Coeficientul de siguranţă poate fi stabilit pe baza metodei diferenţiale, sub formă de produs al coeficienţilor parţiali, care exprimă:

1) exactitatea determinării solicitărilor şi a tensiunilor prinse în calcul – coeficientul n1 = 1...1,5;

2) omogenitatea proprietăţilor mecanice ale materialelor – coeficientul n2; pentru piesele de oţel din material forjat şi lamenat n2 = 1,2 ... 1,5; pentru piesele de fontă n2 = 1,5 ... 2,5;

3) condiţiile specifice ale siguranţei în funcţionare – coeficientul n3 = 1 ... 1,5.

Coeficientul global de siguranţăn = n1 n2 n3.

În calculele practice de rezistenţă se întîlnesc trei feluri de probleme:- problema de dimensionare;- problema de verificare a tensiunilor;- problema pentru determinarea capacităţii de încărcare.Solicitările dinamice (variabile) sunt caracterizate în primul rînd de

ciclul de variaţie a tensiunilor. În organele de maşini apar următoarele

30

cicluri de variaţie a tensiunilor, care după o primă clasificare se poate face după valoarea şi semnul coeficientului de asimetrie r a acestora:

a) cicluri simetrice, cînd tensiunile extreme sunt egale în valoare absolută şi de sens contrar. Un ciclul simetric este caracterizat prin coeficientul de simetrie r = – 1;

b) cicluri asimetrice, la care tensiunile extreme sunt de valori diferite, putînd avea acelaşi semn sau semne diferite. Aceste cicluri au întotdeauna coeficientul de simetrie r = 1;

c) cicluri oscilante, la care tensiunea variază, păstrînd tot timpul acelaşi semn. Un ciclu oscilant este pozitiv sau negativ după cum tensiunile σmax şi σmin sunt amîndouă pozitive sau amîndouă negative. Un caz important al ciclurilor oscilante îl constituie ciclul pulsator, la care una dintre limitele tensiunilor este nulă. Dacă amplitudinea ciclului oscilant este nulă, apare solicitarea statică (constantă în timp), care poate fi pozitivă sau negativă. Se observă că pentru solicitarea statică amplitudinea tensiunilor este nulă şi coeficientul de asimetrie r = + 1;

d) cicluri alternante, la care limitele σmax şi σmin sunt totdeauna de semn contrar. Cînd aceste au aceeaşi valoare absolută, ciclul este simetric, iar dacă au valori diferite, ciclul este asimetric.

La proiectarea construcţiilor de maşini, unde trebuie să se ţină seama de acţiunile dinamice şi variabile, determinarea coeficientului de siguranţă, respectiv a rezistenţei admisibile, este o operaţie foarte complexă, datorită influenţei pe care o serie întreagă de factori o exercită asupra caracteristicilor fizico-mecanice ale materialului.

Calculul de rezistenţă la solicitări variabile implică în prealabil cunoaşterea formei şi a dimensiunilor piesei, pentru a se putea alege coeficientul de concentrare a tensiunilor, factorul dimensional etc. De aceea, se face mai întîi o dimensionare aproximativă a construcţiei, cu ajutorul formulelor clasice din rezistenţa materialelor, sau prin comparaţie cu alte construcţii similare existente.

Calculul exact la oboseală are rolul să verifice valoarea coeficientului de siguranţă pe baza elementelor obţinute prin aplicarea formulelor de dimensionare aproximative.

Una dintre cele mai generale condiţii la proiectare a maşinii este condiţia de egală rezistenţă. Este evident că nu e necesar să se proiecteze anumite organe de maşini cu coeficienţi de siguranţă excesivi de acoperitori, care oricum, nu pot fi obţinuţi, din cauza deteriorării provocate de distrugerea sau defectarea altor organe.

31

Rigiditatea, adică capacitatea pieselor de a opune rezistenţă la modificarea formei lor sub acţiunea forţelor este unul dintre cele mai importante criterii ale siguranţei în exploatarea maşinilor.

Condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească organele de maşini din punct de vedere al rigidităţii sunt determinate de:

1) condiţiile de rezistenţă al organului în cazul pericolului unui echilibru instabil, precum şi a solicitărilor prin şoc;

2) condiţiile siguranţei în exploatare a organelor împreună cu organele conjugate;

3) condiţiile tehnologice;4) condiţiile de funcţionare satisfăcătoare în general.Condiţiile siguranţei în exploatare a organelor de maşini împreună cu

cele conjugate prezintă cea mai mare impotranţă pentru o serie întreagă de organe de maşini; astfel, de exemplu, rigiditatea arborilor determină funcţionarea satisfăcătoare a organelor, percum şi a angrenajelor cu roţi dinţate, melcate şi a altor transmisii.

Se deosebeşte rigiditatea de volum şi rigiditatea de contact. Calculul rigidităţii de volum sunt cunoscute din cursul de Rezistenţa materialelor; aceste calcule se limitează la deplasările elementare ale particulelor corpului în urma deformării acestuia. Calculele rigidităţii de contact a suprafeţelor conjugate iniţial într – un punct (de exemplu la lagărele cu bile) sau pe o linie (la lagărele cu role) se efectuează conform teoriei tensiunilor şi deformaţiilor presiunii de contact – cu ajutorul teoriei lui Hertz.

Stabilitatea este un criteriu care determină capacitatea de funcţionare a pieselor lungi şi subţiri din materiale elastice care lucrează la compresiune, a plăcilor supuse compresiunii în planul plăcii, membranelor şi tuburilor cu pereţi subţiri. Pierderea de către organele de maşini a stabilităţii se caracterizează prin faptul că sarcina îşi atinge valoarea sa critică, care şi impune schimbarea bruscă a caracterului de deformaţie a organului. Calculul organelor de maşini la stabilitate se efectuează după relaţiile din Rezistenţa materialelor care constă în determinarea forţei critice şi alegerea unui coeficient de siguranţă, astfel încît să fie funcţie de forma şi dimensiunile barei, de felul reazemelor, adică aplicarea legăturilor, de proprietăţile materialului. De menţionat, că în cazul existenţei unei deplasări, solicitarea critică scade considerabil. Reazemele reale ale organelor de maşini nu asigură niciodată o încastrare ideală şi nu sunt articulaţii ideale.

32

Rezistenţa la uzură este un criteriu deosebit de important la aprecierea capacităţii de funcţionare. Pînă nudemult se considera că pentru a proiecta o maşină sau un bun de calitate este necesar ca elementele componente să fie bine dimensionate şi forma acestora să fie aleasă astfel, încît prelucrarea să se poată realiza în condiţii bune. Pentru realizarea unui produs util şi modern, în procesul de proiectare trebuie să se ţină cont de următoarele consideraţii cu caracter tribologic:

a) uzare; b) lubrifiere; c) coroziune; d) forţele de frecare; e) forţele generatoare de căldură.Uzarea organelor de maşini considerabil reduce randamentul, precizia

asamblării, fiabilitatea, durabilitatea şi economicitatea acestora. În cele din urmă duce la creşterea costului de exploatare în legătură cu cererea efectuării verificărilor de stare şi reparaţiilor, ceea ce conduce la gol de producţie şi ca rezultat la reducerea productivităţii maşinii.

Din punct de vedere al mecanismelor care au loc la interfaţa tribosistemelor de contact se disting patru tipuri fundamentale de uzare: adeziunea, abraziunea, oboseala şi coroziunea. Această clasificare a fost introdusă pentru prima dată, de F.T. Barwell (1957) şi este acceptată şi astăzi.

În afară de aceste tipuri fundamentale de uzare se cunosc şi alte forme, derivate sau particulare: deformarea (la rece sau la cald), brinelarea, decolorarea (pătarea) etc. Se subliniază că, în unele situaţii, tipurile fundamentale de uzare pot apărea în forme asociate: adeziune – abraziune, abraziune – coroziune, oboseală – abraziune – coroziune etc.

Uzarea de adeziune (denumită uneori uzare de aderenţă, de frecare sau de contact) se produce atunci cînd forţele de frecare produc smulgeri şi îndepărtări de fragmente metalice.

Pentru două corpuri metalice, contactul se realizează, în zone distincte, prin intermediul asperităţilor. Cînd presiunea de contact depăşeşte duritatea unuia dintre corpuri, se produc atît deformaţii elastice cît şi plastice, iar apropierea dintre atomii fiecărui corp pot da naştere la joncţiuni metalice, care pot constitui veritabile suduri reci sau suduri calde.

Uzarea de abraziune reprezintă un proces de deteriorare a cuplelor de frecare prin microaşchiere realizată de către alt corp. Dacă acest corp provine dintr – o sursă exterioară (praf, lubrifiant contaminat cu impurităţi

33

etc.) sau este generat de o uzură adezivă, procesul este denumit în general, abraziune cu trei corpuri. Dacă corpul abraziv este o asperitate mai dură a unei suprafeţe conjugate sau porţiune activă a unei scule de prelucrare, procesul este numit abraziune cu două corpuri.

Uzura de oboseală reprezintă forma tipică de deteriorare a suprafeţelor de contact (cu rostogolire sau alunecare) prin acţiunea periodică a unor solicitări variabile, cu amplitudini inferioare limitei de elasticitate a materialului. Acest tip de uzare reprezintă un proces complex explicat prin asocierea tensiunilor de contact cu existenţa în materialul solicitat a unor microdefecte (microfisuri provenite din procesul de prelucrare, discontinuităţi structurale: goluri, incluziuni, defecte de turnare etc.).

Se precizează că uzarea prin fenomenul de oboseală, poate avea loc atît în cazul contactelor directe (metal /metal) cît şi în cazul în care acestea sunt separate printr – un film de lubrifiant.

Uzarea de oboseală se poate recunoaşte prin: a) deformaţii plastice (la materiale ductile);b) fisuri, crestături (la materiale fragile); c) ciupituri (gropiţe), exfolieri şi microexfolieri (în contacte EHD, de

exemplu rulmenţi).Uzarea de coroziune reprezintă un proces de deteriorare cu pierderi de

metal, datorită acţiunii agenţilor chimici agresivi existenţi în mediul de lucru (apa, oxigenul, medii chimice acide etc.). Un caz particular de coroziune chimică o reprezintă ruginirea şi se datorează acţiunii mediului atmosferic umed, a apei etc. Coroziunea poate fi întîlnită şi în medii de lubrifiere (uleiuri uzate cu grad ridicat de aciditate) care pot favoriza formarea de microcelule electrolitice. Această formă de coroziune se numeşte coroziune electrochimică sau electrocoroziune.

În funcţie de parametrii mecanici, fizici şi chimici, uzarea corozivă poate evolua diferit.

O formă importantă a uzării prin coroziune o reprezintă coroziunea de fretare (fretting sau fretting corosion), caracteristică contactelor puternic solicitate ale căror suprafeţe execută mişcări relative, oscilatorii, de amplitudine scăzută. Uzarea de coroziune de fretare se întîlneşte la lagăre oscilante, asamblări filetate, arcuri lamelare, caneluri etc.

Cea mai gravă formă a uzurii de adeziune este apariţia gripajului. Gripajul (griparea) se produce, în general, la sarcini mari şi, în lipsa lubrifiantului, provocat de distrugerea sau străpungerea peliculei la

34

temperaturi locale mari, situaţie de exemplu care apare în perioada de rodaj, la suprasarcini sau la viteze mari (gripajul termic). Poate avea loc şi gripajul la temperaturi joase (griparea atermică), caracteristic unor viteze reduse de deplasare şi, contactului unor materiale cu tendinţă de solubilitate reciprocă (antogoniste). Cauza principală a apariţiei gripajului este temperatura, care apare în timpul contactului cu vîrfurile asperităţilor de pe fîşia de contact, totodată producînd procese complexe fizico – mecanice la suprafaţa de frecare a pieselor conjugate.

Prin urmare problema majorării rezistenţei la uzură poate să contribuie efectiv la mărirea durabilităţii şi fiabilităţii maşinilor şi la evitarea unor întreruperi neplanificate, producătoare de însemnate pagube economice, prin utilizarea unor soluţii noi şi găsirea unor condiţii optime.

Acestea depind în primul rînd de alegerea şi utilizarea judicioasă a următoarelor elemente de proiectare: cuple de frecare şi regimuri optime de funcţionare şi ungere; materiale, structuri şi suprafeţe corespunzătoare; lubrifianţi şi aditivi adecvaţi; sisteme de etanşare, filtrare şi ungere eficiente.

Proiectantul trebuie să cunoască de la început tipul cuplei de frecare, care dintre suprafeţe este permanent încărcată şi care este numai periodic, tipurile de uzură specifice organului de maşină respectiv şi condiţiile sale de exploatare .

În exploatare şi întreţinere se cere o permanentă preocupare, pe baze ştiinţifice, privind solicitarea maşinii, îmbunătăţirea ungerii, gospodărirea lubrifianţilor şi analiza riguroasă a eventualelor defecţiuni.

Dintre aspectele de perfecţionare a soluţiilor tehnice şi tehnologice ca fiind de primă importanţă se menţionează: obţinerea condiţiilor de optim tribologic în funcţionarea organelor de maşini privind special alegerea materialelor, alegerea lubrifiantului, organizarea ungerii şi a combaterii uzurii.

O altă problemă este rezistenţa la vibraţii. Prin rezistenţă la vibraţii se înţelege capacitatea construcţiilor de a funcţiona în intervalul necesar de regimuri cu trepidaţii (trepidaţie – vibraţie verticală şi de amplitudine mică, produsă prin funcţionarea unui sistem tehnic sau generată de surse perturbatoare exterioare) inadmisibile. Calculului de rezistenţă la vibraţii de obicei se supun sisteme de elemente de structuri mecanice.

Vibraţiile în structurile mecanice duc la înrăutăţirea caracteristicilor calitative şi cantitative ale funcţionării, generează zgomotul şi provoacă distrugerea elementelor acestora. Cele mai simple calcule ale organelor de

35

maşini, solicitate prin vibraţii, acceleraţiile care au o variaţie periodică, se efectuează cu formule expuse în cursul „Rezistenţa materialelor”, avînd scopul:

a) determinării frecvenţelor oscilaţiilor proprii, pentru a preîntîmpina fenomenul de rezonanţă şi uneori pentru stabilirea cauzelor care provoacă oscilaţiile maşinilor în funcţiune;

b) de a verifica stabilitatea sau amplitudinea oscilaţiilor .Pentru rezolvarea problemelor compuse se foloseşte literatura de

specialitate.Rezistenţa la temperatură – este unul din cel mai important criteriu al

capacităţii de funcţionare. O mare parte din energia cheltuită pentru învingerea frecării se transformă în căldură şi se poate disipa prin conducţie, convecţie sau radiaţie. Contactele se produc numai prin aria reală iar temperatura, respectiv cantitatea de căldură rezultată, depinde de parametrii frecării şi ai suprafeţei de frecare (sarcină, viteză, rogozitate, material, duritate, mediu etc.) iar disiparea căldurii rezultate depinde de mediul ambiant (inclusiv lubrifiant) material, suprafaţa de acoperire, viteza etc.

Spre exemplu, experimentele au arătat (Bowden şi Ridler) că prin frecarea uscată se obţine o creştere a temperaturii cu viteza şi sarcina pînă la atingerea temperaturii de topire a unuia din elementele de bază ale suprafeţei.

Datorită degajării căldurii pot să apară următoarele fenomene dăunătoare pentru funcţionarea maşinilor.

1. Scăderea capacităţii portante a organelor de maşini legată de micşorarea proprietăţilor mecanice ale materialelor, în special a rezistenţei la rupere şi a rezistenţei la oboseală, a distrugerilor cu caracter de fragilitate sub acţiunea sarcinilor constante şi în sfîrşit a fenomenului de fluaj. Fluajul este un ansamblu a fenomenelor de variaţie lentă şi continuă în timp a tensiunilor şi a deformaţiilor permanente care depind şi de temperatură. Fluajul este foarte periculos datorită posibilităţii micşorării jocurilor între organele de maşini rotative sau cu mişcare de deplasare liniară alternativă.

2. Scăderea capacităţii de protecţie a peliculei de separare a suprafeţelor conjugate ce conduce la uzuri mărite sau apariţia fenomenului gripării.

3. În îmbinările mobile deformaţiile termice pot modifica jocul pînă la zero.

36

4. Modificarea proprietăţilor suprafeţelor în frecare, de exemplu scăderea coeficientului de frecare, astfel, ridicînd probleme dificile la proiectarea şi exploatarea frînelor şi ambreiajelor.

5. Scade gradul preciziei, de funcţionare a maşinii datorită deformaţiilor termice. Aceasta se referă la maşinile de precizie, de exemplu la maşinile-unelte de precizie şi celor dotate cu echipament de comandă numerică. Sa constatat că acţiunea termică prezintă o importanţă practică deosebită pentru durabilitatea şi fiabilitatea maşinii, agregatului sau instalaţiei şi de aceea în scopurile reducerii influenţei efectului termic pentru eliminarea deformaţiilor sau a delatărior de natură termică se introduc schimbări constructive care ar influenţa distribuţia fluxului termic, transferul de căldură, modificarea structurii materialului, folosirea sistemului de răcire etc.

1.2. Principii generale în calculele inginereşti

1.2.1. Trasarea modelului de calcul al piesei

Piesele reale ale maşinilor şi mecanismelor dispun de o mulţime de proprietăţi coerente de dimensiunile şi forma piesei, marca şi proprietăţile materialului, condiţiile de încărcare, valorile necesare de siguranţă etc. Descrierea comportării corpului ţinînd cont de diversitatea capacităţilor prezintă o problemă matematică foarte complicată. De aceea, pentru efectuarea calculelor inginereşti problema se simplifică. Corpurile reale se înlocuiesc cu modelul de calcul, sau scheme în care se ia în consideraţie numai careva proprietăţi ale piesei, care acţionează, în modul cel mai esenţial la siguranţa de funcţionare a ei. Celelalte proprietăţi se neglijează, calificîndu-le, ca ne esenţiale.

După caracterul schematizării proprietăţilor obiectelor, modelele de calcul pot fi divizate în patru grupe: 1) modele ale formei geometrice; 2) modele de încărcare; 3) modele ale materialului de construcţie; 4) modele ale stării de limită, în dependenţă de condiţiile de exploatare, comportarea construcţiei şi a pieselor pot reflecta una sau îmbinarea a cîtorva tipuri de modele.

Modele ale formei geometrice. Toate maşinile şi mecanismele, sunt alcătuite din piesele care reprezintă corpuri tridimensionale. Aşa de exemplu, piesa 1 (fig. 0.2, a, d) fiind rigid fixată la un capăt, şi piesa 2,

37

care acţionează asupra piesei 1 cu masa sa F, are forma unui paralelipiped. Caracterul încărcării în secţiunile ale piesei 1 în planele perpendiculare axei z este identic, de aceea, modelul tridimensional a corpului real poate fi înlocuit cu cel bidimensional (fig. 0.2, b, e) sau cu modelul unidimensional (fig. 0.2, c, f). Ultimul caz este acceptabil pentru construcţiile, dimen-siunile căror în direcţia axei x cu mult depăşesc dimensiunile în direcţia axei y.

Fig. 0.2

La modelele de încărcare ca obiecte de schematizare se constituie sarcinile exterioare şi particularităţile aplicării lor. Interacţiunea corpurilor reale are loc întotdeauna prin suprafeţele de contact de diferită extensie. Cu toate acestea, dacă dimensiunile suprafeţei de contact l (fig. 0.2, a) sunt mici în comparaţie cu dimensiunea L, se admite că forma exterioară să fie considerată drept forţă concentrată, aplicată într-un punct (fig. 0.2, e). Dacă însă dimensiunea l1 (fig. 0.2, d) suprafeţei solicitate de sarcini este

38

comensurabil cu dimensiunile corpului, astfel de sarcină se numeşte distribuită iar valoarea ei este caracterizată prin intensitatea sa q (fig. 0.2, f). La solicitarea cu sarcină uniform distribuită q (fig. 0.3, a) se determină cu relaţia

, (0.5)

unde: F – rezultanta sarcinii exterioare; l – lungimea sectorului. Legea variaţiei intensităţii q poate fi arbitrară (fig. 0.3, d), drept caz particular poate fi precăutată variaţia după legea triunghiului (fig. 0.3, b) sau trapezului (fig. 0.3, c).

Sarcinile aplicate pot fi în timp constante şi variabile. Sarcinile variaţia cărora este lentă în raport cu timpul se numesc statice (fig. 0.4, a); în schemele de calcul de obicei sunt considerate constante. Solicitări dinamice, sunt considerate sarcinile cu variaţie rapidă în timp (fig. 0.4, b).

La utilizarea modelelor cu solicitări dinamice este necesar să se ţină cont de asemenea şi de forţele de inerţie, ce acţionează asupra elementelor construcţiei.

Sarcina care în timp îşi modifică sistematic mărimea şi sensul (fig. 0.4, d) se numeşte solicitare ciclică. Se evedenţiază sarcina maxiciclică F1(t) şi miniciclică F2(t) în funcţie de numărul de cicluri în intervalul de timp pentru analizare. Dacă funcţia F(t) (fig. 0.4, b) are un caracter întîmplător, în diferite intervale de timp t, pot fi utilizate una sau cîteva modele de solicitare precăutate mai sus.

Modele a materialului de construcţie. Proprietăţile materialelor reale folosite în construcţia de maşini sunt foarte diverse. Se evidenţiază proprietăţile, legate de structura materialelor şi proprietăţile ce apar în procesul încărcării construcţiei.

Sub acţiunea sarcinii exterioare toate corpurile se deformează, altfel zis îşi schimbă forma şi dimensiunile. Sub acţiunea sarcinii de o valoare mică, corpurile îşi manifestă proprietatea elastică, prin care după descărcare ele revin deplin la starea iniţială.

La majorarea sarcinii, materialele îşi manifestă proprietăţile elastico-plastice, care se exprimă prin aparenţa deformaţiilor elastice şi plastice. Sub acţiunea sarcinilor de o valoare mare, proprietăţile plastice ale materialelor pot fi predominante.

39

Alegerea modelului de calcul a materialului concret depinde de caracterul problemelor abordate. Aşa, la analiza cinematică a maşinilor şi mecanismelor deformabilitatea piesei este neînsemnată, de aceea

Fig. 0.3

Fig. 0.4

40

materialele se consideră ne deformabile şi se foloseşte modelul corpului ideal absolut rigid. Aceasta se explică prin aceea, că în construcţiile reale deformaţiile plastice nu sunt admisibile, însă pentru ridicarea (mărirea) siguranţei de funcţionare într-un şir de construcţii, capacitatea lor de funcţionare trebuie să se păstreze şi la existenta deformaţiilor plastice nu prea mari. În aşa caz se utilizează modelul corpului elastico-plastic.

Modelul corpului plastic se utilizează în procesul prelucrării metalelor prin deformare (prin presare), de exemplu la fabricarea pieselor prin ştanţare, îndoire etc.

Proprietăţile materialelor într-o măsură considerabilă de asemenea depind de macro şi microstructura lor. Particularitatea micro-structurii metalelor constă în aceea, că ele sunt policristaline, mai bine zis sunt formate dintr-o mulţime de cristale, într-un mod sau altul orientate.

Între cristale de mai multe ori sunt amplasate substanţe, capacitatea cărora la rezistenţă diferă de capacitatea însăşi a cristalelor. În afară de aceasta nu sunt amplasate compact, au loc diferite defecte, goluri cum în cristale aşa şi la graniţele dintre e1e. Ca particularităţi ale macrostructurii poate fi referită materia fibroasă a materialului lemnos, hîrtiei şi ale unor mase plastice.

Alegerea modelului, materialului se efectuează conform structurii sale în felul următor. De obicei în calculele la rezistenţă, la analiza deformaţiilor construcţiei şi în alte probleme se foloseşte modelul mediului continuu, omogen şi izotrop (proprietatea uniformă a materialului în orice punct şi direcţie, ne continuitatea lipseşte). Un aşa model este binevenit dacă dimensiunile piesei reale depăşesc vădit dimensiunile elementelor microstructurii şi defectelor lor.

Spre analiza comportării materialelor fibroase, proprietăţile căror sunt diferite în orice direcţie, se utilizează modelul mediului continuu anizotrop.

Cînd comportarea obiectului depinde de caracterul defectelor ce au loc în material, în modelul mediului se includ parametrii de ne continuitate şi defectare a materialului. De exemplu, aşa modele se utilizează în studierea proceselor de creştere a fisurei şi ruperii.

41

1.2.2. Modele convenţionale utilizate în scheme mecanice ale mecanismelor şi organelor de maşini

Aceste reprezentări convenţionale de model sunt cuprinse în GOST-ul 2.703-68; 2.770-68; 2.701-84 „Scheme mecanice - reprezentări convenţionale”.

GOST-ul 2.770-68 se referă la reprezentările convenţionale ale elementelor, legăturilor şi ansamblurilor fixe sau mobile aflate în componenţa organelor de maşini şi a mecanismelor.

Se disting trei tipuri de scheme mecanice: structurale, cinematice şi constructive.

Schema structurală constă din reprezentarea convenţională plană a unui mecanism utilizînd pentru elementele componente simbolizarea prin segmente, triunghiuri sau poligoane, iar pentru legăturile reciproce simbolul cuplelor de rotaţie reale sau echivalente.

Întrucît schema structurală nu evidenţiază caracterul real al mişcării şi nici configuraţia geometrică efectivă a elementelor componente, această schemă se realizează numai ca schiţă.

Schema cinematică constă din reprezentarea convenţională plană sau spaţială a unui mecanism corespunzător configuraţiilor geometrice reale ale elementelor cinematice componente şi ale cuplelor cinematice existente pentru un anumit sens de mişcare.

Evidenţiind caracterul real al mişcărilor efectuate de elementele componente, schema cinematică se poate realiza ca schiţă şi ca desen la scară.

Schema constructivă constă din reprezentarea plană sau în perspectivă a mecanismelor şi organelor de maşini în care se evidenţiază formele constructive reale ale elementelor şi cuplelor cinematice componente, avîndu-se în vedere că un element cinematic poate fi format din una sau mai multe piese (organe de maşini) rigid legate între ele.

În funcţie de complexitatea schemei constructive, acestea se realizează, ca schiţă sau desen la scară, într-una sau mai multe proiecţii.

42

1.3. Elemente de interschimbabilitate în construcţia de maşini

1.3.1. Interschimbabilitate, dimensiuni şi toleranţe

Interschimbabilitate. Mulţimea de proprietăţi independente a pieselor şi subansamblelor care asigură înlocuirea unei piese cu altă piesă la montarea articolului şi schimbarea lor la reparaţia articolului fără lucrări auxiliare se numeşte interschimbabilitate. Articolele asamblate trebuie să corespundă tuturor cerinţelor tehnice înaintate lor.

Interschimbabilitatea poate fi totală. Interschimbabilitatea totală se numeşte capacitatea pieselor şi subansamblelor legate de a se înlocui una cu alta fără ajustare în procesul asamblării şi satisfac complect cerinţele condiţiilor tehnice. Interschimbabilitatea totală se realizează prin precizia înaltă de fabricare a pieselor.

La interschimbabilitatea incompletă, montarea corectă se asigură numai de o parte de piese şi subansamble. Exactitatea de executare este mai joasă, de cît în cazul precedent, în montare se utilizează selectarea grupelor întregi de piese (alegerea selectivă), compensatoare şi alte mijloace tehnologice.

Asigurarea pieselor cu o interschimbabilitate, sistematizare în fabricarea şi exploatarea lor se realizează datorită utilizării pe larg a standardelor, în care sunt expuse cerinţele obligatorii pentru a le respecta în amploarea întreprinderii, ramurii, republicii, statelor, grupului de state. Standardele de acţiune în limita întreprinderii, prescurtat sunt numite SAÎ, ramurii – SAR, pe tot teritoriul republicii STAS (GOST-uri) şi sunt elaborate de Institutul Naţional de Standardizare şi Metrologie (INSM). Pe teritoriul ţărilor membre al uniunii europene sunt folosite prescripţiile unitare internaţionale elaborate de International Standard Organization (ISO).

Dimensiuni. Piesele sunt calitativ apreciate prin parametrii geometrici de formă şi dimensiuni. Dimensiunea nominală este numită dimensiunea de bază, determinată de destinaţia funcţională a piesei şi arătată pe desen. Dimensiunea nominală se obţine prin calcule sau se alege după raţiunea constructivă.

Dimensiunile reale, altfel spus dimensiunile obţinute în rezultatul măsurării directe a piesei, pot numai din întîmplare să coincidă cu cele nominale. Influenţa unui număr mare de factori asupra preciziei de prelucrare în procesul fabricării piesei duce la o eroare de dimensiune şi

43

formă a piesei. Însă montarea corectă poate fi asigurată şi în cazul, dacă piesele îmbinate au o oarecare dispersie a dimensiunilor în raport cu valorile nominale. Abaterea limită raţională a dimensiunilor piesei se determină cu ajutorul sistemului unic de ajustaj şi toleranţă stabilit de standardele GOST 25347-82 şi GOST 25346-82.

Toleranţele. Diferenţa între limitele maximă, şi minimă a dimensiunilor se numeşte toleranţă. În fig. 0.5 ca exemplu sunt arătate găuri (a) şi arbori (b) de formă cilindrică cu valorile nominale şi de limită a diametrelor. Standardul GOST 25346-82 stabileşte următoarea simbolizare: d – dimensiunea nominală, valoare, care rezultă din calcule de rezistenţă, rigiditate etc. ori care este adoptată la proiectare din considerene constructive, estetice etc; dmin , dmax – respectiv dimensiunea limită maximă şi minimă; toleranţa dimensiunii IT = dmax – dmin; abaterea superioară a arborelui es = dmax – d (pentru alezaj ES); abaterea inferioară a arborelui ei= dmin – d (pentru alezaj EI).

Amplasarea cîmpului de toleranţă (domeniul în care pot să se schimbe dimensiunile limite) în raport cu linia nulă se arată schematic. De obicei, linia nulă se amplasează orizontal, cîmpul de toleranţă se arată în formă de dreptunghi, laturile de sus şi jos a cărui coincid respectiv cu limita maximă şi minimă a abaterii. Limita de abatere pozitivă se depune mai sus de linia nulă iar abaterile negative – mai jos de ea.

Caracterul amplasării cîmpului de toleranţă în raport cu linia nulă se notează printr-o literă (sau două litere) a alfabetului latin – cu literă mare pentru alezaj şi cu literă mică pentru arbore (fig. 0.6). În total de standard sunt stabilite cîte 28 de tipuri de aşa cîmpuri de toleranţă pentru alezaj şi pentru arbori.

Mărimea toleranţei caracterizează exactitatea în fabricarea piesei. Dacă din condiţiile de funcţionare normală a articolului este posibilă mărirea toleranţei, cerinţele către exactitatea de prelucrare se micşorează, executarea unei aşa piese se simplifică şi costul ei se micşorează. Pe de altă parte, pentru aceleaşi abateri de la dimensiunile nominale sunt mai complicate în executare decît cele mici. De aceea, cîmpul de toleranţă se stabileşte aparte pentru fiecare interval de dimensiuni standard în care este divizat tot domeniul de dimensiuni.

În fiecare interval valoarea toleranţei se exprimă în unităţi

de toleranţă i, mcm ; aici D, mm – valoarea

44

medie a dimensiunii din intervalul standard. În dependenţă de numărul a unităţi de toleranţă i – în toleranţa IT de standard sunt stabilite 19 trepte de precizie, scrise în ordine de descreştere a exactităţii: 01, 0, 1, 2, ..., 17.

Fig. 0.5Treptele de precizie 01, 0, 1, ..., 4 sunt menite pentru cele

plan-paralele, calibre, instrumente de măsurare etc., în treptele

45

5, ..., 13 se dau toleranţele pentru dimensiunile de asamblare a pieselor, în treptele 14, .., 17 – pentru dimensiunile libere.

Simbolizarea condiţională a cîmpurilor de toleranţă conform GOST-ului 25347-82 constă din litere şi cifre (litera caracterizează poziţia cîmpului în raport cu linia nulă, cifra indică treapta de precizie) de exemplu H8, e7.

Fig. 0.6

Valorile numerice ale limitelor de abatere superioară şi inferioară pentru dimensiunile din intervalele standarde sunt prezentate în tabelele de toleranţe (GOST 25347-82, GOST 25670-83).

Limita abaterilor dimensiunilor liniare pe desen se arată prin următoarele metode:

46

1. Prin valori numerice a limitelor de abatere: se indică dimensiunea nominală, după aceea cu cifre mici sus se indică limita de abatere superioară, jos – limita de abatere nferioară. Abaterile pot avea acelaşi semn sau diferit. Abaterile, egale cu zero nu se indica. De exemplu,

.2. Prin simbolurile condiţionale ale cîmpului de toleranţă:

12e8., 20H7. 3. Concomitent prin indicarea cîmpului de toleranţă cu

simboluri condiţionale şi valori numerice a limitelor de abatere scrise în paranteză:

1.3.2. Ajustajele

La îmbinarea a două piese prin asamblare demontabilă se deosebesc două suprafeţe, una care cuprinde şi alta care este cuprinsă. Indiferent ce fel de suprafaţe sunt cele care cuprind, cilindrice sau plane, este acceptată denumirea de suprafaţă cuprinzătoare – alezaj (gaură), celei cuprinse – arbore.

Caracterul de îmbinare a două piese se numeşte ajustaj. Dacă dimensiunea reală a alezajului (găurii) este mai mare ca dimensiunea arborelui, la îmbinare între ele se formează un joc – egal cu diferenţa pozitivă a dimensiunilor. Dacă dimensiunea alezajului pînă la asamblare este mai mică decît a arborelui, în îmbinare are loc strîngere care poate fi calculată ca diferenţa (negativă) dintre dimensiunile suprafeţilor îmbinate.

Se deosebesc două sisteme de formare a ajustajelor, sistem alezaj unitar şi sistem arbore unitar. În sistemul alezaj unitar limitele abaterilor pentru alezaj în fiecare interval standard de dimensiuni (în limitele treptei de precizie) sunt aceleaşi pentru toate ajustajele. Crearea diferitor ajustaje se efectuează pe calea numirii corespunzătoare a limitelor de abatere a dimensiunilor arborelui. Alezajul în acest sistem este numit principal, iar cîmpul de toleranţă se înseamnă prin litera H cu indicarea treptei respective de exemplu 36 H6. Abaterea inferioară a alezajului principal este egal cu zero, altfel zis cîmpul toleranţei este amplasat „în corpul” piesei cuprinzătoare (fig. 0.7, a). La simbolizarea ajustajelor în sistemul alezaj unitar se arată dimensiunea nominală a îmbinării şi se înseamnă

47

cîmpul de toleranţă la început a alezajului, după aceea a arborelui (se admite îmbinarea cîmpurilor de toleranţă a alezajului şi arborelui de acelaşi sau diferite limitele a treptei de precizie), de exemplu,

În sistemul arbore unitar limitele de abatere ale arborilor sunt aceleaşi (pentru intervalul de dimensiuni şi a treptei de precizie), diferite ajustaje prin schimbarea limitelor de abatere a alezajului formează diferite ajustaje (fig. 0.7, b). Arborele în sistemul arbore unitar se numeşte principal, cîmpul lui de toleranţă se înseamnă prin h. Abaterea superioară a arborelui principal este egală cu zero (corespunde dimensiunii celei mai mari), limita de joc se amplasează „în corpul” arborelui. Cîmpul de toleranţă a arborelui principal se înseamnă spre exemplu, 25h7. Succesiunea în simbolizarea ajustajelor în sistemul arbore unitar este analogică sistemului alezaj unitar, de exemplu, 10F7/h6 sau 10F7/g6 sau 10F7–h6 (aici F 7 – cîmpul de toleranţă a alezajului, h6 – cîmpul de toleranţă a arborelui).

Ambele sisteme sunt egale în drepturi, însă în construcţia de maşini sistemul alezaj unitar şi-a găsit o răspîndire mai largă, deoarece pentru prelucrarea alezajelor este nevoie de un asortiment mai mic de scule pentru aşchiere,

Toate ajustajele sunt divizate în trei grupe, ajustaje cu joc, ajustaje de strîngere, ajustaje de trecere.

Ajustajele cu joc (în fig. 0.7 – cîmpul de toleranţă 1) se utilizează în îmbinări mobile. Către ajustajele cu joc se referă de exemplu,

Ajustajele de strîngere (în fig.0.7 – cîmpul de toleranţă 3) se utilizează în îmbinările fixe, fără fixarea auxiliară a pieselor. Cel mai des se utilizează de exemplu ajustajele următoare:

Ajustajele de trecere (în fig. 0.7 – cîmpul de toleranţă 2) în

dependenţă de dimensiunile reale ale alezajului şi arborelui pot fi obţinute cum de joc aşa şi de strîngere. Ajustajele de frecare se utilizează pentru centrarea îmbinărilor fixe supuse periodic demontării şi montării. Pentru a preveni în aşa îmbinări deplasările relative este nevoie de a utiliza elemente auxiliare pentru fixare – ştifturi, şuruburi, pene etc. Către ajustajele de frecare se referă de exemplu:

48

Fig. 0.7

1.3.3. Toleranţe de formă şi poziţie(executarea formei geometrice a pieselor)

Exactitatea parametrilor geometrici ai pieselor se caracterizează nu numai prin abaterile dimensiunilor, dar şi prin abaterile formei suprafeţelor, abaterile de amplasare a suprafeţelor, de ondularitate, de rogozitate.

Către abaterile de formă a suprafeţelor plane se consideră abaterea de la liniaritate şi abaterea de la planitate.

Prin abaterea de la liniaritate se subînţelege abaterea liniei dreapte a profilului suprafeţei secţiunii examinate obţinută (în direcţia dată) de un plan normal către această suprafaţă (fig. 0.8, a).

49

Abatere de la planitate se numeşte abaterea de la liniaritate în orice direcţie pe o suprafaţă (fig. 0.8, b).

a b

Fig. 0.8Către abaterile suprafeţelor de formă cilindrică se consideră forma de

butoi, forma de şa, de încovoiere, de conicitate, abatere de la circularitate, de ovalitate, abatere poligonală.

Abaterile indicate apreciază forma în secţiunile longitudinală şi transversală (fig. 0.9 – 0.10). Ca mărime a abaterii de formă se consideră diferenţa diametrului maxim şi minim.

Către abaterile amplasării reciproce a suprafeţelor se consideră: pentru plane – abatere de la planetate (fig. 0.11, a) şi neperpendicularitate (fig. 0.11, b); pentru suprafeţele cilindrice – abatere de la coaxilitate (fig. 0.11, c) bătaie radială (fig. 0.11, d), bătaie frontală (fig. 0.11, c) şi de asemenea oblicitatea axelor şi abaterea de la amplasarea axelor care se intersectează şi se încrucişează (fig. 0.11, f – g) etc.

Abaterea formei şi amplasarea suprafeţelor, şi de asemenea regulile de simbolizare pe desen sunt reglamentate de standard (GOST-14642-81; GOST2.308-79).

Pentru a arăta pe desen limitele abaterii de formă şi amplasarea suprafeţelor se întrebuinţează rama dreptunghiulară ajutătoare divizată în două sau trei părţi (fig. 0.12) – în prima parte (din stînga ) se scrie semnul abaterii în concordanţă cu tabelul 3.1, într-a doua se scrie valoarea numerică a abaterii, iar în a treia se scrie simbolizarea bazei sau altei suprafeţe. Bazele se înseamnă cu litere mici sau prin triunghi înnegrit. Sensul liniei de măsurare se arată cu săgeată.

50

a b

c d

Fig. 0.9

a b cFig. 0.10

Ondularitatea şi rogozitatea suprafeţei. Pe suprafeţele pieselor în procesul prelucrării se formează o asperitate, legată de oscilaţiile sculei şi piesei, de defectele muchiei tăietoare şi de alte cauze. Aceste asperităţi au formă de proeminenţe şi goluri care au o repetare periodică.

Către rogozitate se referă proeminenţele la care raportul pasului către proeminenţa asperităţii este mai mică ca 50, iar către ondularitate - de la 50 pînă la 1000.

Parametrii principali pentru aprecierea rogozităţii în concordanţă cu standardul (GOST 25142-82) este înălţimea Rz de asperitate după zece puncte şi media aritmetică de abatere a profilului Ra pe lungimea de bază.

51

a b c

d e

f g h i

Fig. 0.11Rogozitatea suprafeţei influenţează esenţial asupra proprietăţii de

exploatare a piesei (micşorează rezistenţa, rezistenţa la coroziune, rigiditatea piesei, măreşte intensitatea de uzare). De obicei pentru ridicarea exactităţii (micşorarea valorii toleranţei pentru o dimensiune) se micşorează rogozitatea. Însă o legătură directă între valoarea de toleranţă şi de rogozitate nu există.

52

Fig. 0.12Se consideră într-o aproximaţie că parametrul Rz nu trebuie să

depăşească 0,1 ... 0,2 din valoarea toleranţei pentru dimensiunea dată.

a b c d e f

Fig. 0.13

Parametrii de rogozitate se arată pe desen prin simboluri din fig. 0.13. Simbolul arătat în fig. 0.13, a – se utilizează pentru notarea rugozităţii suprafeţelor în care metoda de prelucrare nu este stabilită. În cazul in care, la prelucrare se folosesc metode cu inlăturarea aşchiilor, de exemplu: strungire, frezare, rectificare etc. se utilizează simbolul din fig. 0.13, b. Pentru suprafeţele, obţinute fără înlăturarea unui strat de material obţinute fără înlăturarea aşchiilor (de axemplu, suprafeţele pieselor turnate sau netezite cu o sculă cu rolă) se utilizează simbolul din fig. 0.13, c. Valorile numerice a parametrilor de rogozitate se indică deasupra simbolului, totodată simbolul Rz se indică înaintea valorii numerice (fig. 0.13, d). Dacă rogozitatea se caracterizează prin parametrul Ra , simbolul înaintea valorii numerice nu se indică (fig. 0.13, e). Cînd este necesar se indică şi lungimea de bază (parametrul 0,8 în fig. 0.13, f ).

53

1.3.4 Standardizarea

O importanţă uriaşă în construcţia de maşini, precum şi în general în economia naţională, o are standardizarea. Standardizarea asigură tipizarea producţiei prin întroducerea unor documente normative – standardele, care trebuie respectate în mod obligatoriu.

Standardele pentru organele de maşini stabilesc:a) tipurile, execuţiile şi seriile de dimensiuni ale pieselor şi organelor

de maşini, limitînd numărul lor printr-un minim raţional;b) normele cărora trebuie să le corespundă piesele. Aceste norme reglamentează execuţia constructivă a diferitor

elemente, caracteristicile tehnice şi indicii de calitate, şi asigură interschimbabilitatea pieselor.

Standardizarea organelor de maşini asigură:a) posibilitatea producţiei de masă si de serie mare a pieselor

standardizate; după cum se ştie, volumul de muncă necesar pentru fabricarea pieselor in producţiile de masă şi de serie mare este de citeva ori mai mic decît in producţiile de serie mică si individuală, iar utilizarea metalului este mult mai eficientă datorită deşeurilor in aschii mai mici;

b) posibilitatea utilizării sculelor aşchietoare, de deformare si a aparatelor de măsurat standardizate;

c) uşurinţa inlocuirii la reparaţii a pieselor care sau defectat;d) o economie mare de muncă la proiectare şi inbunătăţirea calităţii

proiectelor. Este greu sa ne imaginăm cantitatea uriaşă de muncă care ar fi

necesară pentru ca la proiectarea fiecărei maşini să se elaboreze in mod separat toate şuruburile, rulmenţii, dispozitivele de ungere şi alte organe, şi asamblări de mult timp standardizate.

In construcţia de maşini standardele cuprind:1) probleme generale : seriile de numere care se refera la dimensiuni

liniare, turaţii etc; conicităţi; reprezentările standardizate si executarea desenelor;

2) materialele, compoziţia lor chimică, proprietăţile mecanice principale şi tratamentele termice;

3) precizia şi calitatea suprafeţei pieselor;4) formele şi dimensiunile celor mai folosite organe de maşini

fabricate in masă – piese de fixare, rulmenţi, lanţuri, curele, cuplaje, dispozitive de ungere etc. ;

54

5) elementele constructive ale majorităţii organelor de maşini – modulul si profilul cremalierei de referinţă a roţilor dinţate, diametrele si lăţimile roţilor de transmisie, imbinările cu caneluri şi cu pene etc. ;

6) seriile parametrilor principali al maşinilor, precum şi indicii de calitate al maşinilor.

Sistemul economiei naţionale a Republicii Moldova oferă posibilităţi nelimitate pentru standardizare. In constructia de masini din republică se folosesc standardele cum din Federaţia Rusă aşa şi ale Uniunii Europene, norme pe ramuri, precum şi normele uzinale. In Republica Moldova standardele sunt elaborate de Departamentul de Stat de Standardizare şi Certificare.

Standardele sunt elaborate pentru toate ramurile economiei naţionale; pe masura necesităţii, ele cuprind piesele in limitele unui interval larg de dimensiuni, o mare cantitate de mărci de materiale etc.

In limitele fiecarei ramuri constructoare de maşini şi in special in limitele unei uzine, este rational din punct de vedere economic sa ne limităm la o nomenclatură mult mai mică, care se reglamentează prin norme uzinale şi de ramură.

Afară de aceasta, in cadrul fiecărei ramuri constructoare de maşini există multe organe de maşini şi mecanisme comune, folosite la diferite maşini, dar care nu au utilizare la maşinile din alte ramuri ale construcţiei de maşini. Aceste piese sunt reglamentate in normele de ramură şi uzinale.

Ideile de standardizare şi de normalizare trebuie să fie aplicate in lucrarile tuturor serviciilor de proiectări. Maşinile se vor proiecta ţinîndu-se seamă de posibilitatea unificării ansamblurilor şi pieselor cu alte maşini care au dimensiuni apropiate şi se aseamănă din punct de vedere constructiv.

Experienţa industriei constructoare de maşini a arătat eficacitatea foarte mare a sistemului de agregatizare a maşinilor, adică executarea maşinilor prin ansamblarea lor din diferite ansamblări – agregate normalizate.

Agregatizarea se foloseşte în special pentru maşinile produse individual sau in serie mică şi face posibilă fabricarea in serie a agregatelor şi prin aceasta – ieftenirea considerabilă şi accelerarea fabricării maşinilor.

Avantajul economic uriaş al producţiei de masă şi de serie mare în comparaţie cu producţia de serie mică şi individuală impune proiectanţilor, în toate cazurile, folosirea la maşinile proiectate a unor agregate sau chiar a unor organe de maşini care au fost deja fabricate în masă.

55