CAPITOLUL I

Consideratii generale

1.1 Caracterizarea solutiei constructive

Schema cinematica la Presa cu doua coloane: Surubul principal 1 executa atat miscare de rotatie cat si de translatie.Piulita 2 este fixata in corpul 3. Pentru evitarea miscarilor relative intre sarcina de ridicat si cupla 4 aceasta trebuie sa se roteasca liber pe capul surubului1, deci intre cupla si surub ezista un lagar axial care poate fi de alunecare sau de rostogolire( rulment axial). Utilizarea rulmentului este avantajoasa in specila pentru ridicarea sarcinilor mari, cand se obti reduceri inseminate ale momentului de frecare rezistent dintre cupla si surub.

Caracterizarea transmisiei surub piulita

Transmisia surub piulita, alcatuita dintr-un surub si o piulita aflate in miscare relative in timpul functionarii, realizeaza transmiterea si transformarea miscarii si a fortei.Cu aceste functii transmisia surub piulita se intalneste frecvent in constructia unor masini simple cum sunt cricurile si presele manuale, in constructia masinilor unelte , a unor dispozitive de lucr, a unor aparate de masura.

Avantajele folosirii transmisiei surub-piulita sunt: constructia si executia relativ simpla, precizia buna, functionarea fara zgomot , gabarit redus, posibilitatea transmiterii unor forte relative mari. Dezavantajul principal al acestei transmisii il constituie existenta unor frecari importante in spirele filetelor, care determina randamente mici, uzuri mari ce conduc in timp la jocuri mari si in consecinta viteze de lucru limitate. Acest neajuns este in parte eliminate de transmisia cu bile ( suruburile cu bile) la cer frecarea de alunecare este inlocuita cu frecarea de rostogolire.

CAPITOLUL II

1

Dimensionarea, proiectarea si verificarea surubului

2.1 Precizarea solicitarilor si formelor de deteriorare Pentru a pune in evidenta tipul solicitarilor care se produc, se construiesc diagramele de eforturi. F1 F4- forte axiale M14,M12,M23- momente M21- momentul de insurubare Mtot- moment de actionare Dimensiunile cuplei surub-piulita , deci, ale celor doua filete in contact, sunt determinate pentru: rezistenta corpului (tijei) surubului la solicitarile compuse si la flambaj, pentru ca diametrul corpului surubului este egal cu diametrul interior al filetului acestuia. Rezistenta spirelor filetului si al piulitei este foarte importanta in determinarea dimensiunilor cuplei surub- piulita (deci a celor doua filete in contact0. Spirele se pot distruge prin uzare sau prin rupere. Hotarator pentru tipul si intensitatea uzurii sunt tensiunile de contact dintre spire. Ruperea acestora poate avea loc datorita solicitarilor de incovoiere si forfecare la piciorul filetului.

2.2 Alegerea materialelor pentru cupla surub piulita

Pentru realizarea surubului s-a ales OL 50.Otelurile constituie baza constructiei multor elemente mecanice. Sub dimensiunile minime ale elementului mechanic considerat, se pot transmite forte mari la viteze mari, in comparative cu alte materiale. De altfel, otelurile se mai caracterizeaza si printr-o rezistenta mare, plasticitate ridicata -spre deosebire de fonte- si printr-o capacitate crescuta de a se putea supune tratamentelor termice sau termochimice.

Pentru realizarea piulitei s-a ales fonta cenusie cu grafit lamelar FcA1. A fost ales acest material deoarece prezinta o rezistenta mare la uzura si o capacitate mare de a retine uleiul in vederea asigurarii unei ungeri bune.Durabilitatea suprafetelor de frecare este cu

Materialul STAS Simbol Tratament termic Caracteristici mecanice[N/mm2]

Limita de curgereRp (c)

Rezistenta la ruperela tractiune Rm(r)

Oteluri de uz general

500/2-80 OL50 ___________ 270290 490610

2

atat mai mare cu cat stuctura fontei este mai apropiata de cea perlitica. Grafitul sub forma lamelara confera bune proprietati antifrictiune.

Grupa Marca fontei Pres.de contactP [N/mm2]

Viteza perifericaV [m/s]

ProdusulPv [Nm/mm2s]

Durificarea Brinell HB

Fonta cenusie cu grafit lamelar

FCA1 2,5 5,0 10,0 180260 9,0 0,2 1,8

Marca fontei Diam.probei brut

turnate d [mm]Resist.la tractiuneRm [N/mm2]

Resist.la incovoiereRi [N/mm2]

Duritatea BrinellHB

FC250

13 320 ______ 180240

20 270 450 30 250 410 45 210 380

Se considera FCA1~FC250

2.3 Alegerea si predimensionarea filetului

Rolul filetului poate fi acela de element de asamblare, element de miscare ce transforma miscarea de rotatie in miscare de translatie, element de reglaj al pozitiei pieselor si acela de sistem de masurare. Avantajele filetului sunt: -gabaritul redus,fortele mari de asamblare , la o strangere relative mica a piulitei , insurubarea se poate opri in orice pozitie si se pot realize forte de strangere relgabile.Datorita inaltimii relative mici a profilului filetului, solicitarile din tija sunt relative reduse. Din punct de vedere al prelucrabilitatii filetului,se realizeaza usor procesul de productie putandu-se automatiza. Pe langa avantaje filetul prezinta si unele dezavantaje cum ar fi: filetul constituie un puternic concentrator detensiuni, filetul nu cedeaza-exista jocuri pe flancuri. In cazul solicitarilor variabile, asamblarile filetate trebuie asigurate contra desfacerii accidentale. Uzura mare a flancurilor poate conduce la aparitia unor erori in pozitionarea reciproca a pieselor. Pentru ciclu simplu de realizat s-a ales un filet trapezoidal deoarece are o buna rezistenta si rigiditare .Randamentul acestui filet cu cca 4%...5% mai mic decat cel al filetului patrat , permite eliminarea jocului axial rezultat in urma uzurii. Prin utilizarea unei piulite sectionate, in ambele sensuri. Predimensionarea la solicitarea compusa se face la compresiune(la tractiune) pe baza unei forte de calcul. FC= Fi = N390030003,1 = unde F=3000 N ; H=250 mm

3

unde: Fi: forta care actioneaza asupra surubului principal : coefficient ce tine seama de simultaneitatea solicitarii la tractiune, compresiune, torsiune. (=1,11,3)

act A

F ==

; 4

23dA = pi 1005

500,

,===

cr

crac c

act dF

pi

=

= 234

4 046.710014,3

3,13000443 =

=

=ac

Fdpi

1005500

,

,===

cr

crac c

MPa

unde: d3- diametrul filetului interior ac- tensiunea admisibila la compresiune ( tractiune) r,c-limita de rupere, curgere cr,c- coefficient de siguranta fata de curgere (rupere) ; se considera cr,c=35

In urma determinarilor facute si conform STAS 2114/3-75 rezulta dimensiunile nominale ale filetului: Tr 10x2

Diam.nominal al filetului , d Pasul p

Diam.nominalmediu d2=D2

Diam.nominalexterior al filetului int.D4

Diametrul nominal interior

Sirul 1 Sirul 2

al filetului exterior d3

al filetului interior D1

10

1.5 |2|

92509000

1030010500

82007500

85008000

2.4 Verificarea conditiei de autofranare

Asigurarea autofranarii apare ca cerinta in majoritatea constructiilor cu suruburi de miscare.La sistemele actionate manual este preferabil ca autofranarea sa se realizeze direct de catre filet .La actionarile mecanice, unde probleme randamentului se pune mai acut, conditia de eutofranare se sacrifice in favoarea obtinerii unui randament mai bun. In aceste situatii se folosesc sistemele suplimentare pentru blocare.

4

Filetele asigura autofranarea atunci cand unghiul de inclinare a filetului, 2, este mai mic decat unghiul de frecare redus .

'2

oarctgdparctg

dptg 495.4

92

22

22 =

=

==

=

pipi

pi

o

oarctgarctgtg 91,515cos1,0

2cos

2cos

======

unde: - unghiul profilului filetului ; in cazul filetului trapezoidal =30o - coefficient de frecare ce depinde de cuplul de materiale, de calitatea si starea de ungere a suprafetelor. =0,10,15 De regula filetele cu un singur inceput asigura autofranarea .In caz contrar fie se micsoreaza pasul, la acelas diametru nominal d, fie se mareste diametrul nominal mentinand acelas pas.

2.5 Verificarea la flambaj Suruburile lungi solicitate la compresiune, sunt in pericol de a se flamba. Dimensiunile filetului, calculate la punctual anterior, trebuie sa asigure o siguranta suficienta si fata de flambaj. Pentru realizarea acestei verificari la flambaj se parcurg urmatoarele etape:1. se stabileste felul rezemarii: pentru sistemele cu un surb se poate lua acoperitor L=(1,351,45)H; 5.33725045,1 ==L unde: H- reprezinta cursa de realizat

2. se calculeaza coeficientul de zveltete si se determina tipul flambajului

90875.125035,15.0

875.15.0

min

=

=

==

Lil f

875.145.7

44

643

23

43min

min ===

==

dd

dA

Iipi

pi

unde: lf- lungimea de flambaj imin- raza de inertie minima

pentru un calcul acoperitor se pot lua: 4

23dA = pi ;

64

43

mind

I

=

pi

5

3. se compara cu valorile limita, o. Pentru OL50- o=89 daca < o - flambajul este plastic > o -flambajul este elastic

In urma calculelor effectuate a rezultat > o- flambaj elastic.

4. Se calculeaza coeficientul de siguranta la flambaj

faf

f CFF

C =

58,3==FF

C ff

NLIE

Ff

f 68.107652min

2

=

=

pi

unde: Ff- forta critica de flambaj Cfa- coefficient de siguranta admisibila. Se considera Cfa=35

In urma determinarilor rezulta rezistenta la flambaj a surubului studiat.

2.6 Determinarea numarului de spire in contact

Numarul minim de spire necesare a fi in permanenta in contact, Z, se va determina din conditia de rezistenta la uzare. In actionarile cu viteze mici, principalul parametru care determina intensitatea uzurii si implicit durabilitatea, sunt tensiunile de contact intre spire. In ipoteze repartizarii uniforme a sarcinii pe spire si neglijand unghiul de inclinare a spirei, numarul de spire necesar rezulta din relatia:

( ) ( ) spireDdFZ

as

816.813810

300044222

12 =

=

=

pipi

Valorile presiunii admisibile de strivire intre spire :

Cuplu de materiale Presiunea admisibila as MPa Otel pe fonta Otel pe otel Otel pe bronz Otel pe fonta antifrictiune

515 510 (15) 715 (20) 1015 (20)

Pentru piesa studiata valorile pentru o cupla de frecare au conditiile cinematice de functionare :otel pe fonta antifrictiune unsa cu unsoare consistenta , valorile :

6

MPaas 13=

2.7 Estimarea randamentului cuplei surub-piulita

Randamentul transmisiei surb piulita , in afara de unghiul de inclinare al elicei 2 si coeficientul de frecare , depinde foarte mult si de unghiul de profil al filetului . Cu cat unghiul este mai mic , cu atat randamentul filetului creste .

Valori mai mari ala lui 2 peste 20o nu se pot realiza tehnologic . Solutia clasica de crestere a randamentului filetelor de miscare este aceea de a inlocui cupla filetata clasica cu o cupla de frecare de rostogolire carcteristica suruburilor cu bile .

428,0)91,5495.4(

495.4)( 2

2=

+=

+=

tgtg

tgtg

83,815cos15,0

2cos

=== oarctgarctg

Pentru calculul lui Mt1 se va folosi caculat cu valoarea maxima a lui .

NmmtgtgdFM t 48.3197)495.483,8(293000)(

2 22

1 =+=+=

Mt1- moment de torsiune in corpul surubului

Deoarece dimensiunile filetului determina dimensiunile altor elemente ale sistemului , este util sa se efectueze si o verificare la solicitare compusa a portiunii filetate a surubului( de obicei sectiunea periculoasa , avand diametru cel mai mic ). De regula solicitarea de compresiune (tractiune ) cu forta F, si rasucire cu momentul de insurubare Mt1.

-pentru torsiune : MPadF

ef 9.675.714,3300044

223

=

=

=

pi

-pentru rasucire: MPadM t

ef 6.385.714,31648.31971633

3

1=

=

=

pi

acefefech +=22 4

MPaech 81,1026.3849.6722

=+=

MPaCc

cac 1455,1

290===

In urma calculelor efectuate rezulta ca ech ac deci acest cric a fost verificat.

2.8 Proiectarea celui de-al doilea reazem

7

Pentru cricul studiat s-a ales un rulment axial.Utilizarea rulmentului poate conduce la chetuieli suplimentare (materiale ,

manopera), dar prezinta avantajul unor momente de frecare de cel putin 10 ori mai mici decat lagarul de alunecare. Totodata durabilitatea unui asemenea lagar este mult mai mare . Rulmentul se va folosi ori de cate ori momentele de frecare mari conduc la sisteme de actionare ancombrante sau atunci cand actionarea este frecventa si se doresc momente de actionare mici pentru micsorarea efortului uman .

Sistemul de actionare montat pe capul surubului poate impune o serie de restrictii in proiectarea rulmentului axial . De exemplu , parghia cu clichet trebuie sa treaca peste capul surubului .

Indiferent de tipul reazemului ales trebuie avuta grija ca dimensiunile surubului sa permita insurubarea in piulita pe unul din capete .

Capacitatea statica de incarcare ,Co, trebuie sa fie la rulmentu axial cu bile , cel putin egala cu sarcina de preluat de catre surub

Estimarea momentului de frecare din rulment se face cu relatia :

5.4122

5.27300001,0241

====m

fdFMM

unde dm : mmDdd rrm 5.272

35202

=

+=

+=

=0,0080,01conform STAS 3921-80 pentru forta de 29500 N - Dr=35 mm si dr=20mm

rulment 51102.

CAPITOLUL III

Dimensionarea,proiectarea si verificarea piulitei

3.1.1 Definirea numarului de spire

Numarul de spire necesare a fi in contact intre surub si piulita , rezulta din calculele efectuate la punctul 2.6 si este :

( ) spireDdFZ

as

816.84 21

2 =

=

pi

Inaltimea piulitei se calculeaza dupa formula :

8

mmfpzH p 204282 =+=+=Hphg )25,02,0( = == 2025,0gh 5mm

unde : f2 inaltimea degajarii filetului surubului . Se considera constructive f2=4 mm .

z- numarul de spire in contact p-pasul filetului

3.1.2 Dimensionarea piulitei

Piulita este plasata in fulxul de forta intre surub si corpul ansmblului .Astfel , piulita preia sarcina de la surub prin intermediul spirelor filetului si o transmite corpului ansmblului . Este posibila si situatia inverse cand sarcina este preluata de piulita si transmisa apoi surubului .

Corpul piulitei este solicitat la tractiune F2=F1=F si la rasucire M12=M21 conform diagramelor de eforturi din capitolul I. Din aceasta solicitare se va determina diametru exterior al corpului De.

ac

ce

FDDA

pi== )(

424

2min

390030003,1 === FFc

ac

ce

FDD

pi= )(

424

2 =>

mmDF

DDF

Dac

ce

ac

ce 15104014,3

3900444)4

( 224242

=+

=+

== >

+=pipi

pi

Pentru bronz sau fonta : MPaCrcrc

ac 405200

===

Crc=56Diametrul gulerului , inaltimea gulerului piulitei se determina cu relatia :

mmhHhmmDDD

gpg

geg

52025,0)25,02,0(

5.22155,1)5,13,1(

===>=

===>=

9

CAPITOLUL IV

Proiectarea Sistemului de actionare

4.1 Proiectarea rotii de clichet si a clichetului

Pentru sistemul in discutie actionarea se face , de regula, prin elemental care executa miscarea de rotatie. Aceasta actionare poate fi privita ca o introducere de energie in sistem- energie necesara invingerii rezistentei din cupla sirub-piulita si in cel de-al doilea reazem. Corespunzator acestor rezistentee , in diagramele de eforturi, s-a folosit pentru momentul rezistent total notatia Mtot. In principiu, dispozitivul cu clichet permite actionarea pe o singura perte, prin miscari alternante la care o cursa este activa si alta este pasiva.In cursa activaclichetul impinge in didntele rotii de clichet care antreneaza surubul sau piulita.Roata de clichet este plasata in fluxul de forta intre clichet si elemental final de antrenat- surubul sau piulita. Indiferent de tipul solutiei adoptate in zona asamblarii cu surubul( piulita), roata de clichet este solicitata la strivire. Dintii rotii de clichet sunt solicitati la strivire, si forfecare. Roata de clichet se va fabrica din OL50.

4.2 Asamblarea dintre roata de clichet si elementul conjugat

Asamblarea cu pana paralela

Se va alege tipul asamblarii; cel mai frecvent fiind folosite asamblarile cu pana paralela prin profile poligonale. Pentru inceput se stabileste diametrul D la care are loc asamblarea. Daca roata de clichet este montata pe surubul principal D poate fie gal cu DC precizat la proiectarea celui de-al doilea reazem.S-a ales constructiv: D=DC=36 In functie de acest D se aleg din standard dimensiunile in sectiune transversala ale penei si canalului. A 4x4x8 unde : b=4; h=4; l=8

10

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

02,1036104361044

=

=

=

as

totcp Dh

Ml

unde: Mtot= Mt1+Mf=3197.48+412.5=3609.983610 h: inaltimea penei materialul ales pentru pana este OL60 => as= (80120) Se estimeaza latimea minima necesara pentru roata de clichet, in zona de asamblare cu surubul sau piulita. Pentru penele de forma A se poate folosi , atunci cand gabaritul axial nu rezulta prea mare lp=lcp+b=10,02+10=20,02 20 unde: lp- lungimea penei lcp- lunginmea de calcul necesara penei Precizarea elementelor rotii in zona de contact clichet roata de clichet

Pentru roata de clichet se pot alege profile drepunghiulare sau triunghiulare. Se recomanda profilul dreptunghiular cu dinti avand flancuri paralele. Profilul dreptunghiular permite o inversare mai rapide 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 alege diametrul interior al danturii Di. Aceste va trebui sa fie sufficient de mare pentru a cuprinde asamblarea roata surub si mpentru a asigura rezistenta corpului rotii. Pentru asamblarii cu pana:

55,1 = DDi Se alege Z numarul de dinti ai rotii. Se recomanda Z=9 dinti

pentru Dm70 mm se poate lua Z=10. Diametrul mediu al danturii Dm nu se cunoaste inca. Daca este nevoie , se revine asupra primei alegeri facute.

Se calculeaza diametrul De, in ipoteza unor dinti cu inaltimea : h=0,25pe

unde : pe- pasul pe cercul exterior

1966.18

814,35,01

15

5,01

5,025,02

=

=

=

= >

+=+=+=

Z

DD

ZDDpDhDD

ie

eieiie

pi

pi

172

=

+=

iem

DDD

11

Se calculeaza acum inaltimea h si latimea b ale penei. b=0,4pe functie de valorile finale ale diametrelor Di, De si Z

mmDDh ie 2

21519

2=

=

=

398.28

1914,34,04,04,0 ==

==

ZDpb ee

pi

Pasul arcului : 9,11,0541 =++=++= j

nfdt n

dj = 1,0 , jocul dintre spire in stare incarcata Inaltimea arcului in stare libera: ( ) ( ) 1,915,0249,15,00 =+=+= dnntH r Inaltimea arcului in stare montata: 1,631,910 === fHH n Diametrul exterior al arcului: 11110 =+=+= dDD mi

Unghiul de inclinare a spirelor: 46,31014,39,1

0 =

=

= arctgDtarctg

mpi

Lungimea sarmei : 3,19099,061014,3

cos 0=

=

=

pi tm nDl

Impingatorul poate avea o forma cilindrica cu tesituri pe doua laturi.Ajustajul dintre impingator si manivela trebuie sa fie cu joc ( el se va unge)

4.3 Proiectarea manivelei Manivela sustine roata de clichet , clichetul, boltul si impingatorul cu arc. Forma si dimensiunile manivelei sunt determinate de conditiile tehnologice( executie si montaj) si de solcitarile mecanice care apar. Pentru inceput trebuie determinate raza, Ra, la care trebuie aplicata forta muncitorului :

11.40903610

===

m

tota F

MR

NFm )150100( =

Se stabilesc constructiv pe desen celelalte dimensiuni.Se justifica acest mod de lucru intrucat un mare numar de cote sunt impuse de dimensiunile elementelor deja proiectate. Manivela poate fi dintr-o singura bucata sau cu un prelungitor montat intr-un alezaj cilindric. Varianta manivelei dintr-o bucata nu este tehnologica. Se prelucreaza mai greu suprafetele interioare de rezemare pentru roata de clichet.

12

CAPITOLUL V

Proiectarea corpului

5.1 Alegerea materialului

Reguli generale

1. Forma si dimensiunile corpului trebuie sa rspunda cerintelor formulate in tema proiectului ( sa indeplineasca rolul functional)

2. Forma si dimensiunile corpului trebuie sa asigure o buna siguranta de functionare din punct de vedere al tuturor solicitarilor care se pun in evidenta

3. Forma si dimensiunile corpului sunt determinate si detrmina la randul lor procedee tehnologice care se vor, sau trebuie sa fie folosite. Tehnologia de fabricatie determina in mod semnificativ costul produsului si din acest motiv trebuie corelata cu seria de fabricatie

4. Forma si dimensiunile corpului trebuie sa asigure posibilitatea transportului.

5. Forma si dimensiunile corpului trebuie sa asigure o manevrare usoara si sa corespunda normelor de protectie a muncii.

6. Forma si dimensiunile corpului, ca de altfel a intregului ansamblu trebuie sa fie placuta privirii, deci sa indeplineasca si conditia de estetica.

Corpul acestui cric se afla in fluxul de forta intre piulita fixa si suprafata de asezare a cricului. Pe langa aceasta functie , corpul cricului include si sistemul de blocare a piulitei.

Zona de prelucrare a sarcinii de la piulita a fost proiectata.

In mare parte sistemul de blocare a rotirii piulitei sau surubului este de asemenea concretizat.

Pentrul corpul studiat s-a ales ca procedeu de realizare turnarea. Corpurile turnate vor avea o mina conicitate. Pentru cursa de 250mm conicitatea va fi de 1:10 cu un unghi de inclinare de

o6

13

Inaltimea corpului trebuie sa fie atat de mare incat in pozitia limita inferioara a surubului sa se realizeze inaltimea minima sub sarcina precizata in tema proiectului .

Pentru stabilirea diametrului inferior al bazei de asezare se iau in vedere urmatoarele recomandari :

Pentru corpurile turnate plecand de la De se determina Din mmmmDD ein 291019)105( =+=+=

Comsiderand conicitatea recomandata se determina Dbin.Diametrul exterior al bazei Dbe , se determina din

solicitarea de contact : = >== )(422bibe

asnec DD

FA pi

pi

pi

as

biasbe

DFD

24 +=

Pentru sistemele de evitare a rotirii piulitei intrepiulita si corp se recomanda urmatorul ajustaj :

Pentru De = 32 - 50 H7/k6

CAPITOLUL VI

Evaluarea randamentului sistemului tehnic

In proiectarea unei masini simple de tipul unui ric, a unei prese sau a unui dispozitiv de lucru similar, randamentul constituie un criteriu de evaluare ethnic-economica.

Conform definitiei cunoscute :

%6666,03.22682

15000= >===

c

u

LL

Lu- lucru mecanic util, corespunzator unei rotatii complete a elementului de antrenare si este dat de deplasarea sarcinii F pe o distanta 1500053000 === FLu Deoarece cricul studiat prezinta doar o singura cupla surub-piulita orientate pe directia deplasarii sarcinii se considera p= p- pasul filetului. Lc- lucru mechanic consumat , corespunzator unei rotatii complete a elementului de antrenare se estimeaza pe baza momentului total, Mtot, din diagramele de eforturi. 3.2268214,3236102 === pitotc ML

14