1. NOŢIUNI ŞI DEFINIŢII FUNDAMENTALE

În cazul cel mai general instalaţia tehnică este alcătuită din maşina motoare – MM şi maşina de lucru – ML. Legătura dintre acestea, cât şi construcţia lor implică o serie de mecanisme şi dispozitive. Cele mai simple elemente care intră în componenţa maşinilor, mecanismelor şi dispozitivelor sunt organele de maşini (fig. 1.1).

Fig. 1.1 Structura unei instalaţii tehnice

Maşina este un ansamblu de corpuri materiale (rigide, elastice, fluide), creaţie tehnică a omului, destinat să transforme o formă de energie (eoliană, hidraulică, solară, electrică, chimică etc.) în energie mecanică – maşina motoare – sau să efectueze un lucru mecanic util – maşina de lucru.

În funcţie de forma de energie transformată în energie mecanică, maşinile motoare pot fi: maşini motoare primare – cele care transformă în energie mecanică o formă naturală de energie (motoare eoliene, hidraulice, solare etc.) şi maşini motoare secundare – cele care transformă în energie mecanică o formă de energie obţinută de om (motorul electric, motorul cu ardere internă, motoarele nucleare, motoarele cu abur etc.).

Maşinile de lucru utilizează energia mecanică în scopul de a realiza modificarea proprietăţilor, formei, aspectului, dimensiunilor şi poziţiei materialelor sau obiectelor de prelucrat (maşinile unelte, maşinile pentru prelucrarea bunurilor de larg consum, maşinile agricole, pompele, compresoarele, concasoare, centrifuge, maşini de ridicat etc.).

Mecanismul sau transmisia mecanică reprezintă un ansamblu de corpuri materiale (rigide, elastice, fluide), creaţie tehnică a omului, realizat pentru transmiterea şi trasformarea mişcării – transmisia cinematică şi de ghidare – sau pentru transmiterea simultană a mişcării şi puterii – transmisia de forţă. El are unu sau mai multe elemente motoare (conducătoare) care primesc mişcarea şi puterea pe care o transmit celorlalte elemente, elemente conduse, caracterizate prin mişcări bine determinate în raport cu un element fix (batiu, sasiu). Funcţionarea mecanismului (transmisiei mecanice) se caracterizează prin continuitatea şi periodicitatea mişcării.

Dispozitivul reprezintă un ansamblu mai restrâns de corpuri materiale (rigide, elastice, fluide), creaţie tehnică a omului, realizat în scopul executării unei anumite funcţiuni atunci când primeşte o comandă din exterior (dispozitive de siguranţă, de control etc.).

Organele de maşini sunt elemente constitutive care, cu aceeaşi formă sau cu o formă asemănătoare, intră în componenţa maşinilor, mecanismelor şi dispozitivelor, putând fi calculate, proiectate şi realizate în mod independent. Ele pot fi simple (alcătuite dintr-o singură piesă) – şurubul, pana, arborele etc., sau complexe (alcătuite din mai multe piese, dar totalitatea acestora constituind un singur organ cu o funcţie bine precizată) – lagărele cu alunecare, cu rostogolire, cuplajele etc.

2. TRANSMISII MECANICE

2.1. Elemente constructive şi funcţionale şi de calcul cinematic şi energetic Definiţie: transmisia mecanică, în sens general, este un ansamblu tehnic ce are în

compunere mai multe organe de maşini simple, compuse sau complexe, organizate în mai multe variante constructive, având principalul rol de a transmite mişcarea şi energia mecanică prin transformarea mişcării şi a momentului de răsucire. După modul cum se realizează transformarea cantitativă şi calitativă a mişcării de rotaţie, transmisiile mecanice pot fi:

• reducătoare de turaţie (n2 < n1 atunci Mt2 > Mt1); • amplificatoare de turaţie (n2 > n1 atunci Mt2 < Mt1);

La sistemele mecanice cu mişcare de rotaţie, legătura dintre arborele de ieşire a unui sistem

(maşina motoare - MM) şi cel de intrare al altui sistem (maşina de lucru – ML), se poate realiza: • direct prin intermediul unui cuplaj, atunci când paramatrii cinematici şi sarcina

maşini de lucru coincid cu cei ai maşinii motoare – fig. 2.1 a. Cuplajul nu modifică, de regulă, viteza şi momentul de răsucire transmis (n1 = n2; Mt1=Mt2);

• indirect prin intermediul unei transmisii mecanice, atunci când paramatrii cinematici şi energetici ai maşini de lucru sunt diferiţi faţă de cei ai maşinii motoare (n1 ≠ n2; Mt1 ≠ Mt2) – fig. 2.1. b.

Fig. 2.1. Legătura dintre maşina motoare şi maşina de lucru.

a – legătură directă prin cupajele C1 şi C2; b – legătură indirectă prin transmisia mecanică TM şi cuplajele C1 şi C2; c - legătură indirectă la autovehicul prin cutia de viteze CV şi cuplajele C1 şi C2

Transmisiile mecanice au rolul de a realiza:

• o anumită distanţe dintre axe şi o anumită poziţie a axelor celor două maşini; • turaţii diferite şi sensuri ale turaţiei diferite, mai ales atunci când mai multe maşini de lucru sunt acţionate de o singură maşină motoare (sistemul de aprindere şi distribuţie a unui motor cu ardere internă); • un moment de răsucire mai mare la maşina de lucru faţă de cel furnizat de maşina motoare (n2 < n1 atunci Mt2 > Mt1); • o funcţionare intermitentă a maşini de lucru (benzi transportoare, elevatoare etc); • atenuarea şocurilor şi a suprasarcinilor care apar la maşina de lucru (cazul transmisiilor mecanice care folosesc frecarea pentru transmiterea vitezei şi a sarcinii; • element de siguranţă în lanţul cinematic (transmisii prin curele, transmisiile prin fricţiune); • legătura cu uşurinţă dintre arborii celor două maşini, sub aspectul spaţiului de acces pentru lucrător, pentru scule şi dispozitive.

Caracteristica mecanică a unei maşini este variaţia momentului de răsucire (a cuplului motor sau rezistent) în funcţie de parametrul cinematic, care cel mai adesea este turaţia. Expresia caracteristcii mecanice este de forma Mt = Mt(ω) sau Mt = Mt(n). Forme de caracterici mecanice ale maşinilor de lucru şi motoare sunt date în fig. 2.2.

Fig. 2.2. Forme de caracteristici mecanice. a – pentru maşini unelte; b – pompe centrifuge şi turbocompresoare;

c – motor electric asincron trifazat; c – motor cu ardere internă (funcţionează în zona de putere maximă).

Raportul de transmitere se defineşte ca raport dintre turaţia elementului motor şi turaţia elementului condus.

2

112 n

ni = (2.1.)

În cazul transmisiilor mecanice formate din mai multe transmisii, de diferite tipuri sau de acelaşi tip, montate în serie sau paralel, raportul total de transmitere este dat de produsul rapoartelor parţiale de transmitere.

∏=

−==n

2kk,1k

2

1tot i

nn

i (2.2.)

Pentru proiectarea unei transmisii mecanice cu raport de transmitere constant trebuie să se

cunoască următorii parametrii: turaţia arborelui conducător şi condus sau vitezele celor doi arbori; puterea la maşina de lucru care se poate determina cu una din relaţiile:

• în cazul mişcării de translaţie: vF10P 3 ⋅= − [kW]; (2.3.)

• în cazul mişcării de rotaţie: ω⋅= −t

3 M10P [kW] , (2.4.)

sau momentul de răsucire: min]/rot[n

]kW[P1030M 6t ⋅

π= [Nmm]; (2.5.)

randamentele cuplelor cinematice care intră în componenţa transmisiei mecanice. Randamentul total a transmisiei mecanice este dat de relaţia:

∏=

−η==ηn

2k1k,k

1

2tot .

PP

; (2.6.)

condiţiile de serviciu ale maşini de lucru şi motoare; gama de reglare, în cazul transmisiilor cu raport de transmitere variabil

min2

max2

n

nG = . (2.7.)

Odată cu diversificarea nevoilor consumatorilor, a tehnologiei moderne şi a concurenţei, crearea de produse din ce în ce mai perfecţionate devine vitală pentru orice producător de sisteme mecanice. Acesta trebuie să ştie cum să gestioneze produsul pe tot parcursul ciclului de viaţă – de la creare şi până la declin – şi să găsească produsul nou care să-l înlocuiască pe cel existent înainte de faza de declin.

Transmisia mecanică proiectată trebuie să aibă o utilitate corespunzătoare, nu atât prin masa de material organizată, cât, mai ales, prin setul de satisfacţii pe care le oferă consumatorului. Pentru îndeplinirea acestor deziderate, procesele de planificare şi execuţie a concepţiei trebuie să se realizeze în strânsă legătură cu preferinţele beneficiarului.

Astfel, la realizarea unui produs trebuie să se urmărească stabilirea unui raport optim între valoarea de întrebuinţare sau utilitatea produsului şi costurile de producţie directe şi indi- recte care le generează. Una din metodele de operare, prin care se poate obţine acest optim, este ingineria valorii.

Toate activităţile care concură la realizarea produsului trebuie să corespundă documentaţiei tehnice şi să fie coordonate în aşa fel încât să conducă la maximizarea cererii şi a profitului, printr-o ofertă variată a produsului şi la un preţ de vânzare cât mai mic.

De asemenea, trebuie considerate situaţiile de criză a materiilor prime, creşterea costului energiei şi scăderea calităţii mediului. Ca urmare, trebuie căutate cele mai adecvate variante constructive şi funcţionale, adaptate noilor condiţii de criză, să nu polueze, refolosirea materialelor şi soluţii ce reclamă consum mic de materiale şi energie.

Strategia de realizare a unei transmisii mecanice impune parcurgerea unui număr de faze succesive, fiecare având un obiectiv bine definit. Fiecare fază se intercondiţionează cu celelalte. Astfel, toate acţiunile efectuate şi deciziile luate în afara fazei corespunzătoare, antrenează, în majoritatea cazurilor, o suboptimizare a proiectului. Acestea decurg, fie din necesitatea reluării acţiunilor întreprinse prea devreme, fie din impactul deciziilor sau acţiunilor tardive, cum ar fi: reconsiderarea funcţiilor produsului şi a schemei funcţionale; modificări constructive (sub aspectul materialului, dimensional, formă, precizie de execuţie şi de montaj, durabilitate, reparaţii); costuri suplimentare pentru accelerarea altora sau analiza costurilor în sensul reducerii acestora; modificarea termenelor de livrare; gama de servicii oferită.

Se precizează faptul că nu există o schemă general – valabilă de realizare a unei transmisii mecanice, fiecare fază trebuie bine definită, la care se adaugă jalonarea corectă a debutului şi finalului fiecărei faze. Succesiunea fazelor, încadrarea individuală şi secvenţială corectă este un succes pentru realizarea unei transmisii mecanice.

În concluzie, proiectul reprezintă o succesiune de acţiuni cu caracter concret şi bine definit, în derularea căreia se intervine, în urma unei analize competente, modificându-i cursul în funcţie de obiectivul propus. Realizarea proiectului nu poate consta în reproducerea cu fidelitate a unui model. Pentru realizarea lui se caută a se sprijini pe date explorabile a unui model cunoscut şi pe date acumulate în anii anteriori la alte discipline (fizică, mecanică, mecanisme, rezistenţa şi tehnologia materialelor, toleranţe, termotehnică, desen tehnic, programare, activitate practică, microeconomie, contabilitate, finanţe etc.).

În final, proiectantul trebuie să-şi construiască o astfel de schemă, adaptată cazului concret şi care să-i permită realizarea proiectului. În acest context, proiectantul îndeplineşte simultan, atât funcţia de manager, cât şi cea de executant. Succesul realizării proiectului constă în formularea unei “cărţi a inovaţiei”, capabilă să atenţioneze proiectantul asupra motivelor căutării oportunităţilor de inovare referitoare la produs, piaţă, tehnologie, care trebuie avute în vedere asupra scopurilor şi obiectivelor (cota de piaţă, rentabilitate), ca şi a delimitărilor ce privesc natura şi gradul de noutate ce trebuie atins.