Universitatea TRANSILVANIA

din Braov

Ion TNSESCU Adrian BUDAL

Mecanisme i Organe de Maini

2005

Universitatea TRANSILVANIA

din Braov

Prof.dr.ing. Ion TNSESCU Asist.dr.ing. Adrian BUDAL

Mecanisme i Organe de Maini

Braov 2005

CUPRINS INTRODUCERE ............................................................................................................ 7 1. STRUCTURA I CINEMATICA MECANISMELOR ............................................................ 9 1.1. Structura mecanismelor ................................................................................................. 9 1.1.1. Element cinematic, cupl cinematic ............................................................... 9 1.1.2. Clasificarea cuplelor cinematice .................................................................... 11 1.1.3. Lan cinematic, mecanism, mobilitatea mecanismelor .................................. 12 1.1.4. Elemente, cuple i mobiliti pasive .............................................................. 14 1.1.5. Mecanism nlocuitor. Grup cinematic ........................................................ 15 1.1.6. Formarea mecanismelor plane ....................................................................... 17 1.2. Cinematica mecanismelor plane .................................................................................. 20 1.2.1. Cinematica grafic a mecanismelor plane ...................................................... 20 1.2.2. Cinematica analitic a mecanismelor plane ................................................... 21 2. CINETOSTATICA MECANISMELOR PLANE. ASPECTE ALE

DINAMICII MAINILOR ................................................................................................... 25 2.1. Probleme fundamentale ale cinetostaticii mecanismelor ............................................. 25 2.2. Condiiile determinrii statice a lanurilor cinematice plane ....................................... 25 2.2.1. Determinarea reaciunilor din cuplele cinematice ......................................... 26 2.2.2. Determinarea reaciunilor n cuplele cinematice ale unui mecanism plan care are i cuple superioare .......................................... 29 2.2.3. Determinarea reaciunilor n cuplele cinematice ale mecanismelor plane innd seama de forele de frecare ................................ 30 2.3. Echilibrarea maselor mecanismelor ............................................................................. 32 2.4. Aspecte ale dinamicii mainilor ..................................................................................... 34 2.4.1. Fazele micrii unei maini ........................................................................... 34 2.4.2. Ecuaia bilanului energetic al micrii ......................................................... 34 2.4.3. Randamentul mecanic ................................................................................... 34 3. MECANISME CU CAM ................................................................................................... 36 3.1. Clasificarea mecanismelor cu cam ............................................................................. 37 3.2. Analiza mecanismelor cu cam ................................................................................... 37 3.3. Transmiterea forelor n mecanismele cu cam ........................................................... 39 4. CONSIDERAII GENERALE PRIVIND ORGANELE DE MAINI ............................... 43 4.1. Definirea i clasificarea organelor de maini ............................................................... 43 4.2. Consideraii privind proiectarea organelor de maini .................................................. 43 4.2.1. Norme i standarde utilizate n construcia de maini ................................... 44 4.2.2. Observaii asupra calculului organelor de maini ......................................... 45 4.2.3. Recomandri privind alegerea materialului pentru organe de maini ........... 45 4.2.4. Noiuni de tolerane i ajustaje. Rugozitatea suprafeelor ............................. 47

- 4 - Mecanisme i Organe de Maini 5. ORGANE DE ASAMBLARE .............................................................................................. 52 5.1. mbinri prin nituri ...................................................................................................... 52 5.1.1. Materiale, noiuni de tehnologie .................................................................... 53 5.1.2. Calculul de rezisten al elementelor mbinrii nituite .................................. 53 5.1.3. Nituirea metalelor uoare .............................................................................. 54 5.2. mbinri sudate ........................................................................................................ 54 5.2.1. Procedee de sudare. Tipuri de mbinri sudate ............................................. 55 5.2.2. Calculul mbinrilor sudate ........................................................................... 56 5.3. mbinri prin lipire ...................................................................................................... 57 5.4. Asamblri prin uruburi ............................................................................................... 58 5.4.1. Materiale, noiuni de tehnologie .................................................................... 58 5.4.2. Generarea filetului. Frecarea i condiia de autofrnare la filete .................. 59 5.4.3. Calculul uruburilor de fixare solicitate axial. Sarcina de calcul .................. 61 5.4.4. Calculul uruburilor din asamblri filetate solicitate transversal .................. 61 5.4.5. uruburi de micare ....................................................................................... 63 5.4.6. Asigurarea asamblrilor filetate .................................................................... 63 5.5. Asamblri prin pene i caneluri ................................................................................... 64 5.5.1. Asamblri prin pene longitudinale paralele .................................................. 64 5.5.2. Asamblri prin caneluri dreptunghiulare ....................................................... 65 5.6. Asamblri elastice ....................................................................................................... 66 5.6.1. Clasificarea arcurilor. Tipuri constructive de arcuri ..................................... 66 5.6.2. Caracteristica arcurilor .................................................................................. 67 5.6.3. Calculul arcurilor lamelare ............................................................................ 68 5.6.4. Calculul arcului elicoidal cilindric de compresiune ...................................... 69 6. ORGANE DE MAINI PENTRU SPRIJIN I LEGTUR ............................................. 70 6.1. Arbori i osii ........................................................................................................ 70 6.1.1. Clasificarea arborilor ..................................................................................... 70 6.1.2. Materiale pentru arbori. Noiuni de tehnologie ............................................. 71 6.1.3. Calculul arborilor drepi ................................................................................ 71 6.2. Lagre ...................................................................................................... 73 6.2.1. Lagre cu alunecare ....................................................................................... 73 6.2.1.1. Calculul fusurilor radiale ................................................................ 75 6.2.2. Lagre cu rostogolire ..................................................................................... 75 6.2.2.1. Durabilitate, capacitate de ncrcare, sarcin echivalent ............... 76 6.2.2.2. Montaje cu rulmeni. Etanarea lagrelor cu rulmeni .................... 77 6.3. Cuplaje ......................................................................................................... 79 6.3.1. Clasificarea cuplajelor. Momentul de calcul ................................................. 79 6.3.2. Cuplaje permanente ....................................................................................... 81 6.3.2.1. Cuplaje permanente fixe ................................................................. 81 6.3.2.2. Cuplaje permanente mobile ............................................................. 82 6.3.3. Cuplaje intermitente ...................................................................................... 85 6.3.3.1. Cuplaje intermitente comandate ...................................................... 85 6.3.3.2. Cuplaje intermitente automate ........................................................ 86 7. TRANSMISII PRIN CURELE ............................................................................................. 94 7.1. Generaliti ...................................................................................................... 94 7.2. Alunecarea curelei. Coeficient de traciune ................................................................. 95 7.3. Solicitrile i calculul curelelor ................................................................................... 97

Cuprins - 5 - 8. VARIATOARE DE TURAIE ............................................................................................... 99 8.1. Definiii. Clasificri ..................................................................................................... 99 8.2. Tipuri uzuale de variatoare ........................................................................................ 100 9. TRANSMISII PRIN ANGRENARE .................................................................................. 102 9.1. Noiuni generale ..................................................................................................... 102 9.2. Angrenajul cu roi dinate cilindrice cu dantur dreapt ........................................... 103 9.2.1. Legea de baz a angrenrii .......................................................................... 103 9.2.2. Profilul dinilor. Evolvent, construcie i ecuaie ...................................... 104 9.2.3. Elementele geometrice ale roilor i angrenajului evolventic,

cilindric cu dantur dreapt ................................................. 105 9.2.4. Gradul de acoperire ..................................................................................... 107 9.2.5. Cota peste dini ............................................................................................ 109 9.2.6. Angrenarea cu cremaliera. Cremaliera de referin i de generare.

Cerc i dreapt de divizare ........................................................................... 109 9.2.7. Interferena profilelor dinilor n evolvent ................................................. 110 9.2.8. Numrul minim de dini pentru evitarea fenomenului

de interferen (angrenarea pinion-cremalier) ........................................... 111 9.2.9. Deplasarea danturii roilor dinate ............................................................... 112 9.2.10. Deplasarea specific minim necesar evitrii fenomenului de interferen 113 9.3. Angrenaje cu roi dinate cilindrice cu dantur nclinat ........................................... 114 9.4. Angrenaje cu roi conice ............................................................................................ 115 9.5. Angrenaje hiperboloidale ........................................................................................... 116 9.6. Calculul de rezisten al angrenajelor ........................................................................ 117 9.6.1. Principalele forme i cauze ale scoaterii din funcionare a angrenajelor .... 117 9.6.2. Materiale utilizate n construcia roilor dinate .......................................... 119 9.6.3. Calculul angrenajelor ................................................................................... 121 9.6.3.1. Consideraii generale de calcul ...................................................... 121 9.6.3.2. Calculul angrenajelor cilindrice cu dantur dreapt ...................... 121 9.6.3.3 Tensiuni limit i admisibile pentru calculul angrenajelor ........... 126 9.7. Mecanisme cu roi dinate .......................................................................................... 128 9.7.1. Mecanisme cu roi dinate cu axe fixe ......................................................... 128 9.7.2. Mecanisme cu roi dinate cu axe mobile. Mecanisme planetare ................ 129 10. REDUCTOARE DE TURAIE ......................................................................................... 131 11. TRANSMISII PRIN LAN ................................................................................................ 134 11.1. Definiie. Clasificare. Domenii de utilizare ............................................................... 134 11.2. Elemente geometrice i cinematice ale transmisiilor cu lan ..................................... 135 11.3. Forele care acioneaz n transmisiile prin lan ........................................................ 137 11.4. Calculul transmisiilor prin lan .................................................................................. 138 BIBLIOGRAFIE ............. ........................................................................................................... 139

Cursul cuprinde 11 capitole i trateaz noiuni generale privind mecanismele, organele de

maini i prelucrri prin achiere. Problemele expuse sunt astfel tratate nct studenii s-i poat nsui cunotinele de baz necesare la proiectarea mecanismelor i a mainilor, precum i la elaborarea proceselor tehnologice de prelucrri prin achiere.

La redactarea cursului s-a inut seama de cunotinele nsuite de studeni la disciplinele cu caracter general: Mecanic teoretic, Rezistena materialelor, Tehnologia materialelor, Desen tehnic etc.

Este important de subliniat c acest curs nu-i propune s suplineasc audierea prelegerilor de la aceast disciplin, ci doar s ajute la desfurarea lor, urmrirea atent i permanent a acestora constituind condiia necesar nsuirii problematicii acestei discipline.

La elaborarea prii grafice au avut o contribuie important operator calculator Mirela State, tehnician Marieta Sprchez i tehnician Florentina Brsan-Pipu, crora autorii le mulumesc i pe aceast cale.

Autorii mulumesc colegilor prof.dr.ing. Petre Alexandru i prof.dr.ing. Dan Svescu, care au avut bunvoina de a recenza acest curs.

Autorii

INTRODUCERE. SCURT ISTORIC nvmntului tehnic superior i revine sarcina pregtirii la cel mai nalt nivel a cadrelor

inginereti, astfel nct acetia s poat face fa tuturor problemelor teoretice i practice ce se pot ivi la locurile de munc, n institute de cercetri sau ntreprinderi.

Una din disciplinele ce contribuie la pregtirea profesional a viitoarelor generaii de ingineri este i disciplina Mecanisme i Organe de Maini.

Cursul de Mecanisme i Organe de maini face parte din categoria disciplinelor tehnice generale, alturi de Mecanica teoretic, Rezistena materialelor, Tehnologia materialelor, fcnd legtura dintre disciplinele generale (matematic, fizic, chimie) i cele de specialitate (maini-unelte, dispozitive, aparate electrice etc.).

Scopul cursului este s stimuleze i s dezvolte capacitatea de gndire i creaie a studenilor, s-i nvee s formuleze i s proiecteze diferite soluii, s-i fac s neleag influena diferiilor factori asupra construciei mecanismului i mainilor, s proiecteze organele de maini avnd la baz metode tiinifice.

Cursul de Mecanisme i Organe de maini este o reuniune a dou discipline distincte n etapa actual, dar care au multe valene comune. Dac disciplina Teoria mecanismelor i propune studiul ansamblelor, care transmit micarea la nivel de scheme cinematice, statice i dinamice, disciplina Organe de maini studiaz pri componente ale ansamblelor, compunerea acestor pri, modul de lucru i calculele de rezisten necesare proiectrii formei acestora.

n decursul timpului nu se poate vorbi de o separare a acestor discipline, dezvoltarea lor i separarea relativ recent fiind dictat de explozia de informaii i diversificarea produciei n special n ramura constructoare de maini.

Primele semnalri privind utilizarea contient a mecanismelor i a organelor de maini dateaz din antichitate. Astfel crua antic folosea roata, osia i lagrul. Scripetele este cunoscut n China i Egipt la construirea pagodelor i a piramidelor, iar filozofii antici greci Platon i Aristotel semnaleaz cunoaterea roilor dinate, manivelelor, rolelor palanelor. Erau cunoscute de asemenea prghia, pana i mecanismul urub-piuli.

Dup o perioad srac n dezvoltarea tehnicii, n evul mediu apar noi elemente de organe de maini i mecanisme. Se cunoate ntrebuinarea volantului pentru uniformizarea micrii, semnalat de clugrul Teofil Presbiteriul (1100), iar mai trziu Leonardo da Vinci (1452-1519) descrie n lucrrile sale roile dinate elicoidale, lagrele de alunecare i lanurile fcnd i unele consideraii teoretice. n perioada renaterii se cunosc i se folosesc transmisiile prin curele i cabluri, precum i forme simple de cuplaje.

Odat cu inventarea mainii cu aburi la sfritul secolului XVIII-lea i a locomotivei la nceputul secolului XIX-lea i-au gsit o larg utilizare mbinrile cu nituri, mecanismele biel-manivel etc. n secolul al XX-lea mbinrile sudate au preluat i nlocuit aproape n totalitate mbinrile nituite.

uruburile i mbinrile filetate s-au perfecionat continuu. n anul 1840, inventatorul Whitworth (Anglia) a elaborat un nou sistem de filet, cu mare rol practic n construcia de maini, fiind de fapt prima ncercare de standardizare din acest domeniu.

Introducerea mainilor cu aburi n fabrici pentru antrenarea mainilor la diferite etaje i de aici la arborii de transmisie ai diferitelor maini-unelte a adus o larg rspndire a transmisiilor prin curele late i cabluri. La sfritul secolului al XIX i nceputul secolului XX, pe msura dezvoltrii acionrii electrice individuale, rolul transmisiilor prin curele a nceput s scad,

- 8 - Mecanisme i Organe de Maini restrngndu-se utilizarea lor la acionarea mainilor uoare i mijlocii de la motoare electrice individuale. Pe la 1920 au nceput s fie ntrebuinate pe scar larg transmisiile cu curele trapezoidale. Transmisiile prin cabluri au fost practic abandonate. Datorit descoperirii unor materiale noi pentru curele, acestea s-au impus i n zilele noastre, aprnd noi tipuri de curele, moderne.

Roile dinate, att de utilizate astzi, au cunoscut un ndelungat proces de evoluie. La nceput se foloseau roi dinate din lemn, nlocuite apoi cu roi din font cu dantur din lemn, ulterior cu roi din font neprelucrate i n cele din urm au aprut roile dinate din oel prelucrate mecanic.

Apariia i rspndirea bicicletelor a condus pe la 1870 la utilizarea larg a lagrelor de rostogolire rulmenii.

Datorit dezvoltrii tehnicii mondiale, n prezent exist o mare varietate constructiv a acestor organe de maini i mecanisme, care se mbuntesc i diversific continuu.

La nceput nu a existat un studiu sistematic asupra organelor de maini i mecanismelor. Primul cercettor n acest domeniu poate fi considerat Leonardo da Vinci, de la care s-au transmis prin generaii studiile asupra roilor de curea, scripei, osii, lagre, uruburi, roi dinate, prghii.

Studii sistematice au nceput s fie efectuate de ctre oamenii de tiin abia la mijlocul secolului XIX.

n secolul XIX, cnd mainile existau n numr mic, iar calculele acestora aveau un caracter limitativ, apelndu-se mai mult la experien, toate problemele construciei de maini erau studiate ntr-un singur curs general de Proiectarea mainilor. Dezvoltarea construciei de maini a condus la dezvoltarea teoriei i calculului mainilor, ceea ce a avut ca rezultat apariia de noi discipline. Astfel pe la 1880 s-a format ca disciplin tiinific-independent, cursul de Organe de maini, prin scindarea cursului de Proiectarea mainilor n mai multe discipline.

Prin eforturile savanilor i cercettorilor din ntreaga lume s-au obinut rezultate remarcabile n teoria i calculul mecanismelor i organelor de maini.

Dintre cercettorii strini care au elaborat lucrri importante n acest domeniu putem enumera pe: N.B. Petrov, O. Reynolds, N.E. Jujovski, H. Huygens, Willis, G. Niemann, M.L. Novikov, A.K. Thomas, S.D. Ponomariov, R. Stribeck.

n ara noastr evoluia studiului organelor de maini i mecanismelor este legat de dezvoltarea industriei i de problemele puse de aceasta.

Numeroase colective conduse de personaliti remarcabile ca prof.dr.doc. Gh. Manea, prof.dr.doc. R.C. Bogdan, prof.dr.doc. N. Manolescu, prof. Severineanu, prof. Popinceanu, prof. Chiiu, A., prof B. Hoorovitz i alii au elaborat lucrri apreciate att n ar ct i peste hotare.

coala braovean de mecanisme i organe de maini se cuvine a fi menionat de asemenea prin lucrrile profesorilor Fl. Dudi, I. Drghici, A. Jula, P. Alexandru, care constituie n mare parte i scheletul acestui curs.

Cursul de Mecanisme i Organe de maini este destinat studenilor de la seciile de Ingineria Materialelor, Electromecanic sau Colegiul Universitar Tehnic.

4. CONSIDERAII GENERALE PRIVIND ORGANELE DE MAINI

4.1. DEFINIREA I CLASIFICAREA ORGANELOR DE MAINI Se numesc organe de maini, piesa sau grupul de piese care intr n componena mainilor

sau mecanismelor, putnd fi proiectate separat. Dup montare, acestea se vor afla ntr-o strns legtur cu ansamblul din care fac parte. Organele de maini pot fi simple sau compuse.

Organele de maini simple sunt formate dintr-o singur pies (de exemplu: uruburile, penele, niturile).

Organele de maini compuse sunt obinute prin asamblri demontabile sau nedemontabile, a mai multor piese, i au un anumit un rol funcional (ex.: bielele, cuplajele, lagrele).

Fiecare main este format din piese, sau grupuri de piese, reunite dup anumite criterii funcionale, constructive, de montaj, de transport etc., n ansamble i subansamble (de exemplu un grup electrogen mobil constituie un ansamblu, iar motorul termic un subansamblu).

Dup domeniul de folosire, organele de maini pot avea destinaie universal sau special. Organele de maini cu destinaie universal, cum ar fi uruburile, penele, arborii, angrenajele, cuplajele, curelele i altele se studiaz n acest curs. Cele cu destinaie special, cum ar fi carburatoarele, organe pentru circulaia lichidelor, rotoare ale turbinelor etc., se studiaz la cursurile de specialitate.

Dintre condiiile generale impuse organelor de maini se pot enumera: - siguran n exploatare, ceea ce impune o corect dimensionare fa de sarcinile exterioare;

organelor de maini, n afara condiiilor de rezisten (calculul la traciune, forfecare, ncovoiere, torsiune) li se impun condiii suplimentare de rigiditate, elasticitate, rezisten la solicitri variabile, rezisten la solicitri termice etc.;

- la proiectarea unei maini, deci a organelor de maini componente, trebuie inut seama de posibilitile tehnologice concrete ale ntreprinderilor respective; ntre materialul pieselor, forma acestora i tehnologia de realizare existnd o strns interdependen;

- fr a diminua calitatea produsului, este necesar ca proiectantul s aleag materialul i tehnologia de prelucrare (metoda de execuie, precizia i rugozitatea suprafeelor) astfel nct s se obin un pre de cost minim;

- respectarea standardelor n vigoare constituie o obligaie legal a fiecrui proiectant; - nc din faza de proiectare, trebuiesc cercetate pericolele ce pot aprea pentru om, n

exploatarea produsului care se concepe, indicndu-se soluii tehnice pentru evitarea accidentelor, precum i prescripii de protecia muncii;

- proiectarea unui produs nou trebuie s in cont de nivelul actual i de perspectiv al tehnicii mondiale, asigurnd n acelai timp i o estetic corespunztoare (aspect exterior). n acest fel, crete valoarea competitiv a produsului.

4.2. CONSIDERAII PRIVIND PROIECTAREA ORGANELOR DE MAINI La proiectarea unui organ de main, considerat separat, se recomand urmtoarea

succesiune a etapelor de lucru:

- 44 - Mecanisme i Organe de Maini - Elaborarea schemei de calcul. Organul de main se reprezint schematic, innd cont de

interdependena acestuia, de ansamblul din care face parte. Aceast schematizare a piesei i a forelor are ca scop crearea unui model pe baza cruia calculul s fie ct mai aproape de realitate.

- Determinarea forelor care acioneaz asupra organului de main. Considernd interaciunea organului de main de proiectat cu elementele ansamblului din care face parte, se pot aprecia valorile sarcinilor care l ncarc, modul de variaie a acestora i deci i solicitrile la care este supus.

- Alegerea materialului. Pe baza solicitrilor, a condiiilor de durabilitate, rigiditate i altele, se alege materialul care s rspund ct mai multor cerine, unele chiar contradictorii.

- Calculul de predimensionare (preliminar) al organului de main are ca scop stabilirea unor dimensiuni aproximative, cu ajutorul crora se definete forma constructiv a acestuia. Dimensiunile obinute pe baza schemei de calcul elaborate anterior se coreleaz cu cele ale elementelor ansamblului din care face parte i cu prevederile standardelor.

- Desenul preliminar al piesei, cu adoptarea constructiv a celorlalte dimensiuni, innd cont de condiiile tehnologice.

- Efectuarea calculelor de verificare. Acest calcul are ca scop verificarea piesei la unele solicitri care nu au putut fi efectuate n etapa de predimensionare, datorit lipsei unor informaii. De exemplu verificarea la rigiditate a unui arbore nu se poate face fr cunoaterea distanelor ntre reazeme i a diametrelor diferitelor trepte. n cazul n care una din aceste solicitri nu este satisfcut, calculul se reia de la unele din etapele de mai sus, modificnd anumite dimensiuni sau chiar materialul piesei.

- Elaborarea desenului de execuie. Pe baza dimensiunilor determinate n etapele anterioare, innd cont de posibilitile tehnologice de execuie, de necesitile de montaj etc., se ntocmete desenul de execuie al piesei. Acesta va conine dimensiunile i toleranele de execuie, tratamentul termic indicat pentru materialul ales, abaterile de form i poziie, rugozitatea suprafeelor.

4.2.1. Norme i standarde utilizate n construcia de maini Standardizarea este aciunea de stabilire a unor reguli, obligatorii n aplicare, i care are

drept scop realizarea ordinii ntr-un domeniu dat, n avantajul i cu concursul celor interesai. Standardizarea se concretizeaz prin documente care reglementeaz, legifereaz, aspecte ale tiinei, tehnicii, ale produciei industriale, agricole, la nivelul economiei naionale, denumite standarde de stat i prin acte normative la nivelul unei ntreprinderi sau departament economic, denumite norme interne.

n cadrul standardizrii s-au stabilit categorii de standarde: de terminologie, de tipizare a parametrilor i a dimensiunilor principale, de condiii tehnice (de calitate), de condiii generale, de metode de calcul i proiectare.

Cele mai importante efecte ale aplicrii standardizrii sunt: - introducerea ordinii de proiectare, producie i control; - economie de timp n activitatea de concepie; - specializarea produciei, creterea productivitii muncii, creterea interschimbabilitii unor

produse; - facilitarea legturii dintre proiectani, productori i beneficiari; - posibilitatea schimbului internaional de produse i de documentaie.

Prima organizaie naional de standardizare s-a nfiinat n Anglia n 1901. n 1946, la Londra, s-a nfiinat organizaia internaional de standarde ISO (International Standard Organization). n ara noastr standardizarea oficial a luat fiin n 1948. n prezent, organul central de standardizare este OSIM (Oficiul de Stat pentru Invenii i Mrci).

Consideraii generale privind organele de maini - 45 - 4.2.2. Observaii asupra calculului organelor de maini n procesul de proiectare se pot ntlni diferite solicitri sau cerine care reclam calcule de

rezisten, la vibraii, de uzur i durabilitate, termice, economice etc. Dezvoltarea tehnicii mondiale, legat de apariia de noi materiale, de folosire a celor mai

eficace tratamente termice i termochimice, a impus elaborarea unor metode de calcul noi precum i reanalizarea critic a celor existente.

Se cunosc trei metode principale, folosite pentru calculul diferitelor organe de maini: - metoda tensiunilor admisibile; - metoda coeficienilor de siguran sau a sarcinilor limit; - metoda strilor limit.

Metoda tensiunilor admisibile const n determinarea tensiunii admisibile cu relaiile:

1 2 1 2

e e e ea a

n n

; ,c c ...c c c c ...c c = = = = (4.1)

n care: e, e reprezint tensiunea limit; c1, c2 cn reprezint coeficieni de siguran pariali, dependeni de particularitile constructive ale piesei, de condiiile de exploatare i altele. Se va nelege prin tensiunea limit a materialului, dup caz: rezistena de rupere (e = r; e = 02), limita de curgere (e = 02; e = 02), rezistena la oboseal la un ciclu alternant simetric (e=-1; e = -1).

n funcie de valoarea calculat a tensiunii admisibile i de sarcina nominal, se determin dimensiunile necesare ale piesei care se proiecteaz.

Tensiunea admisibil, astfel determinat, este de cele mai multe ori diferit de la o pies la alta i chiar pentru aceiai pies, dac funcioneaz n maini diferite, n regimuri de funcionare diferite.

Metoda coeficienilor de siguran este acceptat pentru a se evita numrul mare de tensiuni admisibile la una i aceiai pies i const n calcularea tensiunii efective, n respectiv n, care se compar cu tensiunea limit. Raportul dintre tensiunea limit i cea efectiv se numete coeficient de siguran i se noteaz cu c:

e ea a

n n

c c ; c c , = = (4.2) unde ca este coeficientul de siguran admisibil, dependent de caracterul sarcinilor, de regimul de funcionare etc. ca este dat n literatura de specialitate pentru diferite grupe de piese (arbori, piese din componena ascensoarelor etc.).

Metoda strilor limit pornete de la analiza condiiilor de funcionare a diferitelor organe de maini, precum i a cauzelor scoaterii din funcionare a acestora, starea limit n acest caz fiind acea stare la care exploatarea normal ulterioar a subansamblului din care face parte devine imposibil. Fiecrei stri limit, dintre care uzura, ruperea, pitting-ul, deformaiile remanente neadmise, i corespunde un anumit calcul.

4.2.3. Recomandri privind alegerea materialului pentru organe de maini Recomandrile privind alegerea materialului au doar un caracter orientativ, temporar,

datorit progresului tehnic care conduce la mbuntirea proprietilor materialelor existente, precum i la elaborarea de noi materiale.

La alegerea materialului se impune cunoaterea ct mai exact a proprietilor acestuia, a solicitrilor la care trebuie s reziste organul de main n timpul funcionrii, a tehnologiei de execuie.

n cazul n care criteriul principal de dimensionare este rezistena la una din solicitrile simple (traciune, ncovoiere, torsiune), se recomand utilizarea oelurilor mbuntite sau clite i a fontelor de nalt rezisten.

- 46 - Mecanisme i Organe de Maini Materialele folosite la organe de maini la care rigiditatea este condiia principal de

funcionare trebuie s aib un modul de elasticitate mare. n acest sens, se recomand utilizarea oelului netratat termic sau a fontelor.

Pentru organe de maini supuse aciunii sarcinilor cu oc precum i la cele supuse la solicitri de contact i la uzur, se recomand oeluri cu duritate mare.

Se recomand, n general, folosirea de materiale diferite la organele de maini conjugate (de exemplu urubul i piulia unui cric sau prese). Cnd uzura este cauza principal a scoaterii din funciune, se vor utiliza materiale antifriciune pentru micorarea acesteia. Dac uzarea este un proces care nu poate fi evitat, se va alege materialul mai moale pentru piesa conjugat ce se poate nlocui mai uor i mai economic.

n toate cazurile se recomand alegerea materialelor standardizate, precum i limitarea sortimentelor de mrci, pentru asigurarea unei aprovizionri mai uoare i a asigurrii unor tratamente termice corespunztoare.

Unele recomandri privind alegerea materialelor pentru executarea organelor de maini de uz general sunt prezentate n tabelul 4.1[5, 6].

Tabelul 4.1. Oeluri i tratamente termice recomandate pentru unele organe de maini

Organul de main i condiiile de funcionare Oeluri i tratamente termice recomandate

1 2

Arbori canelai OLC20; 18MCr10; 18MoCrNi13; 13CrNi30 - cianizate, cu tratament termic ulterior Arcuri OLC55A; OLC65A; OLC75A; OLC85A; 51Si17A; 30Cr130 Boluri Cuie spintecate

OL37; OL50; OL60; OL70 - netratate termic; OLC50; OLC55; OLC60 - netratate sau mbuntite

Inele elastice aibe Grower

OLC55A; OLC65A; 51Si17A; OL60; OL70; OLC65 - netratate sau mbuntite, cu revenire medie

Pene OL50; OL60; OL70 - netratat termic; OLC45 - mbuntit Piulie n general, din acelai material ca i uruburile uruburi (obinuite, prezoane, nestandardizate etc.)

OL37; OL42; OL50; OL60; AUT12 - netratate termic; OLC25; OLC45; 40Cr10; 41MoCr11; AUT30; AUT40 - mbuntite

uruburi autofiletante OLC25; OLC35 - cianizare i clire la duritatea de 5662 HRC aibe sau rondele (brute, obinuite, pentru profile U etc.)

OL34; OL37-netratate termic

aibe de siguran arcuitoare, brri etc. Oeluri de arc tratate la duritatea de 410490 HB

Arbori i osii, arbori principali, axe planetare

OLC35; OLC45; 40Cr10; 41MoCr11 - mbuntite, cu eventual clire superficial a fusurilor

Cuplaje permanente OL60; OL70 - netratate; OT55; OT60 - tratate termic

Ghidaje Font cenuie clit superficial, oel carbon de mbuntire, oel clit global sau superficial

Roi de friciune OLC45 OLC65 - mbuntite, oeluri carbon slab aliate, oeluri turnate, fonte cenuii

Consideraii generale privind organele de maini - 47 - Tabelul 4.1.(continuare)

1 2 Roi dinate slab solicitate (viteze periferice mici -

- 48 - Mecanisme i Organe de Maini ;

,i min max s

max min A

N A D E D N AD D T = = + = (4.4)

unde TA se numete toleran, iar zona dublu haurat reprezint cmpul de toleran. Pe desenul de execuie se scrie dimensiunea nominal N nsoit de abaterile amintite

AsAi

N . (4.5)

n cazul arborilor, figura 4.1, b, rezult, n mod similar: ;

,i min max s

max min a

N a d E d N ad d T = = + = (4.6)

unde Ta este tolerana de execuie a arborelui. Cota pe desenul de execuie al arborelui se va trece sub forma

a sa i

N . (4.7)

Cmpul de toleran TA sau Ta se consider convenional de o singur parte a axei. Se consider linia zero cea care marcheaz dimensiunea nominal N. Cmpul de toleran TA sau Ta poate fi deasupra, peste sau sub linia zero (fig. 4.2).

n general, abaterile superioare (As, as), respectiv cele inferioare (Ai, ai), pot fi pozitive sau negative. Una din abateri poate fi i zero (fig. 4.2).

Poziia cmpului de toleran fa de linia zero este precizat prin litere mari al alezaje (A, B...Z, ZC) i litere mici pentru arbori (a, b...zc). Mrimea cmpului de toleran este reglementat prin cifre (0, 1, 2...16), denumite trepte de calitate sau clase de precizie.

Asamblarea a dou piese, una cuprins arbore i una cuprinztoare alezaj, se numete ajustaj. Dup realizarea asamblrii, putem constata existena unui joc sau a unei strngeri ntre piesele asamblate, n funcie de poziia i mrimea cmpurilor de toleran, fa de aceiai cot nominal.

Se spune c s-a realizat un ajustaj cu joc (fig. 4.2, a), respectiv ajustaj cu strngere (fig. 4.2, c). ntre acestea exist i o categorie de trecere, denumite ajustaje intermediare (fig. 42., b), care pot rezulta att cu joc ct i cu strngere.

S considerm un rulment cu diametrul inelului interior si

AAN , care trebuie montat pe doi

arbori, astfel nct cu primul s rezulte la montaj un ajustaj cu joc (evident din tolerane, deci de ordinul micronilor) i cu al doilea un ajustaj cu strngere. Cum inelul de rulment nu mai poate fi prelucrat la interior, rezult c pentru realizarea diferitelor ajustaje se va prelucra arborele. Cu alte cuvinte, cmpul de toleran al alezajului se menine contant i se modific poziia cmpului de toleran al arborelui (fig. 4.2).

Repetnd raionamentul pentru inelul exterior al unui rulment, care trebuie montat n mai multe carcase, ajungem la concluzia c trebuie meninut constant cmpul de toleran al arborelui (inelul exterior al rulmentului) i se modific poziia cmpului de toleran al alezajului, pentru fiecare din alezajele carcaselor.

Dac pstrm poziia cmpului de toleran a alezajului constant, pentru realizarea diferitelor ajustaje modificnd poziia cmpului de toleran al arborelui, avem sistemul alezaj unitar de tolerane (STAS 8104). Alezajul are abaterea inferioar zero, iar cea superioar pozitiv (fig. 4.2), cmpul de toleran corespunznd literei H.

Dac pstrm poziia cmpului de toleran al arborelui constant, modificnd poziia cmpului de toleran al alezajului, avem sistemul arbore unitar de toleran (STAS 8105). Arborele are abaterea superioar zero, iar abaterea inferioar negativ, cmpul de toleran corespunznd literei h.

Ajustajele se simbolizeaz prin dimensiunea nominal, comun celor dou piese de asamblat, urmat de simbolul (poziie) cmpului de toleran al alezajului, raportat la simbolul cmpului de toleran al arborelui. Deosebim un ajustaj n sistemul alezaj unitar dup prezena

Consideraii generale privind organele de maini - 49 - Fig. 4.2. Ajustaje n sistemul alezaj unitar: a - ajustaj cu joc;

b ajustaj intermediar; c ajustaj cu strngere

Dmax

Dmin

N

A i = 0 A sT A

dmax

dmin

N

jmin

a s

jmax

Ta

a i

smax dmax

N

dminTajmax

smin

smax a s

a i N

dmin

dmax

Ta

a b

c

Lini

a ze

ro

Lini

a ze

ro

- 50 - Mecanisme i Organe de Maini

Fig. 4.3. Poziia cmpurilor de toleran: A,BHX,Zpentru alezaje; a,bhx,zpentru arbori

N

+

H h j

A

Z

Y

z

y

b

a

B

d max

d min

T a

Dm

ax

Dm

in

T A

literei H la numrtor: de exemplu 7456

Hn

. Conform STAS 8104, rezult pentru cota arborelui

0

0,025

45+

i 002,0180,0

45++

pentru cota alezajului (piesa cuprinztoare).

Alegerea ajustajelor pentru foarte multe situaii de asamblare este indicat n literatura de specialitate sau n standardele de produs.

Alegerea sistemului de toleran alezaj unitar este de preferat, de cte ori este posibil, datorit faptului c prelucrrile alezajelor sunt mai dificile iar prelucrarea arborelui (pentru modificarea poziiei cmpului de toleran) este mai economic.

Rugozitatea suprafeelor reprezint ansamblul asperitilor (neregularitilor suprafeei) rmase n urma procesului de prelucrare.

Una din criteriile de evaluare a rugozitii suprafeelor l constituie abaterea medie aritmetic a profilului (seciune n suprafaa prelucrat), notat cu Ra, care se indic pe desenul de execuie al unei piese. Ra se indic printr-un termen al unui ir cu valori prefereniale.

Rugozitatea suprafeei este determinat de procedeul de prelucrare i influeneaz modul de funcionare al organelor de maini, mrimea uzurii suprafeelor aflate n micare relativ, precum i calitatea ajustajelor.

nscrierea semnelor de rugozitate pe desene este reglementat de STAS 612. Se dau mai jos cteva recomandri privind indicarea i procedeul tehnologic de obinere a

rugozitii suprafeelor. Astfel, semnul:

- se indic pe suprafee grosolane, obinute prin forjare liber sau turnare; - se indic pe suprafee grosolane, cu cerine de aspect, obinute prin polizare, eboare; - se indic pe suprafee de contact grosolane ale pieselor mari i grele i se obine prin

25

100

50

Consideraii generale privind organele de maini - 51 - rabotare, tiere cu flacr, prelucrri electrochimice;

- se indic pe suprafeele de contact fr centrare i se obine prin turnare n coji i cochilie sau strunjire i frezare de degroare;

- se indic pe suprafeele de contact nesolicitate i fr centrare i se obine prin strunjire de semifinisare, matriare, debitare, prelucrare cu ultrasunete;

- se indic pentru suprafeele de contact, centrate, fr micare relativ sau cu uzare redus i se poate obine prin strunjire, frezare de finisare, revenire, prelucrare electro-eroziv;

- se indic pentru suprafee de contact de ghidare i centrare, la micri periodice i se obine prin laminare plan, alezare, broare, rectificare de degroare;

- se indic pentru suprafee supuse la uzare redus, de centrare sau care urmeaz s se cromeze, nicheleze etc.;

- se indic pentru suprafee de centrare sau de contact puternic solicitate i se obine prin rectificare de finisare, honuire;

... - se indic pe suprafee de frecare i uzare, de ghidare precis, cu jocuri reduse i se obine prin procedee de superfinisare cum ar fi honuire, lepuire, lustruire.

0,012 0,2

0,4

0,8

1,6

3,2

6,3

12,5

Fig. 5.1. Tehnologia nituirii

d

l

Cpuitor

5. ORGANE DE ASAMBLARE Elementele cinematice se obin prin reunirea mai multor corpuri (piese) fr micare

relativ ntre acestea. Aceast reunire se realizeaz cu ajutorul organelor de asamblare i poart denumirea de asamblare.

Asamblrile pot fi demontabile, dac prin demontare i montare ulterioar nu se distrug organele de maini componente, respectiv asamblri nedemontabile, dac demontarea acestora nu poate fi efectuat dect prin distrugerea parial sau total a pieselor componente.

n anumite situaii, ntre piesele ce se asambleaz trebuie cuprins i un element elastic (arcul). Acest fel de asamblare se numete asamblare elastic.

Asamblrile nedemontabile se mai numesc i mbinri. 5.1. MBINRI PRIN NITURI Nituirea este un procedeu de mbinare nedemontabil a dou table, profile sau piese, cu

ajutorul niturilor. Nitul (fig. 5.1) se compune dintr-o tij cilindric de diametru d - corpul nitului - i capul

iniial. Cellalt cap se obine prin refulare, dup introducerea prealabil a nitului n gurile date n piesele de mbinat.

Procedeul de mbinare prin sudur, datorit progreselor tehnice recente, se dovedete a fi mai avantajoas. Cu toate acestea, nituirea se mai folosete ntr-o serie de cazuri cum ar fi: unele construcii metalice, carcase subiri sau din materiale nesudabile, recipieni sub presiune, la mbinarea pieselor tratate termic etc.

Dintre avantajele procedeului de mbinare prin nituri pot fi amintite: comportare mai bun dect cele

sudate, la solicitri variabile; controlul mbinrii se face mai uor; se pot mbina materiale nesudabile sau tratate termic; defectul se poate nltura uor prin tierea i nlocuirea nitului etc.

Dintre principalele dezavantaje se pot enumera: consum mrit de material, datorit slbirii seciunii prin gaura de nit; consum de manoper ridicat; productivitate mai mic dect la sudare; zgomot ridicat la nituire etc.

Niturile se pot clasifica dup mai multe criterii. Clasificarea niturilor dup forma capului este prezentat n STAS 796. Cele mai utilizate nituri sunt: cu cap semirotund (fig. 5.2, a); cu cap

a b c d e f g Fig. 5.2. Forme constructive de nituri

Organe de asamblare - 53 - tronconic (fig. 5.2, b); cu cap necat (fig. 5.2, c); cu cap seminecat (fig. 5.2, d); nituri tubulare (fig. 5.2, e); nituri explozive (fig. 5.2, f); nituri speciale (fig. 5.2, g) etc. Dup forma constructiv a tijei, niturile pot fi cu tij plin (fig. 5.2, a...d); tubular (fig. 5.2, e); semitubular (fig. 5.2, f).

De regul, al doilea cap al nitului se obine prin batere (refulare) la rece sau la cald. n ultimii ani au aprut i nituri speciale, la care al doilea cap se obine prin alte procedee de deformare plastic (fig. 5.2, g).

5.1.1. Materiale, noiuni de tehnologie Materialele pentru nituri trebuie s ndeplineasc o serie de condiii dintre care: s nu fie

clibile; s aib un coeficient de dilatare termic apropiat de cel al materialului pieselor de mbinat; pentru mbinri supuse coroziunii, materialul nitului i al pieselor s fie acelai, pentru a evita formarea curenilor galvanici locali etc.

Niturile se execut uzual din OL34 i OL37 conform STAS 794-10. Pentru mbinri supuse la solicitri mari se utilizeaz oeluri de calitate superioar sau oel aliat. La solicitri reduse se pot utiliza nituri din alam, cupru, aluminiu i aliajele sale, dimensiunile acestora fiind stabilite prin STAS 9229 9232.

Niturile se execut din bare trase (srm), pe maini automate de refulare. Nituirea propriu-zis const n introducerea nitului n gaura de nit i formarea celui de al doilea cap, prin batere sau presare. De regul nituirea se execut la cald, prin nclzirea captului tijei nitului pn la culoarea rou deschis (1000...11000 C). Nituirea la rece se poate aplica niturilor cu diametrul mai mic de 10 mm i la nituri din materiale neferoase.

5.1.2. Calculul de rezisten al elementelor mbinrii nituite La calculul unei mbinri nituite se admit urmtoarele ipoteze: toate niturile mbinrii au

acelai diametru, sarcina exterioar repartizndu-se uniform pe acestea; transmiterea parial a sarcinii exterioare prin frecarea dintre piesele mbinate se neglijeaz; dup refularea celui de al doilea cap corpul nitului umple complet gaura din piese. Nitul este solicitat, acceptnd aceste ipoteze, la forfecare i strivire (fig. 5.3). Piesele mbinate sunt solicitate la traciune (n seciunea slbit de gurile de nit) i la forfecarea marginilor.

ntruct este mai comod un calcul de verificare, se recomand alegerea dimensiunilor elementelor mbinrii n funcie de grosimea tablelor :

( )2 ; 2 6 3 ; 1 5 ,d t , ... d e , d unde: t este pasul niturilor; e distana de la axa niturilor la marginea piesei.

Relaiile de verificare, pentru nit (fig. 5.3) sunt:

2

4 ;f af s asF F

d n d n = = , (5.1)

unde: n este numrul de nituri; af, as tensiuni admisibile la forfecare, respectiv la strivire.

Pentru piesele mbinate: solicitarea de traciune n seciunea slbit de gaura

de nit

( ) ( )' 't atF F

nt nd n t d = = ;

forfecarea marginilor tablelor

d

FF

t/2

t b e

Fig. 5.3. Nituirea pe un rnd

- 54 - Mecanisme i Organe de Maini

( )2 2' 'f afF

n e d / = . (5.3) n relaiile (5.2) i (5.3) s-a notat cu 't i 'f tensiunile admisibile la traciune, respectiv

forfecare a materialului pieselor mbinate. Tensiunile admisibile, pentru calculul niturilor de rezisten, sunt indicate n tabelul 5.1. Tabelul 5.1

Tensiunile admisibile ale elementelor mbinrilor nituite de rezisten la solicitri statice, n MPa Material Elementele

mbinrii Solicitarea Felul prelucrrii gurilor de nit OL34 OL37

Poansonare 100 110 Forfecare af Gurire sau alezare 120 140 Poansonare 240 280 Nituri Strivire as Gurire sau alezare 280 320 Poansonare 110 130 Traciune at Gurire sau alezare 140 160 Poansonare 80 90 Forfecare af Gurire sau alezare 100 120 Poansonare 210 240

Piese

Strivire as Gurire sau alezare 240 280

5.1.3. Nituirea metalelor uoare La nituirea metalelor uoare se impune prelucrarea gurilor cu burghiul elicoidal, pentru a

evita fisurarea pieselor de mbinat. Operaia de nituire se va executa la rece, deoarece unele aliaje uoare i pierd din rezisten prin nclzire. Se recomand urmtoarele relaii pentru calculul diametrului nitului i a dimensiunilor caracteristice ale mbinrii [5, 16]:

( )1 5 2; 2 5 6 ; 2d , t , ... d e d= + = = . (5.4) Niturile se verific la forfecare i strivire, cu relaiile (5.1), tensiunile admisibile fiind

urmtoarele [16]: ( )0 6 0 7af at, ... , = ; (5.5) ( )2 2 5as af... , = . (5.6)

5.2. MBINRI SUDATE Sudarea este un procedeu tehnologic de mbinare nedemontabil, care se bazeaz pe forele

de coeziune intermoleculare. Suprafeele pieselor de mbinat, aduse n contact, sunt nclzite local pn la starea de plasticitate sau topire. Sudarea se poate realiza cu sau fr folosirea unui material de adaos. Zona mbinat se numete sudur sau cordon de sudur.

Rspndirea acestui procedeu, fa de alte procedee de mbinare, se datoreaz perfecionrilor aduse n ultima vreme, perfecionri care conduc la obinerea unor mbinri mai economice i mai rezistente.

Dintre principalele avantaje ale mbinrilor sudate pot fi amintite: utilizarea ntregii seciuni de mbinare (la nituire aceasta este slbit prin gaura de nit); se asigur o bun etanare; n multe cazuri poate nlocui procedeul turnrii (economie de material i manoper); lipsa zgomotului n timpul sudrii etc.

Organe de asamblare - 55 - Dintre dezavantajele procedeului de

mbinare prin sudur se pot meniona: structura cordonului de sudur difer de cea a pieselor mbinate (fig. 5.4); ca urmare a nclzirii locale (topirii) a pieselor, apar tensiuni interne i deformaii remanente; controlul cordonului de sudur necesit aparatur costisitoare; nu se poate aplica la materiale nesudabile sau la piese clite, fr modificarea tratamentului iniial.

n construcia de maini mbinrile sudate se folosesc pentru realizarea unor organe de maini cum ar fi: roi dinate, roi de transmisie, arbori cotii, carcase, poduri rulante, agregate, nave etc.

5.2.1. Procedee de sudare. Tipuri de mbinri sudate Clasificarea procedeelor de sudare se face dup felul energiei utilizate, conform STAS

8325. Reprezentarea n desen a sudurilor este reglementat prin STAS 735.

Metal de adaosMetal de baz

Zon cu structur modificat Fig. 5.4. Seciune prin zona de mbinare prin sudur

C

C

C - C

a b c

D D E E F F

d

D - D E - E

F - F

e f

Fig. 5.5. Principalele tipuri de mbinri sudate

- 56 - Mecanisme i Organe de Maini

Fig. 5.7. Sudur de col frontal

s

F F

l s l

F F

l0

a a

a

Fig. 5.6. Sudur cap la cap

a

F F

s

l s l

F F

Sunt cunoscute urmtoarele procedee (metode) de sudare: a) Sudarea prin presiune, la care materialul se nclzete pn la starea de plasticitate i apoi se

preseaz piesele de mbinat. Pentru piese de dimensiuni mici, sudarea se poate realiza i prin presare la rece;

b) Sudarea prin topire, la care marginile pieselor ce trebuiesc mbinate se topesc local, cu sau fr topirea unui material de adaos, dar fr apsarea pieselor. Sudarea, n acest caz, se poate face cu gaze (oxiacetilenic, gaz metan etc.) sau electric, cu electrozi metalici sau de crbune. Sudarea electric poate fi realizat ntr-o atmosfer protectoare sau liber;

c) Suduri speciale, caracterizate prin concentrri puternice de energie, dintre care pot fi amintite: sudarea cu jet de plasm, sudarea cu laser (cu fascicul de electroni), sudarea cu ultrasunete etc.

Realizarea cordoanelor de sudur poate fi fcut manual, semiautomat sau automat. Dup poziia reciproc a tablelor, principalele tipuri de mbinri sudate sunt prezentate n

figura 5.5 i anume: a mbinare cap la cap; b sudur frontal; c sudur lateral; d sudur n T; e sudur cu cordon circular; f sudur n cruce.

5.2.2. Calculul mbinrilor sudate Calculul de dimensionare sau verificare al unei mbinri sudate se efectueaz n

concordan cu solicitarea la care este supus cordonul de sudur, innd seama de caracteristicile mecanice ale materialului de baz i al celui de adaos, pe tipuri de mbinri.

Sudura cap la cap figura 5.6 poate fi solicitat la ntindere de fora F. Condiia de

rezisten la traciune este

sts ats

Fl s

= sau s

sat

Fls= , (5.7)

unde: ls este lungimea de calcul a cordonului de sudur; s grosimea tablelor mbinate; ats tensiunea admisibil la traciune (compresiune); a grosimea cordonului de sudur (dup polizarea tablelor a = s). Lungimea real de sudare l va fi mai mare, din cauza imperfeciunilor capetelor cordonului, unde au loc arderi locale, formnd cratere

l = ls + 2s. (5.8) n cazul n care lungimea cordonului de sudur rezult mai mare dect limea pieselor,

este posibil s se sudeze dup o direcie nclinat fa de direcia forei. Sudura de col frontal figura 5.7. Practica a artat c distrugerea cordonului de sudur

Organe de asamblare - 57 - se produce pe direcia nlimii triunghiului de sudur, prin forfecare, notat cu a.

Calculul cordonului de sudur se poate efectua numai la forfecare:

2fs afss

Fl a

= ; 0 7a , s ; 2 1 4s afs afs

F Fla , s = , (5.9)

unde: afs este tensiunea admisibil la forfecare a cordonului de sudur. n realitate, cordoanele de sudur frontale sunt solicitate i de un moment ncovoietor, care

se poate neglija dac ls 4s, ns nu mai puin de 40 mm. Lungimea cordoanelor de sudur trebuie s fie aceeai i se va calcula cu relaia (5.8).

Sudura de col lateral figura 5.8, solicitat de o for axial centric. Sudura este solicitat la forfecare. Dac cele dou cordoane de sudur sunt egale ca lungime, tensiunea efectiv de forfecare, respectiv lungimea ls a cordonului de sudur sunt:

;2

1 4

fs afss

safs

Fa lFl .

, s

=

= (5.10)

Tensiunile admisibile ale cordoanelor de sudur la solicitri statice se pot determina, n

funcie de tensiunea admisibil la traciune a materialului de baz at, de felul solicitrii i tipul de sudur, din tabelul 5.2.

Tabelul 5.2 Rezistenele admisibile ale cordoanelor de sudur la solicitri statice

Tipul sudurii Felul solicitrii Tensiunea admisibil Traciune ats = 0,80 at

Compresiune acs = 1,00 at ncovoiere ais = 0,85 at Forfecare afs = 0,65 at

Sudur cap la cap

Torsiune ats = 0,65 at Sudur de col Toate solicitrile 0,65 at

5.3. MBINRI PRIN LIPIRE Procedeul de mbinare a dou piese cu ajutorul unui material de adaos n stare topit,

diferit de cel de baz i cu temperatur de topire mai mic dect a materialului pieselor de mbinat, se numete lipire.

Metalul sau aliajul de lipit, n stare topit, ptrunde ntre suprafeele de contact ale pieselor, asigurnd legtura dintre acestea.

Dintre avantajele procedeului de mbinare prin lipire, comparativ cu sudura, se pot enumera: pstrarea structurii i proprietilor mecanice ale materialului pieselor de mbinat,

Fig. 5.8. Sudur de col lateral

F/2 F F

l

a

sls a a

F/2

D

D

D - D

- 58 - Mecanisme i Organe de Maini datorit nclzirii relativ reduse a zonei de mbinare; evitarea deformaiilor i tensiunilor remanente; utilajul folosit este simplu, deci costul de fabricaie redus etc. Dintre dezavantaje se pot enumera: rezistena mbinrii lipite este inferioar celei sudate; aliajele de lipit conin metale deficitare (cupru, staniu etc.).

Dup temperatura de topire i rezistena mecanic a materialului de adaos, mbinrile lipite se clasific n lipituri metalice moi i lipituri metalice tari.

Lipiturile metalice moi se realizeaz cu aliaje de lipit pe baz de staniu (STAS 96), la temperaturi relativ sczute (sub 4000C). Rezistena mecanic a acestora este redus. Se folosesc la mbinri cu solicitri neimportante i temperaturi de lucru sub temperatura de topire a materialului de adaos, cum ar fi: recipieni, cutii de tabl, radiatoare, aparate de laborator, conductori electrici, aparatur radio televiziune, instrumente i aparate sanitare. Aliajele de lipit conin 20...90% staniu i restul plumb, temperatura de topire fiind ntre 266 i 2190C; se livreaz sub form de vergele.

Lipiturile metalice tari se realizeaz de obicei cu alam de lipit (STAS 204), care este un aliaj de cupru i zinc, la temperaturi cuprinse ntre 820 i 9000C. Rezistena mecanic este relativ mare. Se folosesc la mbinri de rezisten i rezisten-etanare supuse la solicitri mici i mijlocii. Exemple de folosire: lipirea flanelor pe evi; lipirea plcuelor achietoare pe suporii sculelor; lipirea cadrului bicicletelor etc.

5.4. ASAMBLRI PRIN URUBURI Asamblrile prin uruburi (asamblri filetate) fac parte din categoria asamblrilor

demontabile, cunoscnd o larg ntrebuinare n construcia de maini i aparate. Asamblrile filetate permit montarea sau demontarea cu uurin a pieselor,

subansamblelor etc., sunt sigure n exploatare, elementele asamblrii (urubul, piulia) executndu-se ntr-o gam larg de tipodimensiuni standardizate.

La asamblarea cu filet a dou piese care se nurubeaz una n alta, piesa filetat la exterior se numete urub, iar cea filetat la interior piuli.

O asamblare cu urub, figura 5.9, se compune din urubul 1, care poate avea diferite forme ale capului (fig. 5.10, a, b, c, d), piulia 2, care, de asemenea, poate avea diferite forme constructive (fig. 5.10, e, f, g, h), aiba 3 i piesele asamblate (strnse) 4 i 5. Rolul piuliei poate fi preluat de una din piesele de asamblat, n acest caz piesa avnd gaur filetat.

5.4.1. Materiale, noiuni de tehnologie Standardele care stabilesc forma i dimensiunile elementelor asamblrilor filetate indic i

materialele din care se execut acestea. Condiiile generale sunt prezentate n STAS 2700/3 i

2 3

5

4

1

Fig.5.9. Asamblare cu urub

c a b d

g e f h

Fig.5.10. Forme ale capului urubului (a, b, c, d) i ale piuliei (e, f, g, h).

Organe de asamblare - 59 - 2700/4. Pentru confecionarea uruburilor i piulielor uzuale puin solicitate, se recomand oelurile carbon OL37 sau OL42. n cazul unor solicitri mai mari se utilizeaz OL50 sau oeluri carbon de calitate OLC35 sau OLC45. Pentru asamblrile puternic solicitate care au un rol funcional important se folosesc oeluri aliate 41Cr10, 35MoCr11 etc. n ultimii ani, pentru uruburi i aibe puin solicitate, se utilizeaz masele plastice, care asigur o autofrnare superioar celor din metale.

Corpul elementelor asamblrilor filetate se obine prin matriare la cald sau la rece, n cazul produciei de mas sau prin achiere, n cazul unicatelor.

Filetul se poate obine prin achiere cu filiera pentru uruburi i cu tarodul pentru piulie cu cuite de filetat pe strunguri de filetat, prin frezarea filetelor, prin rectificarea filetului cu pietre abrazive etc. sau prin rulare la cald sau la rece.

Aplicarea uneia din metodele indicate trebuie hotrt, att prin prisma posibilitilor tehnologice de execuie ct i de locul i importana elementului filetat n cadrul unui produs (dispozitiv, main unealt etc.).

5.4.2. Generarea filetului. Frecarea i condiia de autofrnare la filete Filetul urubului i al piuliei figura 5.11 se obine prin micarea unui profil oarecare

(triunghi, ptrat, trapez etc.) numit profil generator, pe o elice numit elice directoare, nfurat pe un cilindru de diametru d1.

Dup forma profilului generator, filetele pot fi: triunghiulare, trapezoidale, ptratice, fierstru, rotunde. Dup direcia de nfurare a elicei filetele pot fi pe dreapta (fig. 5.11) sau pe stnga. Dac pe cilindrul d1 se nfoar, n acelai sens dar decalate cu 3600/n, un numr de n elice directoare, se obine un filet cu n nceputuri (n= 1, 2, 3, max. 4). Locul geometric generat de un profil generator pe nlimea unui pas se numete spir.

Desfurnd o spir a filetului urubului figura 5,12 aceasta apare ca un plan nclinat 2, pe care se deplaseaz piulia 1 (un element din piuli). Pentru realizarea nurubrii (sensul de micare v12) trebuie nvins fora util F (axial) printr-o for Ft tangenial (tangent la cilindrul de diametrul d2, fig. 5.11). ntre piulia 1 i urubul 2 apare o reaciune normal N, dup direcia n-n perpendicular pe planul nclinat i o for de frecare Ff = N, opus sensului de micare v12.

Condiia de echilibru static este:

0f tF N F F+ + + =G G G G

(5.11)

d1 d2

d

p

p

urub

Piuli

Fig. 5.11. Generarea filetului

1 2

m

m

R12

Ft

F

N=Ff

N

n

n

v12

d2

p

Fig. 5.12. Forele care apar la asamblarea cu filet

- 60 - Mecanisme i Organe de Maini Prin compunerea vectorial a forelor N i fF rezult 21R care face cu direcia normalei

unghiul : 21; ;

ff

F NN F R tg arctgN N

+ = = = = =G G G , (5.12) unde: este coeficientul de frecare dintre materialele urubului i piuliei, iar este unghiul de frecare.

Se poate reconsidera echilibrul static sub forma

21 0tF R F+ + =G G G

. (5.13) Dac pasul elicei este p i diametrul mediu al filetului d2 se poate calcula unghiul mediu de

nclinare al spirei:

2m

parctgd

= . (5.14) Cunoscnd c unghiul dintre direciile forelor F

G i NG

este m (ca unghiuri cu laturi perpendiculare) i deci unghiul dintre direciile forelor F

G i 21RG

este (m + ), rezult: Ft = F tg(m + ). (5.15) Se poate demonstra, n mod similar, c la deurubare (coborrea elementului de piuli pe

planul nclinat) exist relaia t mF F tg( ) = . (5.16)

Momentul necesar nurubrii Mf, respectiv de deurubare fM , considernd braul forei Ft egal cu d2/2, rezult:

2 2;2 2f m f md dM F tg( ) M F tg( ). = + = (5.17)

Pentru ca piulia s nu se desfac (deurubeze) sub aciunea sarcinii exterioare F, este necesar ca fM 0, adic pentru deurubare trebuie aplicat din exterior un moment de sens contrar momentului de nurubare. Aceast condiie se exprim prin inegalitatea

2 02 mdF tg( ) , adic 0mtg( ) ; deci 0m ,

respectiv m . (5.18)

Relaiile (5.17) i (5.18) sunt valabile pentru filete ptratice cu flancul spirei drept. Pentru filete cu flancuri nclinate (triunghiulare, trapezoidale etc.) avnd unghiul de flanc /2 figura 5.11 relaiile (5.17) i (5.18) se pot scrie sub forma:

2 2;2 2f m f md dM F tg( ') M F tg( ') = = , (5.19)

respectiv m ' , (5.20)

unde

2

'cos

= este unghiul aparent de frecare.

Randamentul cuplei elicoidale va fi raportul dintre lucrul mecanic util Lu i lucrul mecanic consumat Lc, pe distana de un pas:

2

2 2

u m

c t m

L F d tgF pL F d F d tg( ')

= = = + , deci m

m

tgtg( ')

= + . (5.21) Se poate constata c la uruburile de fixare randamentul este sczut, asigurnd condiia de

autofrnare (autofixare).

Organe de asamblare - 61 - 5.4.3. Calculul uruburilor de fixare solicitate axial. Sarcina de calcul Tija urubului, n cadrul unei asamblri filetate destinat strngerii a dou piese, este

solicitat la traciune de o for F i la torsiune (n momentul strngerii) de momentul de frecare dintre spirele filetului Mf.

Pentru verificarea unui urub existent, cunoscnd fora de strngere F, se calculeaz Mf cu relaia (5.19), rezultnd tensiunile:

21

4t

Fd

= i 3116f f

tp

M MW d

= = . (5.22) nsumnd tensiunile dup ipoteza a IV-a de rupere (ipoteza energiei maxime de deformaie)

se obine tensiunea echivalent 2 23e t t at = + , (5.23)

unde at este tensiunea admisibil la traciune, respectiv compresiune, a materialului urubului, obinut cu relaia 4.1. Se recomand t 02, iar c = 2,5...4; uzual, se consider c = 2,5.

Dac este satisfcut inegalitatea (5.23), urubul dat (existent, impus sau adoptat) este corespunztor scopului propus.

Dimensionarea unui urub presupune cunoaterea sarcinilor, n funcie de care se determin dimensiunile acestuia. Dac fora axial este cunoscut, momentul de frecare Mf nu poate fi determinat ntruct mrimea lui depinde chiar de dimensiunile urubului care trebuiesc aflate. Pentru a rezolva problema, se consider dou uruburi teoretic identice (fig. 5.13), unul ncrcat cu sarcinile reale F i Mf sub aciunea crora n materialul urubului ia natere tensiunea e - i al doilea ncrcat numai cu o for Fc = F ( > 1) determinat astfel nct sub aciunea ei, n materialul urubului, s ia natere tensiunea de traciune t = e = at.

Cercetrile teoretice i experimentale au artat c = 1,25...1,35 , n mod uzual acceptndu-se = 1,3. Rezult c, prin coeficientul adimensional , se poate ine cont de aportul momentului de frecare Mf n cadrul tensiunii echivalente e.

La al doilea urub materialul este solicitat numai la traciune, condiie din care rezult diametrul interior al filetului:

14 4 4 1 3c

at at at

F F , Fd = = = . (5.24)

Dimensiunea 1d se standardizeaz, astfel ca 1 STAS 1d d . Pentru calcule mai puin precise urubul astfel obinut nu mai trebuie verificat i deci se consider adoptat. Pentru calcule mai precise i cu importan funcional mare se recomand ntoarcerea la primul urub considerat n figura 5.13. Avnd dimensiunile urubului se poate calcula Mf cu relaia (5.19), tensiunile unitare reale t i t cu relaiile (5.22) respectiv tensiunea echivalent e cu relaia (5.23).

5.4.4. Calculul uruburilor din asamblri filetate solicitate transversal n general, n cazul asamblrilor cu uruburi solicitate transversal, se disting dou cazuri:

F

F

Mf

Mf

Fc=F

Fc=F

echtat

Fig. 5.13. Schem pentru determinarea sarcinii de calcul

- 62 - Mecanisme i Organe de Maini a) uruburi montate cu joc (d < d0, d0 fiind diametrul gurii de trecere); b) uruburi montate fr joc sau psuite (d d0).

uruburile montate cu joc, figura 5.14, se strng att de mult nct fora F s se transmit prin intermediul frecrii dintre piesele strnse. Dac este coeficientul de frecare dintre piesele strnse, notnd cu Ff fora de frecare i cu F0 fora de prestrngere a uruburilor, rezult condiia

0fF z F F= > sau 0z F k F = , (5.25) unde k este un coeficient de siguran supraunitar (utilizat pentru evitarea alunecrii relative a pieselor strnse), iar z este numrul de uruburi folosite la realizarea asamblrii.

Fora de ntindere a unui urub este

0k FF

z= , iar fora de calcul este

0ck FF Fz

= = . Avnd sarcina de calcul se predimensioneaz urubul:

14 4c

at at

F k Fdz

= = . (5.26)

Se standardizeaz filetul, astfel ca 1 1'

STASd d i se verific dimensiunile adoptate la solicitri compuse (relaiile 5.22 i 5.23) astfel ca e at.

uruburile montate fr joc, ajustate n locaul lor (fig. 5.15), sunt solicitate la forfecare i

strivire, ntruct se consider c toat fora F se transmite numai prin tija uruburilor. Fora de frecare care apare datorit strngerii uruburilor se neglijeaz. Rezult:

24 4; de undef at

at

F Fd 'z d z

= = , (5.27) unde d este diametrul necesar al tijei uruburilor; at tensiunea admisibil la forfecare. Diametrul se rotunjete n plus pn la prima valoare standardizat, astfel nct STASd d ' .

Grosimea pieselor este de regul cunoscut. Dac l1 < l2, (v. fig. 5.15), se poate efectua verificarea la strivire a tijei uruburilor cu piesa sau piesele strnse cu relaia

Fig. 5.14. Asamblare cu urub montat cu joc

Fig. 5.15. Asamblare cu urub montat fr joc

F

F

d0

F0

F0

d Fora de frecare Ff

F

F

d=d0 l 1

l 2

Organe de asamblare - 63 -

1s as

min

F Fd l d l

= = , (5.28) unde as este tensiunea admisibil la strivire a materialelor urubului sau a pieselor asamblate (se consider valoarea minim).

5.4.5. uruburi de micare uruburile de micare se calculeaz n mod similar cu cele de fixare, dar pentru a obine a

suprafa a spirelor suficient de mare, pentru a rezista la uzur (datorit micrii relative dintre urub i piuli) se recomand pentru tija urubului at = 40...60 MPa, pentru d1 30 mm i at = 60...80 MPa, pentru d1 > 30 mm.

Dac la uruburile de fixare nu se impune un calcul de rezisten al spirelor, acesta fiind considerat la stabilirea nlimii standardizate a piuliei, la uruburile de micare numrul de spire se calculeaz. Numrul maxim de spire se consider 10, ar nu mai mic de 5, pentru a se asigura o stabilitate suficient a piuliei pe urub.

Se va considera tensiunea admisibil la strivire s = pas = 7...13 MPa, ntruct aici se consider strivirea (expulzarea) peliculei de lubrifiant ce trebuie s existe ntre spirele urubului i ale piuliei, pentru micorarea frecrilor i deci a uzurii.

Pentru o asamblare cu filet ptrat, figura 5.11, numrul necesar de spire este

( )02 214

as

Fzd d = . (5.29)

5.4.6. Asigurarea asamblrilor filetate n general toate filetele folosite la asamblri demontabile fixe ndeplinesc condiia de

autofrnare, m . Datorit condiiilor de exploatare (vibraii, ocuri etc.) exist posibilitatea autodesfacerii asamblrilor. Astfel, a aprut necesitatea asigurrii asamblrilor filetate mpotriva autodesfacerii.

Se practic trei metode de asigurare i anume: a) asigurarea prin frecare suplimentar (asigurare cu contrapiuli fig. 5.16, a respectiv, cu

piuli cu inel din material plastic fig. 5.16, b); b) asigurarea cu elemente suplimentare (aib rotund cu nas, rsfrnt pe latura hexagonului,

fig. 5.17, a i b, cu cui spintecat fig. 5.10, e); c) asigurarea prin deformri plastice sau sudur (prin poansonare fig. 5.18, a respectiv, prin

sudare fig. 5.18, b).

Fig. 5.16. Asigurarea asamblrii prin frecare

suplimentar

Fig. 5.17. Asigurarea asamblrii cu elemente

suplimentare

Fig. 5.18. Asigurarea asamblrii prin deformare

plastic sau sudur

a b a b a b

- 64 - Mecanisme i Organe de Maini 5.5. ASAMBLRI PRIN PENE I CANELURI Asamblrile prin pene i caneluri sunt asamblri demontabile, care servesc la transmiterea

momentului de torsiune ntre un arbore i un butuc, mpiedicnd rotirea relativ dintre piesele asamblate, aflate n micare de rotaie (arbore i respectiv, roi dinate, roi de curea, volani, semicuplaje etc.).

Penele, dup poziia lor fa de axa pieselor asamblate i dup rolul funcional, se mpart n dou grupe: a) Pene transversale, montate transversal fa de axa pieselor asamblate. Aceast grup de pene

se folosete tot mai rar. b) Pene longitudinale, montate paralel cu axa geometric a pieselor de asamblat.

Principalele tipuri de pene i asamblri prin pene longitudinale sunt reglementate prin STAS 430. Dintre acestea, mai des folosite este pana i asamblarea cu pan paralel, STAS 1004.

Asamblarea prin caneluri poate fi considerat ca o asamblare cu mai multe pene longitudinale, care fac ns corp comun cu arborele. Dup forma seciunii transversale, canelurile pot fi (fig. 5.21): dreptunghiulare - STAS 1768 ... 1770; cu profil triunghiular - STAS 7346; n evolvent - STAS 6858.

5.5.1. Asamblri prin pene longitudinale paralele Penele paralele au seciunea dreptunghiular (fig. 5.19), iar forma capetelor (fig. 5.20)

poate fi: rotund (forma A); dreapt (forma B); combinat (forma C), conform STAS 1004. Momentul de torsiune se transmite prin contactul dintre arbore i pan, respectiv dintre pan i butuc. Se consider: pana este montat cu jumtate din nlimea h n canalul din arbore i jumtate n cel din butuc; sarcina se repartizeaz uniform pe suprafaa de contact dintre pan i arbore/butuc; sarcina acioneaz la braul d/2. ntre faa superioar a penei i fundul canalului din butuc este prevzut un joc.

Pana este solicitat la strivire (solicitare principal) i la forfecare. Tensiunea de strivire

(fig. 5.19) se poate calcula cu relaia 41

2 2

s t ts as

s cc

F M Md hA d h LL

= = = , (5.30)

unde: Fs este fora de strivire; As aria de strivire; Mt momentul de torsiune de transmis; Lc

L

A

A

A A

b

h

b

b

b

h h

h

d

Fig. 5.19. Asamblare prin pan paralel Fig. 5.20. Pene paralele - forme constructive

Forma A L=LC+b

Forma B LLC

Forma C

L=LC+2b

L

L

CL L

CLCL

CL

Organe de asamblare - 65 - lungimea de calcul la strivire a penei, as tensiunea admisibil la strivire.

Tensiunea admisibil la strivire pentru asamblri fixe, la care pana este executat din materialul OL60 1 K, STAS 500/2 sau din oel tras la rece pentru pene, conform STAS 6500 se adopt as = 100...120 MPa. Pentru asamblri mobile, din condiia de neexpulzare a uleiului necesar ungerii, as = pas = 10...30 MPa [2, 5].

ntruct dimensiunile seciunii penei sunt standardizate, n funcie de diametrul d al arborelui (STAS 1004), acceptnd n funcie de importana asamblrii tensiunea admisibil as, din relaia (5.30) se determin Lc

4 tc

as

MLd h= . (5.30)

Lungimea efectiv necesar L a penei se calculeaz n funcie de forma acesteia (fig. 5.20), dup care se majoreaz la cea mai apropiat valoare standardizat LSTAS cuprins n STAS 1004.

Pana este solicitat i la forfecare, verificarea la aceast solicitare efectundu-se cu relaia 2 t

f afSTAS

Md b L

= , (5.31) n care: b este limea penei; af tensiunea admisibil la forfecare, care se poate considera af = 60...80 MPa.

Notarea unei pene paralele de forma A, la care b = 8 mm, h = 7 mm i LSTAS = 40 mm se face dup cum urmeaz: pan paralel A8 7 40 STAS 1004.

5.5.2. Asamblri prin caneluri dreptunghiulare Asamblrile prin caneluri asigur transmiterea momentului de torsiune prin contactul

dintre proeminenele arborelui i butucului, contact ce se face pe flancurile acestora (fig. 5.21). Deoarece solicitrile de forfecare i ncovoiere sunt neglijabile, calculul asamblrilor prin caneluri se efectueaz numai la strivire, conform STAS 1767.

Sunt standardizate trei serii de arbori i butuci canelai: seria uoar, destinat asamblrilor fixe; seria mijlocie, destinat asamblrilor mobile cu cuplare n gol; seria grea, pentru asamblri mobile i cuplare n sarcin.

Se recomand alegerea seriei i a dimensiunilor asamblrii n funcie de diametrul necesar al arborelui, calculat din alte condiii de rezisten, din STAS 17681770, adic toate dimensiunile seciunii transversale, urmnd s se calculeze doar lungimea necesar a butucului canelat, conform indicaiilor din STAS 1767. Se recomand urmtoarele etape: - se calculeaz raz medie a canelurii rmed

4medD dr += ; (5.32)

- se calculeaz suprafaa portant S a

d

D

a b c

b

gc

Fig. 5.21 Asamblri prin caneluri: a- dreptun-ghiulare; b- triunghiulare; c- n evolvent

- 66 - Mecanisme i Organe de Maini tuturor canelurilor, necesar transmiterii momentului de torsiune:

t

med as

MSr = ; (5.33)

- se calculeaz suprafaa portant S a flancurilor la nivelul unitii de lungime

0 75 22

D dS' , g z = , (5.34) unde z este numrul de caneluri; coeficientul 0,75 ine seama c nu toate canelurile particip la transmiterea momentului de torsiune;

- se calculeaz lungimea minim necesar a butucului SLS'

= . (5.35) Tensiunea admisibil as se alege din STAS 1767. Lungimea L a butucului nu este standardizat. Se recomand ca

( )1 2 5L ... , d= . (5.36) Pentru verificarea unei asamblri canelate cu dimensiuni i materiale cunoscute se vor

utiliza relaiile:

0 75 22tcap med as t

D dM , g z L r M = (5.37) sau

0 75 22

ts as

med

MD d, g z L r

= . (5.38)

Fa de asamblrile cu pene, asamblrile prin caneluri prezint unele avantaje cum ar fi: gabarit mai mic la aceeai ncrcare; rezisten mai bun la oboseal; centrarea i ghidarea pieselor conjugate mai precis. Dezavantajul acestor asamblri const ntr-o tehnologie mai pretenioas i un pre de cost mai ridicat.

5.6. ASAMBLRI ELASTICE n construcia de maini i aparate sunt ntlnite des situaii n care legtura dintre prile

componente ale mainilor, mecanismelor, aparatelor etc., se realizeaz prin intermediul unor elemente elastice denumite arcuri.

Arcurile sunt organe de maini care sub aciunea forelor exterioare se deformeaz elastic, nmagazinnd lucrul mecanic al acestor fore. La dispariia forelor exterioare, arcul red parial sau integral lucrul mecanic nmagazinat. Arcurile realizeaz deci o asamblare elastic ntre diferite organe de maini sau elemente cinematice.

Arcurile pot servi pentru acumularea unei energii i cedarea acesteia n timp (arcuri de ceas, mecanisme de declanare, relee de timp mecanice); pentru amortizarea energiei de oc (reazemele elastice vibroizolatoare, suspensii de autovehicule), realizarea unei apsri elastice permanente (arcurile supapelor de siguran ale cuplajelor cu friciune), msurarea forelor (dinamometre) etc.

5.6.1. Clasificarea arcurilor. Tipuri constructive de arcuri Arcurile se pot clasifica dup mai multe criterii dintre care:

a) Dup forma constructiv n: arcuri elicoidale (fig. 5.22 i 5.23), arcuri spirale plane (fig. 5.24), arcuri bar de torsiune (fig. 5.25), arcuri disc (fig. 5.26), arcuri inelare (5.27), arcuri lamelare (fig. 5.28), arcuri din cauciuc (fig. 5.29), arcuri speciale etc.

Organe de asamblare - 67 -

b) Dup direcia i sensul forelor exterioare n: arcuri de compresiune, de traciune, de ncovoiere i de rsucire.

c) Dup seciunea semifabricatului, arcurile pot fi din srm rotund, dreptunghiular, ptrat, profilat etc.

5.6.2. Caracteristica arcurilor Se numete caracteristica unui arc curba care reprezint dependena dintre sarcina

exterioar ce acioneaz (for sau moment) i deformaia elastic pe care o produce (sgeat sau unghi de rsucire).

Fb F F2 F1 f Hb

H2 H1

H0 t

Di

Dm

De

Fig. 5.22. Arc elicoidal cilindric de compresiune

F

f F1 F2 Flim

H2Hlim

H1H0

d

DiD

mD

e

Fig. 5.23. Arc elicoidal cilindric de traciune

h

b

A-A

A A

Fig. 5.24. Arc spiral plan

L

d

F

F

Fig. 5.25. Arc bar de torsiune

F

F

Fig. 5.26. Arc disc

F

F Fig. 5.27. Arc inelar

F h f

b

l

Fig. 5.28. Arc lamelar

F

F

f

Fig. 5.29. Arc de cauciuc

d

- 68 - Mecanisme i Organe de Maini n figura 5.30, curba 1 reprezint caracteristica liniar a unui arc F c f= , (5.39)

unde: c reprezint rigiditatea arcului n N/mm2; f sgeata arcului.

Atunci cnd rigiditatea arcului este constant, caracteristica este liniar. Dac c constant,

caracteristica arcului poate fi progresiv (curba 2 din fig. 5.30) sau degresiv (curba 3 din fig. 5.30).

Caracteristica liniar este realizat de arcurile elicoidale cilindrice de compresiune sau traciune, arcul lamelar, arcul bar de torsiune etc.

Pentru arcul inelar din figura 5.27 i pentru arcurile n foi multiple, deformarea arcului ncepe numai dup nvingerea forelor de frecare dintre elementele arcului (fig. 5.31). Lucrul mecanic nmagazinat nu este redat integral, la ncetarea aciunii forei exterioare, ntruct o parte din aceasta este consumat pentru nvingerea forelor de frecare. Aria suprafeei OOAB din diagrama prezentat n figura 5.31 reprezint lucrul mecanic necesar nvingerii forelor de frecare, aceasta transformndu-se n cldur.

5.6.3. Calculul arcurilor lamelare Arcul lamelar (fig. 5.28) are de obicei o singur lamel, ncastrat la un capt i ncrcat cu

o for exterioar F, aplicat la captul ei liber. Aceste arcuri se folosesc ca arcuri de apsare n construcia mecanismelor, a dispozitivelor i aparatelor electrice, la mecanismele cu clichet i roat dinat etc.

Arcul lamelar este solicitat la ncovoiere, seciunea periculoas fiind cea din ncastrare, unde tensiunea de ncovoiere este

2 26

6

ii ai

z

M F l F lW b h b h

= = = , (5.40)

din care 2

6max aib hF

l= , (5.41)

unde: b, h, l sunt dimensiunile arcului, conform fig. 5.28; ai tensiunea admisibil la ncovoiere. Sub aciunea sarcinii F, captul liber al lamelei de arc se deplaseaz pe distana f, care

reprezint sgeata arcului i se determin cu relaia 3 3

34

3F l F lfE I E b h

= = , (5.42)

Fig. 5.30 Caracteristica arcului

F

f

2

3

1

Fig. 5.31 Caracteristica arcului inelar

F

f

O

O

A

B

C

Organe de asamblare - 69 -

n care: E este modulul de elasticitate longitudinal al materialului; 3

12b hI = momentul de inerie

al seciunii arcului. nlocuind n relaia (5.40) valoarea forei maxime Fmax, dat de relaia (5.41), se obine

sgeata maxim fmax 22

3ai

maxlf

E h= . (5.43)

Arcurile lamelare se execut din oel lat pentru arcuri, laminat la cald. 5.6.4. Calculul arcului elicoidal cilindric de compresiune Arcurile elicoidale cilindrice de compresiune sunt arcuri realizate din srm sau din bare

cu seciune rotund (fig. 5.22) sau dreptunghiular, nfurate dup elice pe o suprafa directoare cilindric.

Distana dintre centrele seciunilor a dou spire consecutive poart denumirea de pasul spirei i se noteaz cu t.

Materialul arcului este solicitat n principal la torsiune de ctre momentul creat de fora F. Diametrul seciunii srmei de arc se calculeaz cu relaia

1 6at

K F id , = , (5.44)

n care: K este un coeficient de form, care ine seama de curbura spirei; mDid

= este indicele arcului; at este tensiunea admisibil la torsiune a materialului arcului.

Pentru calcule aproximative se poate considera 1 61 400 600at,K i ... MPa.i

+ = Sgeata arcului, considernd c lucrul mecanic efectuat de fora exterioar este egal cu

lucrul mecanic de deformaie a spirelor arcului (adic nu exist frecri ntre acestea) se poate calcula cu relaia

38 F if n

G d= , (5.45)

unde: n reprezint numrul de spire active ale arcului; G modulul de elasticitate transversal al materialului arcului.

Se poate considera i = 4...16 i G = 8,1 104 MPa. Relaia (5.45) poate fi folosit i pentru determinarea numrului necesar de spire active,

dac se impune o anumit sgeat. Numrul total de spire nt este

t rn n n= + , (5.46) unde nr reprezint numrul spirelor de reazem (nr = 1,5...3,5).

Pasul arcului t se consider ft dn

+ + , (5.47) unde este o sgeat de siguran (se recomand 0,1d).

Lungimea arcului rectificat la capete n stare liber H0 rezult ( )0 0 5rH nt n , d= + . (5.48) Pentru arcurile cu lungime prea mare i o fixare a capetelor mai puin centric este

necesar i o verificare la flambaj.

6. ORGANE DE MAINI PENTRU SPRIJIN I LEGTUR

La realizarea unei transmisii mecanice, n afara organelor specifice angrenaje, curele

etc. concur i urmtoarele organe de maini: arbori, osii, lagre (cu alunecare sau cu rostogolire), cuplaje.

6.1. ARBORI I OSII Arborii sunt organe de maini destinate s transmit momente de torsiune i s preia

momente de ncovoiere. Osiile sunt organe de maini destinate prelurii numai a momentelor (sarcinilor) de

ncovoiere, fiind deci organe de susinere. Arborii au o larg utilizare n construcia de maini. Nu exist main care s nu conin n

construcia ei arbori de diferite forme i dimensiuni. Un arbore este constituit din urmtoarele pri componente (fig. 6.1, b): corpul arborelui,

prile de sprijinire denumite fusuri sau pivoi, prile de calare pe care se monteaz piesele de susinut (roi dinate, roi de curea, volani etc.).

6.1.1. Clasificarea arborilor Arborii pot fi clasificai dup mai multe criterii, dintre care:

a) Dup forma constructiv, n arbori drepi cu seciune constant (fig. 6.1, a) sau n trepte (fig. 6.1, b) i n arbori cotii (fig. 6.1, c).

b) Dup felul solicitrilor principale, n arbori solicitai la torsiune ncovoiere i arbori solicitai la ncovoiere.

c) Dup comportarea la vibraii, n arbori rigizi i arbori elastici. d) Dup poziia de lucru, n arbori orizontali, verticali sau nclinai.

Fig. 6.1. Arbori: a) arbore drept; b) arbore drept n trepte;

c) arbore cotit; d) arbore bar de torsiune

fus corp fus parte de calare

a b

d c

Organe pentru sprijin i legtur - 71 - 6.1.2. Materiale pentru arbori. Noiuni de tehnologie Materialele utilizate pentru realizarea arborilor trebuie s rspund cerinelor de solicitare

i funcionale, dar i celor tehnologice. Uneori aceste cerine sunt contradictorii. Spre exemplu, un material rezist foarte bine la solicitri, dar este greu de prelucrat prin achiere. n aceste cazuri intervine experiena proiectantului. Se pot da totui unele recomandri generale.

Pentru arbori de forme simple i solicitri reduse se recomand oeluri laminate: OL50, OL60, OL70 STAS 500/2. Pentru arbori intens solicitai se recomand oeluri carbon de calitate, care se supun operaiilor de tratament termic de normalizare sau mbuntire, OLC35, OLC45, STAS 880 sau oeluri aliate 35Mn16, 33MoCr11 STAS 791.

n cazul arborilor de forme complicate se poate utiliza procedeul turnrii din font cu grafit nodular, STAS 6071 sau oeluri de turnare STAS 600.

Arborii pot fi executai prin achiere, din bare (cazul produciei de unicate), din semifabricate forjate, matriate sau turnate n funcie de mrimea lotului ce trebuie realizat.

Arborii executai dup unul din procedeele amintite se supun unui tratament termic de normalizare, de mbuntire sau de clire superficial a fusurilor i prilor de calare, n funcie de destinaia i importana acestora. Dup tratamentul termic, fusurile i prile de calare se rectific, corpul putnd s rmn n forma iniial de strunjire, de degroare sau semifinisare.

Pentru arbori care trebuie s ofere condiii severe de rigiditate, nu se recomand utilizarea oelurilor superioare, nalt aliate, ntruct modulul de elasticitate longitudinal E nu depinde sensibil de marca de oel.

6.1.3. Calculul arborilor drepi Pentru calculul arborilor este necesar s se cunoasc att variaia momentelor de torsiune

ct i a celor de ncovoiere. Dac variaia momentelor de torsiune este mai uor de stabilit, variaia momentului de ncovoiere se poate cunoate numai dup determinarea distanei dintre reazeme i a poziiei forelor ce ncarc arborele fa de acestea.

Stabilirea distanei ntre reazeme se realizeaz n funcie de diametrul d, obinut prin calcul, lund n considerare numai solicitarea de torsiune

316' t

at

Md = , (6.1) unde Mt este momentul de torsiune ce se transmite; at = 1535 MPa tensiunea admisibil convenional la torsiune.

24 5...15 245...15Bp

(0,31)d (0,31)d

a b cL

Fig. 6.2. Aprecierea distanei dintre reazeme

- 72 - Mecanisme i Organe de Maini Valoarea tensiunii admisibile la torsiune at este mult sub posibilitile materialului

arborelui, pentru a ine seama de solicitarea de ncovoiere, care nu a fost luat n considerare. Acest calcul se mai numete i calcul de predimensionare.

n funcie de diametrul calculat d', se determin dimensiunile prilor de calare, ale fusurilor, a distanelor fa de carcase, a spaiului rezervat dispozitivelor de etanare etc., ceea ce permite stabilirea poziiei forelor fa de reazeme i deci calculul momentelor ncovoietoare i de torsiune ce acioneaz asupra arborelui, n fiecare seciune.

Unele recomandri legate de aprecierea distanei ntre reazeme sunt date n figura 6.2. n cazul n care forele acioneaz asupra arborelui dup direcii diferite (fig. 6.3), se

grupeaz toate forele dup dou direcii perpendiculare, de obicei planul orizontal H i planul vertical V, dup aplicarea torsorului forelor.

Considernd arborele din figura 6.2, asupra acestuia vor aciona forele Fr i Ft datorate angrenrii roii dinate i fora Fc, datorat transmisiei prin curea, aa cum se arat n figura 6.3. ntruct fora Ft nu acioneaz direct asupra arborelui, se consider n planul H trecnd prin axa arborelui dou fore egale i de sens contrar, astfel ca echilibrul s nu se schimbe. Se formeaz un cuplu al forelor Ft care solicit arborele la torsiune (Mt) i o for Ft care acio