VINCI CU URUB VERTICALTema de proiectare:

Sa se dimensioneze i s se verifice prile componente ale unui vinci cu urub vertical care ridic o sarcin [N] la iAnlimea [mm]. Acionarea vinciului va fi manual.

Vinciurile servesc la ridicarea diferitelor greuti. Mecanismul de acionare al vinciului va fi cu manivel cu clichet. Prile componente ale vinciului sunt prezentate n figura 1.

1. Sistemul de rezemare al sarcinii

2. urub vertical

3. Roat cu clichet

4. Piuli (buc filetat)

5. Corpul vinciului

6. Sistemul de limitare a cursei

7. Pan paralel

8. Bol

9. Prghie de acionare

10. Arc

11. Prelungitor

12. Opritor

13. Clichet

14. tift de blocare

Figura 1

CAPITOLUL ICalculul urubului vinciului1.1 Variaia forei i a momentelor pe lungimea urubului

Pentru calcul, n scopul determinrii seciunilor periculoase, este necesar cunoaterea diagramei forelor i momentelor de rsucire care solicit tija urubului. n figura 1.2 este prezentat schema de principiu a unui vinci cu urub precum i variaia forei i a momentelor de torsiune care solicit urubul vinciului.

Figura 1.2

Notaiile din figur au urmtoarele semnificaii:

G - sarcina de ridicat

M1 - momentul de frecare dintre spirele urubului i ale piuliei (sau momentul de nurubare)

M2 - momentul de frecare dintre cup i reazem

M0 - momentul de acionare la prghie

Mrimea momentului de frecare M0 este dat de relaia: M0=M1+M21.2 Alegerea materialului pentru cupla urub-piuli i alegerea tipului filetului

Materialul cuplei urub-piuli pe lng condiia de rezisten , trebuie s aib o bun rezisten la uzur. n acest sens se urmrete ca uzura s fie concentrat pe piuli, aceasta fiind o pies mai puin costisitoare, care poate fi uor de nlocuit.

Pentru urub se va alege un material cu duritate ridicat i proprieti bune de prelucrare, de obicei oel carbon obinuit (OL 50), iar pentru piuli se va alege un aliaj pe baz de cupru (CuPb10Sn10).

Se va alege filetul trapezoidal deoarece are o bun rezisten i rigiditate; permite eliminarea jocului axial rezultat n urma uzrii; poate transmite sarcini mari, variabile n ambele sensuri; randamentul este cu circa 4-5% mai mic dect al filetului ptrat.

1.3 Predimensionarea tijei urubului

n timpul ridicrii sarcinii, urubul vinciului este solicitat la compresiune de fora G i la rsucire de momentul M1, respectiv M2. Predimensionarea tijei urubului se va face la compresiune (sau traciune) pe baza unei fore de calcul Gc= G , unde este factor de majorare a forei G pentru a considera i solicitarea de rsucire:

[MPa] sau [N/mm2] - tensiunea admisibil la compresiune a materialului surubului

[N] => =>

[mm]

[N]

[mm]- aria tijei urubului

Se adopt (din anex) un filet trapezoidal (Tr dxp) care are , i se extrag din tabel toate dimensiunile corespunztoare filetului adoptat: d3 (diametrul interior al urubului), d (diametrul nominal al urubului), p (pasul filetului), d2 (diametrul nominal mediu al urubului), D2 (diametrul nominal mediu al piuliei), D1 (diametrul nominal interior al piuliei), D4 (diametrul nominal exterior al piuliei).

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]1.4 Verificarea condiiei de autofrnare

Asigurarea autofrnrii apare ca cerin n majoritatea construciilor cu urub de micare. La sistemele acionate manual este preferabil ca autofrnarea sa se realizeze direct de ctre filet. Filetele asigur autofrnarea atunci cnd unghiul de nclinare a filetului () este mai mic dect unghiul de frecare redus ('):

' unde:

- unghiul profilului filetului trapezoidal [] - coeficient de frecare ntre spirele filetului urubului i ale piuliei ce depinde de cuplul de materiale urub-piuli,

[]

[]1.5 Verificare urubului la solicitarea compus

Se verific urubul la solicitate compus (compresiune sau traciune i rsucire) n zona cea mai solicitat, acolo unde fora G i momentul de frecare M1 au valoare maxim.

- Compresiune (traciune) de ctre fora G

[MPa]

- Rsucirea (torsiunea) de ctre momentul de nurubare M1

[Nmm]

[MPa]

Se determina efortul normal echivalent:

[MPa] sau [N/mm2] - tensiunea admisibil la compresiune a materialului urubului

[MPa]1.6 Verificarea urubului la flambaj

uruburile lungi, solicitate la compresiune, sunt n pericol de a flamba. Dimensiunile filetului, anterior precizate, trebuie s asigure o siguran i fa de flambaj.

n figura 1.4 este reprezentat schematic flambajul urubului vinciului. Pentru calculul lungimii de flambaj se consider cazul barei ncastrate la un capt i liber la celalalt capt, lungimea de flambaj, lf, putndu-se calcula cu relaia: lf = 2 L

Figura 1.4

Pentru sistemele cu urub se poate lua acoperitor , unde H este cursa de realizat.

[mm]

[mm]

Se determina coeficientul de zveltee i se determin tipul flambajului:

[mm2] - aria seciunii transversale prin urub

[mm4] - momentul de inerie al seciunii transversale prin urub

[mm] - raza de inerie minim

Apoi, dup ce se calculeaz coeficientul de zveltete , se compar valoarea acestuia cu valoarea coeficientului critic de flambaj 0, caracteristic pentru materialul surubului si se stabileste tipul flambajului:- dac < 0 flambajul este plastic- dac 0 flambajul este elastic

Pentru OL50 coeficientul

Dup ce s-a stabilit tipul flambajului se calculeaz coeficientul de sigurant la flambaj cf

[MPa] - modulul lui Young

[N] - fora critic la flambaj

cf

CAPITOLUL IIPiulia vinciului

Piulia vinciului are forma unei buce cu guler (figura 2.1) cu filet interior corespunztor tipului de filet ales la urub.

a) b)

Figura 2.1

2.1 Dimensionarea piuliei

Dimensionarea piulitei necesit stabilirea numrului de spire ale acesteia. Numrul de spire z se va determina din conditia de rezistent la uzare. n actionrile cu viteze mici, principalul parametru care determin intensitatea uzrii si implicit durabilitatea, este presiunea de contact (tensiunile de contact) ntre spire. n ipoteza repartizrii uniforme a sarcinii pe spire si neglijnd unghiul de nclinare a spirei, numrul de spire necesare rezult din relatia: [MPa] - presiunea admisibil de strivire funcie de cuplul de materiale urub-piuli (oel-bronz).

[spire]

Datorit ncrcrii neuniforme a spirelor: zcalculat zmax = 12 spireSe adopta:

[spire]

Se calculeaz nlimea piuliei: [mm] Corpul piulitei este solicitat la tractiune (de ctre forta G) si la rsucire (de ctre momentul de nsurubare M1). Diametrul exterior al corpului piulitei (De) se poate determina dintr-o predimensionare la tractiune cu o fort de calcul Gc= G pentru a tine cont si de efectul rsucirii: [MPa] - rezistena admisibil la traciune a materialului piuliei (bronz)

De

Se adopta: [mm]

Gulerul piuliei este solicitat la strivire, ncovoiere i frecare. Diametrul gulerului piuliei (Dg) se poate determina din solicitarea la strivire: [MPa] - presiunea admisibil de contact a materialului piuliei

Dg

Se adopt: [mm]

nltimea gulerului piulitei (hg) se alege constructiv:

[mm] Se adopta:

Este necesar s se verifice gulerul piulitei considernd forta G aplicat la mijlocul suprafetei de contact (fig. 2.1.b). Se verific piulita la solicitare compus att la ncovoiere ct si la forfecare: [MPa] - rezistenta admisibil la ncovoiere a materialului piuliei

[MPa]

[MPa]

2.2 Asigurarea piulitei

Pentru a mpiedica rotirea piulitei fat de corp se monteaz un stift filetat (pozitia 14 din figura 1). Momentul care tinde s roteasc piulita este momentul de frecare dintre spirele filetului surubului si ale piulitei (M1). Momentul care mpiedic rotirea acesteia fat de corp, este momentul de frecare dintre gulerul piulitei si corpul vinciului (M3), dat de relatia: - coeficient de frecare funcie de cuplul de materiale urub-piuli

[Nmm]Dac M3 > M1 piulia nu se va roti i deci tiftul de blocare se monteaz pentru siguran.

CAPITOLUL IIISistemul de rezemare al sarcinii

Sistemul de rezemare a cupei pe captul urubului este prezentat n figura 3.1.

1 - Cup

2 - urub de fixare cup

3 - aiba

4,5 - urub i aib fixare aprtoare

6 - Rulment axial

7 - Aprtoare

8 - Inel de psl

9 - aib de sprijin cup

3.1 Alegerea rulmentului

n scopul frecrii dintre cupa i captul urubului se va utiliza un rulment axial cu bile. Dimensiunile rulmentului se aleg n funcie de diametrul d3rul al captului urubului i de capacitatea static de ncrcare C0.

Diametrul d3rul se stabilete constructiv:

[mm]

Valoarea rezultat se rotunjete la un numr ntreg, potrivit dimensiunilor recomandate pentru rulmeni axiali cu bile pe un rnd, cu simplu efect.

Rulmentul se va alege n funcie de diametrul d3rul i de capacitatea static de ncrcare C0 calculat cu relaia: C0 = s0 P0 [N] - sarcina static echivalent

- factorul de siguran static ce depinde de condiiile de exploatare; s0=1 pentru o exploatare normal fr condiii deosebite n privina rotirii.

[N]

Din anexe se alege seria rulmentului corespunztoare diametrului d3rul i a capacitii statice de ncrcare C0,

Am adoptat:

[mm]

[mm]

[mm]

[N] 3.2 Dimensionarea cupei

Cupa se execut turnat i va avea forma de mai jos atunci cnd cupa este rezemat pe rulment:

Figura 3.1

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[mm] [mm]

[mm]3.3 Dimensionarea captului urubului

Dimensiunile captului urubului sunt determinate n primul rnd de modul de rezemare al cupei pe captul urubului. De felul rezemrii cupei depinde valoarea momentului de frecare dintre cupa i captul urubului M2. Acest moment mpreun cu momentul de frecare dintre spirele urubului i ale piuliei determin dimensiunile prghiei de acionare.

Deoarece cupa se sprijin pe rulment, valoarea momentului M2 este dat de relaia:

- coeficientul de frecare de rostogolire

[mm]

[mm] - raza medie a suprafeei de contact corespunztoare diametrului de rulare al bilelor rulmentului

[Nmm]

Captul surubului va avea forma prezentat n figura 3.3 , iar dimensiunile captului surubului se stabilesc constructiv, n situatia cnd cupa este montat pe rulment, actionarea cu mner cu clichet, iar asigurarea cupei se face cu surub.

[mm]

[mm]

h8 - n funcie de dimensiunile cupei

h9 - n funcie de dimensiunile roii de clichet

h10 - 6 .... 10 [mm]CAPITOLUL IVMecanismul de acionare al vinciului

Acionarea vinciului se face cu manivela cu clichet ce permite acionarea urubului n limitele unor spaii reduse. n acest caz micarea are loc pe un arc.

Prile componente ale mecanismului de acionare sunt prezentate n figura de mai jos.

1 - mner

2 - bol

3 - arc

4 - roat de clichet

5 - pan paralel

6 - clichet

7 - opritor

8 - prghie de acionare

4.1 Roata de clichet

Pentru dimensionare roii de clichet se recomand urmtoarele date i relaii:

- Numrul de dini ai roii de clichet, se adopt: [dini]- Diametrul interior al roii de clichet: [mm]- Diametrul de divizare al roii de clichet: [mm]- Pasul roii de clichet: [mm]- Grosimea dinilor: [mm]- nlimea dinilor: [mm]- Diametrul exterior al roii de clichet: [mm]- Limea roii de clichet: [mm]

Fora care solicit dintele roii de clichet este fora F, care se determin cu relaia:

[N]M1 - momentul de frecare dintre spirele urubului i ale piuliei (sau momentul de nurubare)

M2 - momentul de frecare dintre cup si reazem

M0 - momentul de acionare la prghie

Mrimea momentului de frecare M0 este data de relaia:

[Nmm]

Deoarece cupa se sprijin pe rulment, valoarea momentului M2 este dat de relaia:

[Nmm]

Sub aciunea forei F, dintele se poate rupe n zona de ncastrare n roata, astfel nct este necesar s se verifice aceast seciune solicitat la ncovoiere i forfecare:

[MPa]

[MPa]

[MPa]

[MPa]4.2 Pana de fixare a rotii de clichet

Roata de clichet se monteaz pe captul surubului, n zona diametrului d0 prin intermediul unei pene paralele standardizate. Dimensiunile b si h ale penei sunt date n anex n functie de diametrul d0.

Forta care solicit pana:

-coeficient de frecare

[N]

Lungimea penei se determin cu relatia:

- pentru d0: [mm]; [mm]

[MPa] - presiunea admisibil la strivire

[mm]

Lungimea penei rezultate din calcul trebuie s fie mai mic dect ltimea rotii si se standardizeaz conform STAS 1005-71. n funtie de bxh se alege din tabel si t1 , t2 si lSTAS , corespunztoare penei. Apoi se verific pana la forfecare cu relatia:

[MPa] :=9.29 af - rezistena admisibil la forfecare a materialului piesei (OL60).

4.3 Manivela de actionare si boltul

Manivela de actionare are forma unei furci cu dou saibe care cuprind roata de clichet montat pe captul surubului vinciului cu pan. clichet montat n furc prin intermediul unui bolt asigurat cu splint. n zona manson a prghiei se monteaz opritorul, arcul ce mentine opritorul n contact cu clichetul si parghia de actionare. Unele dimensiuni ale mnerului clichetului se adopt constructiv.

- Diametrul saibelor ce cuprinde roata de clichet:

[mm]

- Grosimea aibelor: [mm] - Lungimea mnerului n dreptul boltului: [mm] - Lungimea mnerului: [mm]

- Lungimea de fixare a prghiei de actionare: [mm]

- Distanta de la roata de clichet la bolt: [mm]

- Lungimea bratului de actionare:

- numrul de lucrtori care actioneaz parhia

- coeficient de simultaneitate n timpul lucrului

[N] - forta dezvoltat de un lucrtor

[mm]

- Lungimea efectiv:

[mm] - lungimea necesar pentru apucarea prghiei cu mna

[mm]

- Lungimea prelungitorului: [mm]

- Diametrul prghiei de actionare se determin pe baza solicitrii la ncovoiere, produs de forta Q0:

[MPa] - rezistenta admisibil la ncovoiere a materialului prghiei

D0[mm] [mm]

- Diametrul zonei manson a mnerului cu clichet:

[mm]

- Diametrul boltului se determin pe baza solicitrii la ncovoiere din sectiunea C-C, figura de mai jos, unde se prezint schema fortelor care ncarc boltul clichetului:

d4[mm] [mm]

F0 - forta ce solicit dintele rotii de clichet

ai - rezistenta admisibil la ncovoiere a materialului boltului, [MPa]

Dimensiunile boltului se vor alege din STAS 5754-73 n functie de diametrul d4 si de dimensiunile pieselor. Dimensiunile mnerului fiind stabilite constructiv este necesar ca acesta s se verifice n functie de solicitrile ce apar.

Se verific mnerul cu clichet la ncovoiere, n sectiunea A-A, cu relatia:

[MPa]

n sectiunea C-C mnerul este solicitat la ncovoiere de momentul Mc dat de forta Qi si la tractiune de forta N ca n figura de mai jos:

Se verific sectiunea slbit de gaur pentru bolt, sectiunea C-C (din prima figur din capitolul 4):

[mm4]

[mm3]

[Nmm]

[MPa]

[rad] - unghiul pe care l formeaz directia de aplicatie a fortei F cu orizontala.

[N]

[MPa]

Efortul unitar rezultat se determin cu relatia:

[MPa]

[MPa] Se verific presiunea de contact dintre prghie si bolt:

[MPa]

[MPa]4.4 Clichetul

Forma si dimensiunile clichetului se adopt constructiv, respectndu-se la scar ansamblul roat de clichet-clichet; constructia grafic trebuie sa respecte urmtoarele conditii:

- Distanta O1O2 s fie egal cu l2;

- Forta F, s lucreze la jumtatea nltimii dintelui, iar directia acesteia s fie tangent la cercul de divizare al rotii de clichet si s treac prin axul boltului.

Pentru stabilirea formei clichetului se recomand urmtoarele relatii:

- Unghiul dintelui fat de centrul boltului:

[]- Unghiul dintre vrful clichetului si centrul boltului:

[]- Unghiul de la vrful clichetului:

[] Grosimea clichetului se consider egal cu ltimea rotii de clichet (b), iar (b4) si (e) se determin grafic, reprezentnd clichetului la scar. n sectiunea A-A, clichetul este solicitat la ncovoiere si compresiune, fiind necesar verificarea acestei sectiuni. Se verific efortul rezultant:

[mm] [mm] [MPa] - rezistenta admisibil la ncovoiere a materialului clichetului

[MPa][MPa]

[MPa]

Este necesar s se verifice presiunea de contact dintre clichet si bolt:

[MPa] - presiunea admisibil de contact dintre bolt si clichet

[MPa]4.5 Sistemul de blocare al clichetului

Contactul dintre clichet si roata de clichet se realizeaz cu ajutorul opritorului si a arcului prezentat n figura de mai jos.

Dimensionarea arcului necesit parcurgerea urmtoarelor etape:

- Se alege diametrul srmei:

[mm]- Se alege indicele arcului:

- Diametrul mediu al arcului:

[mm]- Coeficientul de form al arcului:

- Fora de montaj al arcului:

[N]- Numrul de spire active:

[spire]- Numrul de spire de rezerv:

[spire]- Numrul total de spire:

[spire]- Sgeata maxim de lucru:

[mm] - cursa arcului

[MPa] - modul de elasticitate transversal al materialului

[mm] - sgeata de montaj

[mm]- Sarcina maxim de exploatare:

[N]- nlimea arcului blocat:

[mm]- Pasul arcului:

[mm]

[mm]- nlimea arcului n stare liber:

[mm]- Sgeata arcului la blocare:

[mm]- Sarcina de blocare a arcului:

[N]- Unghiul de nfurare al arcului:

[rad] []

[rad]- Lungimea srmei din care se execut arcul:

[mm]- Arcul dimensionat se verific la torsiune:

[MPa]

[MPa]- Se calculeaz rigiditatea arcului:

[N/mm]CAPITOLUL VCorpul vinciului

Corpul vinciului se execut turnat: forma corpului este cea prezentat in figura de mai jos. nlimea corpului H2 se determin din condiia, ca n poziia cea mai de jos, captul urubului s nu ating postamentul. n scopul asigurrii stabilitii vinciului, corpul se face de form tronconic cu nclinare:

Pentru a nu se mpiedica funcionarea urubului se adopt:

[mm]De - diametrul exterior al piuliei

[mm]m - nlimea piuliei

- Diametrul interior la baza de rezemare:

[mm]- Se recomand pentru grosimea pereilor corpului:

[mm] [mm]- Dimensiunile parii cilindrice a corpului:

[mm]

[mm]- Diametrul D8 , se determin din condiia presiunii de contact:

[MPa] - presiunea admisibil de contact

[mm]- Razele de racordare:

[mm]

[mm]iar valorile rezultate se rotunjesc la una din urmtoarele valori: 1; 2; 3; 5; 8; 10; 15; 20; 25; 30; 40 stabilite de STAS.

Corpul vinciului este solicitat la compresiune sub aciunea sarcinii de ridicat i se verific corpul n baza acestei solicitri:

[MPa]

[MPa]