Universitatea Tehnic din Cluj-Napoca

Facultatea de Construcii de Maini

Pres cu piuli rotitoare

Student: Petrar Flaviu Mihai

Coordonator: Prof. Buiga Ovidiu

Bistrtita, 2015

Cuprins

Tema de proiect2

Memoriu tehnic3

1. Consideraii generale3

2. Prezentarea variantelor constructive4

3. Justificarea soluiei alese4

4. Caracterstici funcionale5

5. Materiale5

6. Tolerane, rugoziti i condiii tehnice impuse5

7. Norme de protecia muncii6

Memoriu justificativ de calcul7

1. Trasarea diagramelor de fore si momente7

2. Alegerea materialelor pentru urub i piuli7

3. Alegerea filetului8

4. Dimensionarea urubului8

5. Proiectarea formei urubului9

6. Verificarea tijei urubului9

7. Verificarea spirelor urubului10

8. Dimensionarea piuliei10

9. Verificarea piuliei12

10. Proiectarea capacului14

11. Proiectarea elementului de acionare14

12. Proiectarea corpului presei15

13. Calculul randamentului transmisiei16

Bibliografie17

Tema de proiect

S se proiecteze o transmisie cu urub i piuli pentru urmtoarele date:

1. Tipul mecanismului este pres cu piuli rotitoare;

2. Fora maxim de acionare este F=23000 N;

3. Cursa maxim este h=230 mm.

Se cere:

a. Memoriu tehnic;

b. Memoriu justificativ de calcul;

c. Desen de ansamblu scara 1:1;

d. Desene de execuie pentru urubul de for i piuli.

Memoriu tehnic

1. Consideraii generale

Mecanismele cu urub i piuli se utilizeaz pentru transformarea micrii de rotaie n micare de translaie sau invers n condiii de transmitere a unor sarcini (ca transmisii de for ) sau avnd rol cinematic.

Obiectul prezentului proiect l constituie un mecanism urub-piuli cu acionare manual.

Utilizarea mecanismelor cu uruburi de micare n construcia de maini se datoreaz avantajelor pe care le prezint i anume:

construcie simpl i tehnologie de execuie uor realizabil;

posibilitatea de transmitere a unor sarcini axiale mari utiliznd fore de acionare mici;

raport mare de transmitere;

compactitatea construciei i gabarit redus;

funcionare lin i fr zgomot;

posibilitatea de a asigura n mod simplu autofrnarea;

permit utilizarea materialelor ieftine;

pre de cost sczut.

Ca dezavantaje ale mecanismelor cu uruburi de micare se menioneaz:

existena unei frecri mari ntre spirele filetului urubului i piuliei;

prezena unor puternici concentratori de tensiune n zona filetat afecteaz rezistena la oboseal a urubului;

lipsa autocentrrii;

necunoaterea exact a forelor de strngere.

Mecanismul proiectat este o pres cu piuli rotitoare, care are ca principal component un mecanism cu urub i piuli.

n general, presele cu urub cu acionare manual se utilizeaz n atelierele mecanice pentru montarea sau demontarea unor ajustaje presate cu dimensiuni reduse i medii, pentru ambutisarea sau tanarea unor piese de dimensiuni reduse care se execut ntr-un numr restrns de buci.

Presele cu piuli rotitoare au avantajul c, urubul executnd numai micare de translaie, poate veni n contact direct cu piesa care se preseaz.

2. Prezentarea variantelor constructive

2.1 Presa cu piuli rotitoare cu o coloan

Presa cu piuli rotitoare cu o coloan este alctuit dintr-o mas executat prin turnare din oel sau din elemente sudate, urubul principal acionnd n consol. Din acest motiv coloana trebuie s fie bine dimensionat, ea fiind solicitat la ncovoiere i traciune. urubul de micare execut numai micare de translaie fiind mpiedicat s se roteasc datorit fixrii cu pan paralel. Pana paralel este fixat n capac cu un urub, iar capacul este montat pe corpul presei cu ajutorul uruburilor de fixare. Piulia rotitoare, executat din font, este centrat n corpul presei i se sprijin axial pe rulmentul axial cu bile care preia sarcina axial ce apare n tija urubului n timpul presrii. Rulmentul axial are rolul de a nlocui frecarea de alunecare ce ar aprea ntre piuli i piesa de reazem cu frecarea cu frecarea de rostogolire, la care pierderile de energie sunt mult mai reduse. Piulia este acionat n micarea sa de rotaie de ctre butucul cu manete, fixarea mpotriva rotirii piuliei fa de butuc realizndu-se cu ajutorul unei pene. Pentru ca butucul s nu ias de pe piulia rotitoare, este fixat cu o piuli cu caneluri.

2.2 Presa cu piuli rotitoare cu dou coloane

Presa cu piuli rotitoare cu dou coloane este alctuit dintr-o mas turnat, in care sunt practicate de o parte i de alta dou guri filetate, n care se fixeaz cele dou coloane. n partea superioar a coloanelor se monteaz o travers fix, care va susine piulia rotitoare. Piulia este fixat n travers prin intermediul unui ajustaj cu joc, iar sarcina este preluat de un rulment axial cu bile, ce are rolul de a transforma frecarea de alunecare n frecare de rostogolire. Ansamblul piuli - rulment este prins in traversa fix prin intermediul unui capac asigurat cu dou uruburi de fixare. n partea inferioar a urubului de for se monteaz o travers mobil, ce va culisa de-a lungul coloanelor n timpul funcionrii. Aceasta are rolul de a mri aria de aciune a urubului de for i de a permite presarea unor piese de gabarit mai mare. Piulia este acionat prin intermediul unui butuc cu mnere, montat prin intermediul unei asamblri cu pan paralel si fixat cu ajutorul unei piulie canelate.

3. Justificarea soluiei alese

Dintre cele dou soluii prezentate anterior, am decis s aleg varianta presei cu dou coloane, ntruct aceasta se preteaz unei palete mai largi de aplicaii, datorit traversei mobile, dar i deoarece construcia acesteia este mai simpl.

Prezena traversei mobile i confer presei o arie de aciune mai mare a urubului, fcnd astfel posibil presarea unor piese de gabarite mrite. De asemenea, dimensionarea este mai facil, ntruct cele dou coloane sunt solicitate doar la traciune, neexistnd niciun moment ncovoietor.

n plus, elementele de fixare (uruburi, aibe, piulie, pene) sunt toate standardizate, fapt ce duce att la o interschimbabilitate foarte uoar i lipsit de costuri ridicate, ct i la uurarea proiectrii presei.

Aadar, aceast pres este una uor de realizat, ieftin, cu capacitate de a prelua sarcini mari i uor de manevrat.

4. Caracteristici funcionale

n funcionarea presei, se impun urmtoarele caracteristici funcionale:

- manevrarea facil de ctre un singur operator

- dezvoltarea unei fore de 23000 N

- parcurgerea unei curse de 230 mm

- siguran

5. Materiale

n construcia presei s-au folosit materiale metalice, in principal fonte i oeluri.

Pentru urubul de for s-a folosit oelul E360 (SR EN 10025), datorit proprietilor sale mecanice bune.

Piulia rotitoare s-a realizat din bronz CuSn12Ni2-C, pentru a reduce friciunea i pentru a face fa solicitrilor mari, mai ales n zona filetului.

Masa presei este realizat din oel E295, pentru a putea face fa solicitrilor de ncovoiere.

Restul prilor componente au fost realizate din diferite oeluri de uz general, n funcie de nivelul de solicitare al acestora.

6. Tolerane, rugoziti i condiii tehnice impuse

Piesele componente ale mecanismului nefiind piese de inalt precizie, s-a ales din clase de precizie mari. Pentru ajustajul filetat s-a ales precizia H8/h8, fiind n acord cu destinaia dispozitivului i tehnologia de execuie. Celelalte tolerane la dimensiuni s-au ales conform unor clase i precizii medii sau chiar grosolane, deoarece s-a considerat c nu este necesar impunerea unor precizii mai mari.

Rugozitile s-au prescris in funcie de procedeele tehnologice asupra crora s-a optat pentru prelucrarea pieselor componente ale dispozitivului. n general, suprafeele funcionale sunt obinute prin strunjire, rezultnd o rugozitate medie Ra = 3,2 m. S-a ales rectificarea pentru suprafaa de alunecare dintre piuli i traversa fix i pentru suprafaa de montare a rulmentului axial, rezultnd o rugozitate medie Ra = 1,6.

Condiiile tehnice impuse sunt urmtoarele:

- suprafeele funcionale i ansamblele componente se vor unge cu unsoare

consistent;

- suprafeele nefuncionale se protejeaz printr-un strat de vopsea;

- pe suprafeele pieselor turnate nu se admit urme de nisip, zgur sau

bravuri provenite din turnare;

- muchiile necotate se vor tei la 45

7. Norme de protecia muncii

Pentru prevenirea unor eventuale accidente n timpul utilizrii presei s-au prevzut o serie de msuri de protecie:

- dimensionarea corect a ansamblului i verificarea acestuia la solicitri compuse

- inspecia vizual a presei nainte de folosire

- respectarea limitei de sarcin (23000 N)

- manevrarea corespunztoare de ctre personal calificat

- evitarea ocurilor

- fixarea presei pe un suport solid

- respectarea condiiilor optime de ungere

Memoriu justificativ de calcul

1. Trasarea diagramelor de fore si momente

Pentru presa cu piuli rotitoare cu dou coloane, diagrama de fore i momente are urmtoarea form:

2. Alegerea materialelor pentru urub i piuli

Pentru urubul de for se alege un oel E360 (SR EN 10025), datorit proprietilor mecanice ridicate.

Pentru piulia rotitoare se alege un bronz CuSn12Ni2-C pentru a reduce friciunea cu spirele urubului.

3. Alegerea filetului

Pentru urubul presei se alege un filet trapezoidal, datorit rezistenei sale la uzur i a randamentului crescut. ntruct nu este necesar autofrnarea, se va alege un numr de 2 nceputuri.

4. Dimensionarea urubului

Se calculeaz diametrul mediu d2 al filetului:

d2=(F/(*h*m*pa))= (23000/(3,14*0,5*1,8*9))=30,07 [mm] , unde

F - fora axial maxim, n N

h - coeficientul nlimii spirei - pentru filet trapezoidal h=0,5

m - coeficientul lungimii filetate a piuliei, s-a ales m=1,8

pa - presiunea de contact admisibil pentru materialele alese, pa=9

h=H1/P, unde

H1 - nlimea util a filetului, n mm

P - pasul filetului, n mm

m =

m=m/d2=P*z/d2, unde

m - lungimea filetului piuliei, n mm

z - numrul de spire

Se alege filetul standardizat Tr34, cu urmatoarele caracteristici:

d=34 mm - diametrul nominal

d2=D2=31 mm - diametrul mediu

P=6 mm - pasul

D4=35 mm - diametrul exterior

d3=27 mm - diametrul interior

D1=28 mm - diametrul interior

ac=0,5 mm - jocul la vrf

Se calculeaz momentul de nurubare:

T1 = 0,5 x F x d2 x tan(2+') [N x mm] = 0,5 x 23000 x 31 x tan(7.239+5.91) =80789,585 N x m

T1=0,5*F*d2*tan(2+') [N*mm] = 0,5*23000*31*tan(7.239+5.91)=80789,585 N*m unde

2 - unghiul de nclinare al elicei pe cilindrul cu diametrul mediu d2

' - unghiul de frecare aparent

2=arctan [

2=arctan(Ph/ (*d2))=arctan(12/(3,14*30.07))=7,239 unde

Ph=n x P, unde n - numrul de nceputuri

'=arctan (

'=arctan(/cos1)=arctan(0,10/cos15)=5,91 unde

- coeficientul de frecare pentru cuplul de materiale ales, =0,1

1 - unghiul de nclinare al flancului activ al filetului, 1=15 la filetul trapezoidal

Se calculeaz numrul de spire aflate n contact:

z= m x

z= m*d2/P=1,8*30.07/6=9,02 -> se ndeplinete condiia 6 se verific

Se ia lungimea de fixare a butucului lm=35 mm.

Se calculeaz lungimea penei:

lp=lm-4=35-4=31 mm

Se calculeaz diametrul de centrare:

De=Dc+8 = 60+8 = 68 mm

Se verific condiia de grosime minim a peretelui:

g3=(De-D0)/2 >= 5 mm

g3=(68-40)/2=14 mm > 5 mm ->se verific

Zona 3

Se calculeaz lungimea de centrare a piuliei n corp:

lct=1*De=68 mm

Se alege un rulment axial cu bile astfel nct diametrul su interior s fie mai mare dect diametrul de centrare De. Rezult rulmentul 51115, cu urmtoarele caracteristici:

drul = 75 mm - diametrul interior

Drul = 100 mm - diametrul exterior

Hrul = 19 mm - inlimea

C0 = 137 kN - sarcina static de baz

Se alege diametrul gulerului astfel nct s fie respectat relaia:

dm hg=26 mm;

Se calculeaz lungimea poriunii de diametru De:

le=lct+Hrul/2+2,5 = 70+19/2+2,5=82 mm

Se calculeaz lungimea poriunii de diametru drul:

lrul=Hrul/2 = 19/2 = 9,5 mm

Se calculeaz momentul T2:

T2=0,5*rul*drul*F = 0,5*0,01*75*23000 = 8625 N*mm , unde

rul - coeficientul de frecare din rulment, rul=0,01

Se calculeaz momentul total T:

T=T1+T2 = 80789.585+8625=89414.585 N*mm

9. Verificarea piuliei

Verificarea corpului piuliei

Zona 1

Se face verificarea la solicitri compuse cu criteriul von Mises:

ech=(c^2+3*t^2) =dc -> l3=22 mm

l4=(1,5...2)*d'= 40 mm

l5=10 mm

H2=Hrul+hg+2=19+26+2 = 47 mm , unde Hrul - nlimea rulmentului; hg - nlimea gulerului piuliei

H1=lct+H2-2 = 68+47-2= 113 mm

H3 = 10 mm

H4=l3+2 = 24 mm

H5=l4+5 = 45 mm

H6>=H5 -> H6 = 45 mm

a=30 mm

b=0.5*a=15 mm

c=10 mm

e=0.6*c = 6 mm

L1=5*De=5*68=340 mm

L2=L1=350 mm

l=L1/2+l5+d4/2=350/2+10+28/2=199 mm

n masa presei s-au practicat canale T standardizate, conform SR1385, cu dimensiunea nominal A10 mm i pasul 50 mm.

Verificarea traversei fixe la ncovoiere se face cu relaia:

i=Mi/W=3*F*l/((D3-De)*(H1-H2)^2) se verific

Proiectarea i dimensionarea traversei mobile se face constructiv, n funcie de dimensiunile urubului si a celorlalte elemente ale presei.

13. Calculul randamentului transmisiei

Randamentul se calculeaz cu relaia:

=tan2/(tan(2+')+drul/d2*rul) =

=tan(7,239)/(tan(7,239+5,91)+75/30.07*0,01)= 0,49 = 49% , unde

2 - unghiul de nclinare al elicei pe cilindrul cu diametrul mediu d2

' - unghiul de frecare aparent

df - diametrul de fus al rulmentului

d2 - diametrul mediu al filetului urubului

rul - coeficientul de frecare din rulment

17