UNIVERSITATEA DE NORD BAIA MAREFacultatea de Inginerie MecanicaDisciplina: Mecanisme si Organe de Masini

PROIECT LA ORGANE DE MAŞINIAN II

CATEDRA DE CONSTRUCTII DE MASINIResponsabil de disciplina:Asist.univ.dr.ing. Marius ALEXANDRESCU

Student: ANUL II IEDM

Anul Scolar 2007-2008

1

Tema de proiectare

Sa se proiecteze un redactor cilindric cu o treapta de transmisie prin care se

actioneaza o pompa centrifugala timp de 8 ore in mers continuusi fara vibratii.

Transmisia dintre motorul electricasincron de actionare si redactor se face prin

curele trapezoidale

Date de proiectare:

- raportul de transmisie a reductorului i=4

-puterea motorului electric P=50kw

-turatia arborelui de intrare in redactor ni=700 rot/min

2

Cuprins

Consideratii generaleReductoare cu angrenaje cilindrice Prezentarea variantelor constructiveVarianta constructiva aleasaSchema cinematicaNorme de protectia munciiMemoriu justificativ de calcul1. Date initiale2. Alegerea valorilor medii ale randamentelor3. Calculul turatiilor pe arbori4. Stabilirea momentului de torsiune 4.1. Momentul de torsiune pe arboreale de intrare 4.2 Momentul de torsiune pe arborele de iesire5. Calculul puterii pe arbori 5.1 Puterea pe arborele de intrare 5.2 Putera pe arborele de iesire6. Alegerea materialului pentru roti dintate7. Alegerea numarului de dinti8. Presiunea de contact admisibila9. Modulul angrenajului10. Diametrele de divizare 11. Distanta axiala elementara12. Raportul de angrenare13. Elementele cremalierei de referinta STAS 821/8214. Unghiul de angrenare15. Suma deplasarilor de profil16. Coeficinetul de modificare a distantei axiale17. Coeficinetul de scurtare a inaltimii dintelui18. Diametrele cercurilor de cap19. Diametrele cercurilor de picior20. Inaltimea dintelui21. Diametrul cercurilor de baza22. Diametrele cercurilor de rostogolire23. Pasul pe cercul de divizare24. Latimea rotilor25. Gradul de acoperire al angrenajului26. Lungimea peste dinti27. Numarul de dinti care se poate executa fara sa apara ascutirea la varf28. Verificarea danturii la solicitarea de incovoiere29. Calculu fartelor care actioneaza in angrenaj29.1. Forta normala pe arboreal 129.2.Forta tangentiala pe arboreal 129.3.Forta radiala pe arboreal 1

3

29.4. Puterea de calcul29.5. Momentul de torsiune de calcul29.6. Forta normala de calcul pentru arboreal 129.7. Calculul de rezistenta al angrenajului cu dinti drepti29.8. Forta normala pentru arborele 229.9. Forta tangentiala pe arborele 229.10. Forta radiala pentru arborele 229.11. Puterea de calcul pentru arborele 229.12. Momentul de torsiune pentru arborele 229.13. Forta normala de calcul pentru arborele 229.14. Calculul de rezistenta al angrenajului cu dinti drepti30. Calculul reactiunilor pe arbori30.1. Reactiunile pe verticala30.2. Reactiunile pe orizontala30.3. Determinarea momentelor de incocoiere

4

Consideratii generale

Proiectarea este o activitate tehnica desfasurata in vederea intocmirii

documentatiei strict necesare pentru executarea unui ansamblu, masina.

Masina reprezinta un complex de corpuri materiale cu functii si miscari

determinate, destinat sa execute un lucru mechanic util legat de un process de productie

sau de transformare a energiei.

Organelle de masini sunt parti constructive ale complexului masina fiind definite

ca organe de masini care pot avea forma sau forme asemanatoare si cu posibilitate de

proiectare specifica.

Proiectarea masiilor si a organelor de masini trebuie sa satisfaca urmatoarele

cerinte principale: functionare superioara, fiabilitate ridicata, executie si exploatare cat

mai eficienta din punct de vedere economic, siguranta in exploatare.

Transmisile mecanice dintre motor si masina de lucru maresc sau micsoreaza

viteza,respective momentul transmis, modifica traiectoria sau caracterul miscarii,

modifica sensul sau planul de miscare, regleaza si modifica viteza,sumeaza miscarea si

momentele de transmis pe la mai multe motoare sau distribuie miscarea la mai multe

masini sau organe de lucru, protejeaja organelle masinii motoare contra suprasarcinilor.

Transmisile mecanice pot fi prin angrenare si prin frecare. Transmisile prin

angrenare cu raport de transmitere constant montate in carcase inchise se numesc

reductoare cand reduce turatia siamplificatoare cand maresc turatia.

Reductoarele pot fi cu una, doua sau mai multe trepte de reducere, construite fie

ca subansamble isolate, fie ca facand parte din ansamblul unei masini. In functie de

pozitiile relative ale arborelui motor si condos reductoarele se construiesc cu roti dintate

cilindrice, cu roti conice si roti pseudoconice sau in combinatii de roti conice sau

angrenaje melcate

Reductoarele dupa tipul angrenajului pot fi: cilindrice, conice, elicoidale,

pseudoconice, melcate sau combinate.

Reductoarele cu roti dintate au o larga utilizare datorita avantajelor pe care le

prezinta: raport de transmitere constant, posibilitati de realizare a unor transmisii cu

5

incarcari de la cativa newtoni la incarcari foarte mari, gabarit redus si randament ridicat

intretinere simpla si ieftina

Ca dezavantaje se mentioneaza: cost ridicat relativ, executie si montaj de precizie,

producerea de zgomot, socuri si vibratii.

Reductoare cu angrenaje cilindrice

Reductoarele cu angrenaje cilindrice sunt cele mai raspandite datorita unei game

largi de puteri si rapoarte de transmitere ce se poate realize cu ajutorul lor cat si a

posibilitatii tipizati si executiei in uzine specializate.reductoarele cu angrenaje cilindrice

pot fi construite cu roti dintate cilindrice cu dinti drepti,inclinati in V, cu dantura

exterioara si, foarte rar cu dantura interioara. Felul danturii depinde de viteza periferica a

rotii si de destinatia transmisiei.

Rotile dintate cilindrice cu dinti drepti se recomanda: la viteze periferice reduse,

cand nu apar socuri si zgomot, in cazul in care nu se admit forte axiale in arbori si lagare.

Numarul de trepte al reductoarelor depinde de raportul de transmitere ,, i ”. la

reductoare cu o treapta, i=1,2….6,3 (maxim 8).

Reductoarele cu o treapta sunt folosite pentru puteri pana la 515 kW cand ungerea

se face prin barbotare si pana la 950kW cand ungerea este fortata.randamentul este

0,98….0,99 in cazul variantei cu dinti drepti.

Componentele principale ale reductorului cu o singura treapta de reducere sunt

urmatoarele: carcasa reductorului, cei doi arbori(de intrare si de iesire), rotile dintate,

lagarele, elementele de etansare, dispozitivele de ungere, capacele, indicatorul de nivel al

uleiului, aerisitorul, elementele pentru ridicarea reductorului, dopul de golire, organelle

de asamblare.

Carcasa reductorului se compune in general din doua parti: corp si capac

asamblate intre ele prin stifturi de centrare si prin suruburi de fixare. Stifturile de centrare

sun necesare pentru asigurarea unei pozitii precise a capacului in raport cu corpul

reductorului. Carcasa se realizeaza de cele mai multe ori prin turnare avand nervure de

rigidizare si racier. In cazul unor unicate sau serii mici de frabricate carcasele se pot

realize si prin sudura. La constructiile sudate cresc cheltuielile legate de manopera, dar se

reduce cheltuielile legate de pregatirea fabricatiei.

6

Pentru fixarea reductorului pe fundatia sau pe utilajul unde urmeaza sa

functioneze, in corp sunt prevazute gauri prin care intra suruburile de prindere.

Carcasa reductorului se va realize prin turnare se allege o fonta cenusie cu grafit

laminar, turnata in piese STAS 586-82 marca Fc150 fiind o fonta ieftina si usor de turnat,

fonta cenusie cu grafit laminar este o fonta uzuala in constructia carcaselor de reductoare

cu forma simpla.

Arbori sunt realizati de obicei cu sectiune variabila, avand capetele cu diametru si

lungimea standardizata, prevazute cu pene pentru transmiterea momentelor de torsiune.

Arborele pe care se introduce miscarea in redactor se poate executa impreuna cu pinionul

cilindric, cu pinionlu conic sau cu melcul din motive de reducere a gabaritului si cresterii

rezistentei pinionului.

Arbori vor fi executati din otel carbon obisnuit STAS 500-1-68 si otel carbon de

calitate STAS 880-60.

Rotile dintate cilindrice, conice si roata melcata sunt montate pe arboripe baz

arecomandarilor prezentate, prin intermediul unor pene paralele si fixate axial cu ajutorul

umerilor executati pe arbori, cu bucse distantiere. In cazul cand dantura se executa din

materiale deficitare se recomanda executarea rotii din doua materiale.

Rotile dintate se pot executa dintr-o gama foarte larga de materiale. In primul rand

se folosesc oteluri de imbunatatire dintre care otelurile carbon cu 0,4-0,6% C si otelurile

cu 0,35-0,45%C slab aliate cu Mn, Cr, Cr-Mo, Cr-Ni-Mo.

Otelurile nealiate si cele aliate cu Cr, Cr-Mo, Cr-Ni se utilizeaza simplu

imbunatatite uneori, aplicandu-se calire superficiala, iar la cele aliate cu Cr-Mo, Cr-Ni o

eventuala cianurare. Otelurile Cr-Ni-Mo se preteaza cu deosebire, la roti dintate cu modul

mare.

Rotile reductorului sun slab solicitate cu viteze mici si presiuni specifice mici,

astfel pinionul se realizeaza din olc 45 iar roata condusa din 50VCr11.

Lagarele in general sunt cu rostogolire, folosind rulmenti cu bile sau cu role.

Uneori la turatii mici, reductoarele se pot executa si cu lagare de alunecare. Ungerea

rulmentilor se poate realize cu ajutorul uleiului din redactor sau cu vaselina destinata in

7

acest scop. Reglarea jocului din rulment se face prin intermediul capacelor sau a piulitelir

speciale pentru rulmenti, tinand seama de sistemul de montare in O sau in X.

Elementele de etansare: Etansarile sunt partile componente ale unui ansamblu

care indeplinesc urmatoarele functii: separa spatii in care se afla fluide la presiune

diferite, impiedica patrunderea in zonele cuplelor de frecare sau a unor organe active ale

circuitelor hidraulice, a impuritatilor, impiedica pierderile, scapari de lubrifiant. In

alegerea solutiei pentru asigurarea etansarii se tine cont de : felulu lubrifiantului, sistemul

de ungere, conditiile mediului inconjurator(praf,pericol de patrundere a unor corpuri

straine)viteza periferica a arborelui, temperature de lucru, solutia constructive aleasa.

In constructia reductoarelor se intalnesc etansari cu contact intre piese fixe si

rotative, si etansari fara contact intre piese cu miscare relative de rotatie.

Etansarea dintre carcvasa reductorului si capacele rulmentilor se realizeaza cu

inele O STAS 7320-80. Garniturile plate sunt subtiri si permit o deformatie mica, astfel

lungimea de centrare a capacului va fi dimensionata fie sa atinga inelul exterior al

rulmentului fie sa realizeze jocul necesar, numai dupa strangere. Din acest motiv

etansarea capacelor rulmentilor fara de corpul reductorului este mai comod de realizat cu

ajutorul inelelor O.

Etansarea cu mansete de etansare pentru arbori in rotatie se face cu mansete de

rotatie cu buza de etansare STAS 7950/2-87 in cazul in care : diferenta de presiune intre

mediile etansate nu depaseste 0,05 MPa, viteza periferica a arborelui fata de manseta de

etansare de maxim 10/s.

Dispozitivele de ungere sunt necesare pentru asigurarea ungeri cu ulei sau unsoare

considerate a rulmentilor, uneori chiar a angrenajelor cand nici una din rotile dintate nu

ajunge in baia de ulei. Conducerea lubrifiantului la locul de ungere se realizeaza folosind

diverse constructii de dispozitive de ungere.

Capacele servesc la fixarea si reglarea jocurilor din rulmenti, la asigurarea

etansarii, fiind prinse in peretele reductorului cu ajutorul unor suruburi.

Indicatorul nivelului de ulei din redactor in cele mai multe cazuri este executat

sub forma unei tije pe care sunt marcate nivelul maxim respective nivelul minim al

uleiului, sau sub forma unor vizoare motoare montate pe corpul reductorului.

8

Capacele de vizitare au rolul de a permite supravegherea periodica a starii de

uzura a dintilor din redactor adoptandu-se un capac dreptunghiular.

Dopuri de golire uleiul din carcasa reductorului, utilizat pentru ungere, este

necesar sa fie schimbat dupa un anumit timp de functionare in acest scop reductorul este

prevazut in partea inferioara cu un dop de golire a uleiului. Forma dopului de golire este

cu un cap hexagonal si guler.

Elementele pentru ridicarea reductorului si manipularea lui sunt realizate in

carcasa reductorului sub forma unor inele de ridicare tip surub STAS 3186-77.

Lubrifianti: Intr-o cupla de frecare lubrifiantul are urmatoarele functii principale:

- reducerea frecarii si uzarii

- protectia suprafetelor cuplei de frecare impotriva oxidarii

- eliminarea din zona de contact a particulelor desprinse prin uzare

- evacuarea caldurii din zona de contact

Astfel de angrenaje cu roti dintate cilindrice tipul ungerii care se realizeaza in aceste

angrenaje depinde de:

- geometria danturii

- marimea alunecarilor specifice

- sarcina

- rugozitatea

- duritatea hidrodinamica

Astfel , ungerea poate fi: mixta, la limita, elastohidrodinamica sau chiar

hidrodinamica. Angrenajele din reductoare se ung prin barbotare in baie de ulei. In

acest scop cate o roata dintr-un angrenaj este introdusa in baia de ulei pana la

inaltimea unui dinte insa cel putin 10mm si fara a depasi de 6 ori modulul. Perioada

de schimbare a uleiului este de 1000-5000 ore de functionare. La reductoare noi,

rodate, uleiul se schimba dupa 200-300 ore de functionare.

Aditivi sunt substante care, adaugate uleiurilor de baza , le amelioreaza unele

proprietati si le confera altele noi.

Se allege un ulei cu aditivi H-A STAS 9691-87 fiind o incercarcare de sarcina

medie.

9

Astfel pentru ungerea rulmentilor ce se utilizeaza in lagarele reductoarelor se

folosesc uleiurile minerale si unsori consistente. Alegerea lubrifiantilor pentru lagare

cu rulmenti si stabilirea intervalelor de ungere, se face in functie de marimea, turatia,

sarcina si temperature de lucru a rulmentului. Ungerea cu unsoare consistenta este

avantajoasa deoarece conduce la: constructii simple alea lagarelor, etansare mai

simpla si la un cost mai redus, protejarea mai buna a rulmentului contra agentiilor

externi ,pierderi de lubrifiant mai mici. Se allege o unsoare pe baza de sapun de

sodium si calciu STAS 1608-84.

Prezentarea variantelor constructive

In figura 1 este prezentata o varianta constructiva de reductor cu arbori plasati in

planul vertical, iar planul de separatie este orizontal. Ungerea angrenajului si a

rulmentilor se realizeaza prin scufundarea in ulei a pinionului pe inaltimea dintelui.

Nivelul uleiului nu trebuie sa treaca peste centrul celui mai inferior corp de rulare a

rulmentului. Prin barbotarea uleiului in timpul functionarii reductorului, se asigura atat

ungerea angrenajului cat si a relmentilor.

10

Fig 1

In figura 2 arbori sunt plasati intr-un plan orizontal, fata de suprafata de asezare a

reductorului. Pentru ungerea, prin barbotare, a angrenajului si a rulmentilor se scufunda

in baia de ulei roata mare, pe o inaltime care sa nu treaca peste o treime din diametrul

exterior al rotii. Reductorul este prevazut cu un capac frontal avand planul de separatie

perpendicular pe axele arborilor.

11

Fig. 2- a

12

Fig. 2-b

In varianta prezentata in figura 3 capacele rulmentilor sunt fixate in carcasa , fara

sa se utilizeze suruburi de prindere. Aceasta solutie se poate aplica numai atunci cand

avem rulmenti radiali care nu necesita reglare axiala. Referitor la forma carcasei se

observa tendinta de reducere a gabaritului prin practicarea unor adancituri in carcasa

necesare pentru suruburile de fixare a reductorului pe fundatie sau utilaj. Nivelul uleiului

se verifica cu ajutorul unui dop filetat plasat la inaltimea pana la care trebuie sa fie uleiul.

Se toarna ulei in redactor pana cand incep sa curga prin acest orificiu filetat dupa care se

insurubeaza dopul filetate.

13

Fig. 3

14

Varianta constructiva aleasa

Am ales varianta din figura de mai jos din urmatoarele considerente:

- pinionul este executat corp comun cu arboreal de intrare

- carcasa reductorului este turnata din 2 bucati cu plan de separatie orizontal

rezultand o posibilitate de montaj a arborelui mai buna

- ungerea rotilor rintate se efectueaza prin barbotare si stropire cu ulei de catre

rotile dintate

- arboreal de intrare si iesire sunt etansate prin montarea mansetelor de etansare

- asamblarea carcasei superioare si inferioare se realizaza cu suruburi, centrarea

lor fiind asigurata de stifturi de centrare

- fixarea capetelor de etansare se face cu suruburi, ceea ce face ca, constructia sa

fie mai compacta

15

16

Schema cinematica

Norme de protectia muncii Pentru a evita pericolul de accidentare sau luat urmatoarele masuri:

- toate muchiile sau zonele ascutite au fost prevazute cu tesituri sau zone de

racordare pentru a diminua riscul unor accidente;

- trebuie respectate regurile de protectie a muncii din atelierul de productie

- trebuie respectate intocmai regulile de intretinere a dispozitivului

- la aparitia unei defectiuni se va retrage dispozitivul din lucru si se va inlocui piesa

defecta;

- avand in vedere ca reductorul este foarte greu, acesta a fost prevazut cu inele de

ridicare pentru a putea fi transportat cu ajutorul macaralei. Este interzis

transportarea manuala a acestuia.

- este interzis sa se atinga partile in miscare ale reductorului in timpul functionarii

acestuia

17

- inainte de punerea in functiune a reductorului se vor verifica suruburile de fixarea

acestuia pe support si mai ales suruburile de fixare a rotilor exterioare pe capetele

de arbori

- daca in timpul functionarii apar zgomote necaraqcteristice functionarii

reductorului, acesta se va opri imediat si se va chema personalul de intretinere

- avand in vedere ca reductorul este actionat de un motor electric, trebuie

resprectate normele de protectia muncii referitoare la motoarele electrice si la

lucrul cu utilaje aflate sub tensiune

- este preferat ca elementele mecanismului sa se vopseasca pentru a nu rugini.

Memoriu justificativ de calcul

1.Date initiale- puterea motorului electric p=5kw- turatia arborelui de intrare in redactor ni=700 rot/min- raportul de transmitere a reductorului i=4

2.Alegerea valorilor medii ale randamentelor - =0.99 randamentul curelelor- =0,9925 randamentul lagarelor cu rulmenti- = 0.97 - = 0.95

3. Calculul turatiilor pe arbori

= =4 =175

4. Stabilirea momentului de torsiune4.1. Momentul de torsiune pe arboreale de intrare

= = 68209,2613

4.2 Momentul de torsiune pe arborele de iesire

5. Calculul puterii pe arbori 5.1 Puterea pe arborele de intrare

5.2 Putera pe arborele de iesire

18

6. Alegerea materialului pentru roti dintatePentru rotile dintate alegem OLC 45imbunatatit.Pentru proiectarea rotilor dintate alegem:

- raportul b/m=15- factorul zonei de contact =2,5- factorul de material = 190

7. Alegerea numarului de dintiAlegem =17 pentru a nu aparea interferente

=68

8. Presiunea de contact admisibila

Consideram pentru dimensionare; ; ; pentru OLC 45

9. Modulul angrenajului

=4

10. Diametrele de divizare mmmm

11. Distanta axiala elementara

mm

distanţa axială standardizată este mm

12. Raportul de angrenare

13. Elementele cremalierei de referinta STAS 821/82

19

14. Unghiul de angrenare

15. Suma deplasarilor de profil:

16. Coeficinetul de modificare a distantei axiale

17. Coeficinetul de scurtare a inaltimii dintelui

18. Diametrele cercurilor de cap

19. Diametrele cercurilor de picior

20. Inaltimea dintelui

21. Diametrul cercurilor de baza

20

22. Diametrele cercurilor de rostogolire

23. Pasul pe cercul de divizare

24. Latimea rotilor

-factorul latimii danturii

25. Gradul de acoperire al angrenajului

condtie indeplinita.

26. Lungimea peste dinti

27. Numarul de dinti care se poate executa fara sa apara ascutirea la varf

21

28. Verificarea danturii la solicitarea de incovoiere pentru masina antrenata

pentru clasa de precizie

29. Calculu fartelor care actioneaza in angrenaj29.1. Forta normala pe arboreal 1:

29.2. Forta tangentiala pe arboreal 1:

29.3. Forta radiala pe arboreal 1:

29.4. Puterea de calcul: factor dynamic factor de repartizare a sarcinii

factor de suprasarcina

29.5. Momentul de torsiune de calcul:

29.6. Forta normala de calcul pentru arboreal 1:

29.7. Calculul de rezistenta al angrenajului cu dinti drepti

22

29.7.1. La arboreal 1-presiunea de contactfactor al punctului de rostogolire

factor de material latimea rotii

29.7.2. La incovoiere la arboreal 1 factor de forma factor de repartitie a sarcinii

factor de repartitie frontal solicitare la incovoiere

29.8. Forta normala pentru arborele 2:

29.9. Forta tangentiala pe arborele 2:

29.10. Forta radiala pentru arborele 2:

29.11. Puterea de calcul pentru arborele 2:

29.12. Momentul de torsiune pentru arborele 2:

29.13. Forta normala de calcul pentru arborele 2:

29.14. Calculul de rezistenta al angrenajului cu dinti drepti:

29.14.1. La presiunea de contact al arborelui 2: latimea rotii

29.14.2. La incovoiere al arborelui 2:

30. Calculul reactiunilor pe arbori30.1. Reactiunile pe verticala:

30.1.1. Pentru arborele 1:

23

30.1.2. Pentru arborele 2:

30.2. Reactiunile pe orizontala:30.2.1. Pentru arborele 1:

30.2.2. Pentru arborele 2:

30.3. Determinarea momentelor de incocoiere:30.3.1. Pentru arborele 1:

30.3.2. Pentru arborele 2:

24

Bibliografie

25

1. ANTAL, A. , Elemente privind proiectarea angrenajelor. Cluj-Napoca, Editura

ICPIAF, 19982. ANTAL, A. , Îndrumar de proiectare pentru reductoare. Universitatea Cluj-

Napoca , 19943. BUZDUGAN, Gh. , ş.a. Rezistenţa materialelor. Bucureşti, Editura tehnică, 19804. CHIŞIU, A. , ş.a. Organe de maşini. Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică,

19815. CRUDU, I. , ş.a. Atlas de reductoare cu roţi dinţate. Bucureşti, Editura Didactică

şi Pedagogică, 19816. DRĂGHICI, I. , ş.a. Organe de maşini. Culegere de probleme. Bucureşti, Editura

Didactică şi Pedagogică,1980 7. GAFIŢANU, M. , ş.a. Organe de maşini, vol. I şi II . Bucureşti, Editura Tehnică,

1982,1983

26