rezumat teza de doctorat - filipoaia claudiu (1)

UNIUNEA EUROPEANĂ GUVERNUL ROMÂNIEI

MINISTERUL MUNCII, FAMILIEI ŞI PROTECŢIEI SOCIALE

AMPOSDRU

Fondul Social European

POSDRU 2007-2013

Instrumente Structurale

2007-2013 OIPOSDRU UNIVERSITATEA TEHNICĂ

“GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

Facultatea de

CONSTRUCȚII DE MAȘINI ȘI MANAGEMENT INDUSTRIAL

Ing. Claudiu Filipoaia

CERCETĂRI TEORETICE ŞI EXPERIMENTALE PRIVIND ANALIZA,

SINTEZA ŞI OPTIMIZAREA MECANISMELOR DE CENTRARE ŞI

STRÂNGERE EXTENSIBILE CU MEMBRANE ELASTICE

- REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT -

Conducător de ştiinţific:

Prof. univ. dr. ing. Nicolae Gherghel

IAŞI - 2012



AMPOSDRU


POSDRU 2007-2013




Teza de doctorat a fost elaborată cu sprijinul financiar al proiectului „Burse

Doctorale pentru Performanţa în Cercetare la Nivel European (EURODOC)“.

Proiectul „Burse Doctorale pentru Performanţa în Cercetare la Nivel

European (EURODOC)“, POSDRU/88/1.5/S/59410, ID 59410, este un proiect

strategic care are ca obiectiv general „dezvoltarea capitalului uman pentru

cercetare, prin programe doctorale, pentru îmbunătățirea participării, creșterii

atractivității şi motivației pentru cercetare; dezvoltarea, la nivel european, a

tinerilor cercetători, care să adopte o abordare interdisciplinară în domeniul

cercetării, dezvoltării şi inovării“.

Proiect finanţat în perioada 2009 - 2012.

Finanţare proiect: 18.943.804,97 RON.

Beneficiar: Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi“ din Iaşi

Partener: Universitatea „Babeş Bolyai“ din Cluj-Napoca

Director proiect: Prof. univ. dr. ing. Mihaela-Luminiţa LUPU

Responsabil proiect partener: Prof. univ. dr. ing. Alexandru OZUNU



AMPOSDRU


POSDRU 2007-2013






AMPOSDRU


POSDRU 2007-2013




Mulţumiri

Finalizarea tezei de doctorat nu ar fi fost posibilă fără sprijinul permanent al

conducătorului științific, domnul Prof. univ. dr. ing. Nicolae Gherghel, care a fost

alături de mine și m-a îndrumat pe tot parcursul perioadei doctorale. Profit de

această ocazie să-i mulțumesc pentru eforturile depuse în acest scop, pentru

încrederea, înțelegerea și răbdarea acordată și să-mi exprim recunoștința și

întreaga mea considerație.

Aduc mulțumirile mele corpului profesoral al Facultății de Construcții de

Mașini și Management Industrial și, în mod deosebit, domnului decan Prof. univ.

dr. ing. Gheorghe Nagîț, pentru sprijinul acordat pe toată perioada stagiului de

doctorat.

Cercetările experimentale le-am desfășurat în cadrul laboratorului de

Dispozitive tehnologice din cadrul Departamentului de Maşini-unelte şi Scule al

Facultății Construcții de Mașini și Management Industrial. Pentru aceasta, m-am

bucurat de sprijinul permanent al directorului Departamentului, de prof. univ. dr.

ing. Mircea Mihailide. Pe această cale, mulțumesc domnului Prof. univ. dr. ing.

Nicolae Seghedin şi domnului Conf. univ. dr. ing. Mihăiţă Horodincă pentru

suportul moral și profesional oferit, pentru amabilitatea și disponibilitatea de care

au dat întotdeauna dovadă și nu în ultimul rând pentru indicațiile deosebit de

importante în elaborarea tezei.

De asemenea, mulțumesc în mod deosebit domnului Prof. univ. dr. ing. Jian

S. Day de la King`s College London pentru sprijinul acordat în desfășurarea

stagiului extern de cercetare aferent perioadei doctorale.

Se cuvin adresate mulțumiri domnilor profesori membri în comisiile de

evaluare a rapoartelor de cercetare, din cadrul stagiului de doctorat, profesorilor

care au făcut aprecieri şi recomandări pertinente pentru completarea şi

îmbunătăţirea tezei, precum și tuturor celor care m-au sprijinit în realizarea

acestui demers.

Trebuie să mărturisesc că toate obiectivele, formulate în faza de început al

stagiului de doctorat, nu ar fi fost îndeplinite fără susținerea oferită de familie.

Această lucrare a fost realizată cu suportul financiar al proiectului EURODOC

„Burse doctorale pentru performanţă în cercetare la nivel european“, finanţat de

către Fondul Social European şi Guvernul României.

Septembrie 2012 Claudiu Filipoaia

1

CUPRINS

CUPRINS …………………...……………………………………………………... 1

1. Stadiul actual al cunoştinţelor şi cercetărilor în domeniul

mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice .................................................................................................................... 3

1.1. Consideraţii generale asupra mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile ....................................................................................................... 3


extensibile cu membrane elastice ................................................................. 7

1.3. Consideraţii generale asupra membranelor elastice .................................... 13

1.4. Stadiul actual al cercetărilor asupra mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice ................................................ 14

1.5. Concluzii privind stadiul actual al cunoştinţelor şi cercetărilor în

domeniul mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice ......................................................................................... 16

2. Obiective de cercetare ştiinţifică propuse în cadrul doctoratului ... 17

2.1. Obiective şi contribuţii potenţiale la dezvoltarea cunoaşterii ştiinţifice,

referitoare la analiza, sinteza şi optimizarea mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice .................................................. 17

2.2. Obiective de cercetare ştiinţifică propuse pentru elaborarea tezei de

doctorat .......................................................................................................... 17

3. Contribuţii privind analiza mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice ........................................................ 19

3.1. Elaborarea descrierii evoluţiei creaţiei tehnice în domeniul mecanismelor

de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice ........................ 19

3.2. Dezvoltarea criteriilor de clasificare şi a clasificării ştiinţifice a

mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice 21

3.3. Elaborarea arborelui soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi


3.4. Elaborarea unei diagrame de idei pentru mecanismele de centrare şi


3.5. Elaborarea structurii generale a mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice şi a structurilor particulare ale

acestora ........................................................................................................... 27

3.6. Elaborarea viziunii sistemice asupra mecanismelor de centrare şi


3.7. Elaborarea descrierii ierarhice a mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice ................................................................. 30

3.8. Elaborarea arborilor de decizie generalizaţi pentru mecanismele de

centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice ............................. 32

3.9. Stabilirea dispozitivului „autocentrant“ generalizat cu membrane

elastice ............................................................................................................ 34

2

3.10. Stabilirea principiilor ştiinţifice de structurare a unei baze de date şi

elaborarea unei baze de date pentru sinteza mecanismelor de centrare

şi strângere extensibile cu membrane elastice ............................................ 35

4. Contribuţii privind sinteza, prin metode logico-combinatorice, a

unor noi soluţii de mecanisme de centrare şi strângere extensibile

cu membrane elastice ........................................................................... 37

5. Contribuţii privind optimizarea mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice ...................................... 41

5.1. Conceptul de optimizare ................................................................................. 41

5.2. Stabilirea principiilor şi criteriilor de optimizare a mecanismelor de


5.3. Analiza şi compararea relaţiilor matematice cunoscute pentru curse,

forţe şi tensiuni/ eforturi unitare, referitoare la mecanismele de


5.4. Modelarea/ simularea funcţionării şi studiul stării de tensiuni şi

deformaţii în membranele elastice ale mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice şi în piesele prinse cu

ajutorul acestora, prin metoda de analiză cu elemente finite ................... 43

5.5. Studiul experimental al relaţiei dintre cursele şi forţele de acţionare şi de

strângere la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice ......................................................................................... 47

5.6. Concluzii ........................................................................................................... 57

6. Concluzii generale, contribuţii ştiinţifice şi direcţii de dezvoltare a

cercetărilor ........................................................................................... 59

6.1. Concluzii geberale, contribuţii ştiinţifice ....................................................... 59

6.2. Direcţii de dezvoltare a cercetărilor ............................................................... 64

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ.............................................................. 65

ANEXE ..................................................................................................... 69

3

CAPITOLUL 1

Stadiul actual al cunoştinţelor şi cercetărilor în domeniul


elastice

Prinderea în dispozitive a pieselor necesită o orientare-poziţionare şi o strângere, care se execută

succesiv, cu elemente şi mecanisme specifice. Cele două operaţii (secvenţe) pot fi efecutate şi „simultan“

cu ajutorul unor mecanisme caracteristice, denumite mecanisme de centrare şi strângere sau

„autocentrante“, aceasta datorită faptului că au proprietatea de a orienta şi poziţiona piesa după un punct,

un centru, o dreaptă, o axă, un plan de simetrie [333], [132].


extensibile

Conform lucrărilor [112], [122], în sistemele tehnologice de prelucrare din construcţia de maşini,

dispozitivele de prindere ( de centrare şi strângere, de orientare-poziţionare şi strângere extensibile) sunt

considerate ca subsisteme ale sistemului respectiv. Sistemul tehnologic de prelucrare este format din:

maşina-unealtă, scule aşchietoare, dispozitive de prindere şi semifabricate. Acesta este un sistem elastic şi

se închide prin interacţiunea dintre scula aşchietoare şi semifabricat, prin procesul de aşchiere (fig. 1.1

[132], [112], [122]).

Fig. 1.1 ─ Un model grafic conceptual al sistemului tehnologic

de prelucrare prin aşchiere (adaptare după [132], [112], [122]).

Mecanismele de strângere sunt subsistemele, subansamblurile, componentele dispozitivelor care au

funcția de a transmite, distribui, amplifica sau micşora forța de acționare, transformând-o în forță de

strângere (în unul sau mai multe locuri de strângere), în scopul conservării schemei de orientare-

poziţionare a piesei, cu ajutorul reazemelor [87], [132].

Conform ultimelor clarificări formulate de către profesorul Nicolae Gherghel, de la Universitatea

Tehnică „Gheorghe Asachi“ din Iaşi, mecanismele de centrare şi strângere se caracterizează prin faptul

că realizează cele două funcțiuni fundamentale ale dispozitivelor, orientarea-poziționarea (centrarea) şi

strângerea, cu ajutorul aceloraşi elemente, care se deplasează simultan sau se deformează uniform, pe o

direcție, pe două sau mai multe direcții paralele, pe trei sau mai multe direcții concurente şi în sensuri

contrare, pe distanţe teoretic egale.

Centrarea şi strângerea se execută cu ajutorul unor elemente mobile sau deformabile, cum ar fi:

fălci, pene, plunjere, pârghii, bucşe elastice de diverse tipuri, şaibe elastice, membrane elastice etc.

În figurile 1.13 şi 1.14 [111], [112], [122], sunt prezentate schemele de principiu ale mecanismelor

de centrare şi strângere extensibile, în varianta de mandrină, dorn/ bolţ, menghină exterioară, propuse de

către profesorul Nicolae Gherghel.

4

Fig. 1.13 ─ Scheme de principiu ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrană elastică cu fălci,

în varianta de mandrină şi dorn/ bolţ [111], [112], [122].

Fig. 1.14 ─ Schemă de principiu a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrană-cupă, în varianta

de mandrină [111], [112], [122].

Schematizarea/ simbolizarea corectă a tuturor reazemelor ce pot fi utilizate pentru orientarea pe

fiecare din suprafețe sau asocierile de suprafeţe de orientare-poziţionare, influenţează pozitiv fazele şi

activităţile ulterioare ale procesului de optimizare a schemelor de orientare-poziţionare.

● Schematizarea se poate face ca în exemplele din subcapitolul 1.1.3 (figurile 1.2 ─ 1.14).

● Pentru uşurinţa transmiterii informaţiilor legate de orientarea-poziţionarea pieselor, în studiul,

concepţia, proiectarea, execuţia şi exploatarea dispozitivelor, s-a impus o serie de simboluri grafice, cum

sunt cele din tabelul 1.1 [89], [91], [92], [103], [111], [112], [122], din teza de doctorat, propuse de către

profesorul Nicolae Gherghel, pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile tipice, respectiv

pentru elementele de centrare şi strângere propriu-zise, tipice.

În figura 1.15 [100], [106], [107], este prezentată structura (morfologia) generală/ schema-bloc a

mecanismelor de centrare şi strângere extensibile ce fac parte din sistemul tehnologic, propusă de către

profesorul Nicolae Gherghel. Aceste mecanisme au în componenţă, ca prim subsistem, elementele

acţionate/ conducătoare/de intrare în sistem, acestea fiind acţionate de alte subsisteme sau subansambluri

de acţionare, manuale sau mecanizate. De la elementele acţionate, mişcareaşi forţa se transmite la

elementele intermediare, care transformă sau amplifică/ demultiplică mişcarea şi forţa, pe care o transmit

la elementele de centrare-strângere/ conduse/ de execuţie/ de ieşire, în final, asupra piesei.

Sub schemă, sunt prezentate funcţiile de transfer (static şi dinamic).

Plecând de la acest model şi prin analiza structurală a mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu largă răspândire, în stadiul actual al cercetărilor respective (anul 1983), s-au elaborat

5

modelele grafice sistemice ale soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere extensibile

[91], [103],[112], [122].

Fig. 1.15 ─ Schema-bloc a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile (adaptare după [100], [106], [107]).

Conform structurii (morfologiei) generale a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile (fig.

1.15 [100], [106], [107]) şi schemelor de principiu ale acestora (fig. 1.2 ─ 1.14 [111], [112], [122], din

teza de doctorat), mecanismele de centrare şi strângere extensibile sunt caracterizate de următorii

parametri specifici:

● Parametrii de intrare, după cum se poate observa în figura 1.16, sunt: forţa de acţionare Q/ Fa şi

cursa de acţionare ca.

● Parametrii de ieşire după cum se poate observa în figura 1.16, sunt: forţa de acţionare S/ Fs şi

cursa de acţionare cs (Δ/2).

La fel ca şi mecanismele de strângere, şi mecanismele de centrare şi strângere extensibile transmit şi

amplifică/ demultiplică forţele de acţionare, transformând-ule în forţe de strângere, pe care le distribuie

în unul sau mai multe locuri de strângere, în scopul conservării schemei de orientare-poziţionare a piesei,

cu ajutorul reazemelor (fig. 1.15 [100], [106], [107]).

Fig. 1.16 ─ Parametrii de intrare şi de ieşire în cazul unui mecanism de centrare şi

strângere extensibil cu membrană elastică, de tip mandrină, acţionat manual.

6

Conform Automaticii, Teoriei sistemelor, rapoartele de transmitere a forţelorde acţionare Q/ Fa,

rapoartele de transmitere a curselor de acţionare ca şi randamentele η, constituie caracteristicile (statice

şi dinamice) ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice studiate. Aceste

caracteristici/ funcţii oferă informaţii asupra performanţelor mecanismelor în cauză.

Conform figurii 1.15, ansamblurile formatoare [23] ale mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile sunt: elemente acţionate/ conducătoare/ de intrare; elemente intermediare; elemente de

centrare şi strângere/ conduse/ execuţie/ ieşire. Elementele formatoare [23], corespunzătoare fiecărui

ansamblu formator, au fost prezentate în subcapitolul 1.6, tabelul 1.2.

Fig. 1.18 ─ Elemente formatoare tipice corespunzătoare subansamblului formator

„elemente de centrare şi strângere “ din structura mecanismelor de centrare și strângere extensibile.

În figura 1.18, sunt prezentate câteva elemente formatoare, respectiv elemente structurale tipice,

corespunzătoare subansamblului formator „elemente de centrare şi strângere/ conduse/ execuţie/ ieşire“,

al mecanismelor de centrare şi strângere extensibile, pe care le-am transpus în 3D, cu ajutorul

programului CATIA V5 R19.

Prin coroborarea clasificărilor din literatura de specialitate [87], [89], [112], [112], [122],

clasificarea generală a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile este prezentată sintetic în cele

ce urmează:

a. După caracterul elementelor de centrare şi strângere:

● mecanisme cu elemente rigide;

● mecanisme cu elemente elastice;

b. După forma constructivă a elementelor de centrare şi strângere şi elementelor care le deformează:

● mecanisme cu fălci (bacuri):

─ cu disc turnant (rotitor) cu canal în spirală arhimedică;

─ cu camă radială plană;

─ cu şurub cu filet stânga-dreapta;

─ cu pană multiplă;

─ cu pârghii (bride);

─ cu cremaliere;

─ cu bucşă conică filetată-dinţată;

─ cu conuri;

● mecanisme cu prisme;

● mecanisme cu role:

7

─ cu dornuri rigide cu degajări şi role;

─ cu pene multiple, fălci elastice şi role;

● mecanisme cu bile;

● mecanisme cu plunjere (tije);

● mecanisme cu pârghii (bride);

● mecanisme cu pene:

– cu conuri şi pene;

– cu pene multiple şi pene;

● mecanisme cu came (excentrici);

● mecanisme cu bucşe elastice secţionate/ crestate/ cu fălci/ cu lamele/ „pensete“;

● mecanisme cu bucşe elastice cu nervuri (nervurate/ ondulate/ gofrate/ ,,burduf“);

● mecanisme cu bucşe elastice netede:

─ cu masă plastică (hidroplast);

─ cu cauciuc;

─ cu ulei;

─ cu bile;

● mecanisme cu inele elastice (arcuri-disc/ taler/ farfurie; şaibe elastice);

● mecanisme cu membrane elastice:

─ cu membrană cu fălci;

─ cu membrană-cupă;

c. După caracter:

● mandrină;

● dorn/ bolţ;

● menghină exterioară;

● menghină interioară;

● mixte/ hibride;

d. După gradul de universalitate:

● mecanisme universale;

● mecanisme specializate (de grup, de cod);

● mecanisme speciale.

Din această clasificare, se observa locul mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice, ce fac obiectul cercetărilor din teză, în ansamblul mecanismelor de centrare şi

strângere.


extensibile cu membrane elastice

Mecanismele de centrare şi strângere extensibile („autocentrante“) cu membrane elastice se

caracterizează prin faptul că elementul de centrare-strângere este o placă circulară, cunoscută sub

numele de membrană sau diafragmă, deformată cu ajutorul unor elemente cum sunt plunjere (tije),

şuruburi etc.

Analiza constructiv-funcţională a unui număr mare de mecanisme de centrare şi strângere

extensibile sau de dispozitive echipate cu astfel de mecanisme, cu largă răspândire, a condus la concluzia

că acestea pot fi clasificate unitar pe baza unor criterii ştiinţifice. În tabelul 1.1 [89], [91], [92], [103],

[111], [112], [122], din teza de doctorat, se poate observa şi clasificarea mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile după elementul de centrare-strângere propriu-zis, şi este marcat locul mecanismelor

de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice în ansamblul mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile.

În urma cercetării literaturii de specialitate, din ţară şi străinătate (tratate, manuale, cursuri,

îndrumare, albume, cataloage, norme, standarde, brevete de invenţie, comunicări şi articole ştiinţifice),

8

am constatat că, pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, respectiv

pentru dispozitivele echipate cu astfel de mecanisme, s-au mai folosit şi alte denumiri, cum ar fi:

„mecanisme autocentrante cu membrane elastice“ [87], [132], [112], [122], „dispozitive cu membrană cu

lamele şi cu bordură“ [63], „mandrine şi dornuri cu membrane metalice cu coarne“ [344], „mecanisme de

centrare şi strângere cu membrane plane“ [333], [132], „dornuri în consolă cu membrane cu proeminenţe“

[193].

Mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice se caracterizează prin faptul

că au în structura lor elemente elastice de forma membranelor circulare, încastrate pe periferie, care

realizează centrarea şi strângerea „pieselor“ ─ pe principiul deformării elastice a membranelor ─ , în

general, după suprafeţe cilindrice exterioare sau interioare scurte [87], [317], [333], [132].

Fig. 1.19 ─ Scheme de principiu ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice cu fălci,

tip mandrină (a [85], [88], [132], [344], b [131], c [369], d) şi tip dorn/ bolţ (e).

9

Pe baza analizei şi sintetizării cunoştinţelor, datelor, informaţiilor din literatura de Dispozitive

tehnologice şi a schematizărilor promovate de către profesorul Nicolae Gherghel, în figura 1.19, a, b, c, d,

sunt prezentate schemele de principiu semnificative ale mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice cu fălci, tip mandrină. În figura 1.19, e, este prezentată schema de

principiu a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice cu fălci, tip dorn/

bolţ, elaborată de către autor.

Pentru introducerea piesei (semifabricatului) între fălcile membranei, se acţionează asupra acesteia

cu o forţă de acţionare Q/ Fa, dezvoltată manual sau cu un subsistem de acţionare mecanizat (pneumatic,

hidraulic etc.), care provoacă deformarea membranei, respectiv distanţarea fălcilor, permiţând

introducerea piesei (semifabricatului). Îndepărtându-se forţa de acţionare Q/ Fa, membrana tinde să

revină la forma iniţială, realizând astfel centrarea şi strângerea piesei (semifabricatului). Pentru scoaterea

piesei, se acţionează, din nou, asupra membranei. Spre deosebire de celelalte mecanisme de centrare şi

strângere extensibile, cele cu membrane elastice nu necesită menţinerea forţei de acţionare Q/ Fa pe

durata procesului de lucru (prelucrare, control, asamblare etc.), forţa de strângere S/ Fs fiind dezvoltată de

către membrana elastică. Deformarea membranei, respectiv a fălcilor acesteia trebuie să se facă cu un

unghi φ/ φ', care să permită introducerea şi scoaterea uşoară a tuturor pieselor dintr-un lot, precum şi

strângerea şi desfacerea acestora.

Pentru uşurinţa transmiterii informaţiilor legate de orientarea-poziţionarea (centrarea) şi strângerea

pieselor, în studiul, concepţia, proiectarea, execuţia şi exploatarea dispozitivelor, şi în cazul mecanismelor

de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, s-a impus o serie de schematizări şi simboluri

grafice.

Fig. 1.21 ─ Exemple de schematizare a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

(adaptare după: [333], [132], [369], [200], [111], [112], [122], [49]).

Din analiza şi sitematizarea cunoştinţelor, datelor, informaţiilor din literatura de specialitate [333],

[132], [369], [200], [111], [112], [122], [49], în figura 1.21, sunt prezentate schematizările utilizate, în

literatura de specialitate, pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

10

În tabelul 1.3 [89], [103], [111], sunt prezentate simbolurile propuse, de către profesorul Nicolae

Gherghel, pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, cu fălci şi

„cupă“.

Tabelul 1.3 ─ Simbolizarea mecanismelor de centrare și strângere extensibile

cu membrane elastice (adaptare după [89], [103], [111]).

Nr.

crt.

Tipul mecanismului de

centrare şi strângere

extensibile

Simboluri

suplimentare complete (exemple)

1 cu membrane cu fălci

2 cu membrane-cupă

Faţă de celelalte mecanisme de centrare şi strângere extensibile, mecanismele de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice prezintă o serie de avantaje [357], [344], [353], [363], [6],

[85], [88], [316], [333], [132], [145], [49], şi anume:

─ simplitate constructivă;

─ posibilităţi simple de mecanizare a acţionării;

─ grad de universalitate mediu, mai ridicat decât la celelalte mecanisme de centrare şi strângere

extensibile cu elemente elastice;

─ precizia de centrare şi strângere a pieselor este mare (1 ... 3 μm);

─ timpi de prindere şi scoatere a pieselor (semifabricatelor), mult mai reduşi;

─ în special, în cazul mandrinelor şi dornurilor/ bolţurilor cu membrane elastice cu fălci, subsistemul

de acţionare poate fi decuplat pe toată durata prelucrării;

─ costul dispozitivelor cu membrane elastice este de 1,5 ... 2 ori mai mic decât cel al dispozitivelor

cu bucşe elastice secţionate;

─ deservire simplă şi comodă.

Mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice prezintă, însă, şi unele

dezavantaje [363], [6], [85], [88], [132], [145], [49]:

─ asigură, în general, o precizie de centrare şi strângere ridicată numai pentru piese (semifabricate)

cu o lungime mică a suprafeţei de centrare-strângere a pieselor (semifabricatelor);

─ necesitatea efectuării unei reglări prealabile a elementelor de prindere propriu-zise (prezoane,

şuruburi etc.), la trecerea de la o tipodimensiune de piesă la alta, operaţie relativ, dificilă;

─ posibilitatea apariţiei deformaţiilor plastice la membranele elastice, la aplicarea unor forţe de

acţionare Q/ Fa mai mari decât cele admisibile, impunând existenţa unui subsistem de control a mărimii

forţei de acţionare;

─ construcţia elementelor de centrare şi strângere reglabile, în general, cu filet, face ca, datorită

jocurilor din filet (ce se măresc pe măsura utilizării), să se modifice reglajul iniţial al acestor elemente; de

aici, necesitatea reglării periodice a poziţiei elementelor de centrare-strângere; dezavantajul poate fi

înlăturat prin utilizarea unor elemente de centrare şi strângere fixe, soluţie deplin justificată la producţia

de serie mare şi de masă;

11

─ necesitatea, în general, funcţionării subsistemului de acţionare pe toată durata prelucrării, în cazul

mandrinelor şi dornurilor/ bolţurilor cu membrane-cupă;

─ nu pot fi utilizate, în general, la regimuri grele de lucru.

Ţinând seamă de avantajele şi dezavantajele, prezentate mai sus, mecanismele de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice se utilizează, în general, la centrarea şi strângerea pieselor

(semifabricatelor) cilindrice şi inelare (bucşe, inele etc.) scurte, la prelucrări de finisare în producţia de

serie mare şi de masă, asigurând o precizie de centrare de 1 ... 3 μm [357], [359], [303], [304], [363], [6],

[63], [85], [305], [316], [88], [333], [132], [145], [49].

Asemenea mecanisme se utilizează, mai ales, în construcţia mandrinelor „autocentrante“, dar şi în

construcţia dornurilor/ bolţurilor „autocentrante“, folosite, în general, la prelucrări de finisare pe strunguri

(normale, carusel), maşini de rectificat cilindric („rotund“), maşini de găurit, maşini de danturat etc., atât

în producţia de serie şi de masă, cât şi în cea individuală, şi pot fi acţionate manual sau mecanizat [357],

[359], [303], [304], [363], [6], [63], [85], [305], [316], [88], [333], [132], [145], [49].

În tabelul 1.4, este prezentată clasificarea mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice, elaborată în urma studiului literaturii de dispozitive tehnologice [88], [89], [132].

Aceasta reflectă varietatea mare a tipurilor, soluţiilor, variantelor de mecanisme de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice cunoscute şi care mai pot fi încă create.

Tabelul 1.4 ─ Clasificarea generală a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

Criteriul de clasificare Tipuri, soluţii, variante de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice

1 Destinaţia tehnologică Mecanisme pentru prelucrare

Mecanisme pentru control

2

Tipul suprafeţei de

prindere a

semifabricatului

Mandrine ─ prinderea pe o suprafaţă cilindrică exterioară scurtă

(mai) lungă

Dornuri/ bolţuri ─ prinderea pe o suprafaţă cilindrică interioară scurtă

3 Gradul de universalitate

Speciale ─ permit prinderea numai unei singure piese la o anumită operaţie sau fază

Specializate (de grup, de cod) ─ permit prinderea

unei familii de piese asemănătoare ca formă şi

dimensiuni

Mecanisme cu reazeme frontale

fixe şi reazeme de prindere

reglabile

Mecanisme cu reazeme frontale

reglabile şi reazeme de prindere

fixe

Mecanisme cu reazeme frontale şi

reazeme de prindere reglabile

4 Forma constructivă a

membranei elastice

Mecanisme cu membrane cu fălci

Mecanisme cu membrane-cupă

5 Gradul de mecanizare

(automatizare)

Mecanisme cu acţionare manuală (obişnuită)

Mecanisme cu acţionare mecanizată

(semiautomatizată)

pneumatică

hidraulică

Conform metodologiei 12E de concepţie-proiectare a dispozitivelor tehnologice, elaborată de către

profesorul Nicolae Gherghel [85], [104], [112], [122], în etapa de elaborare a schemei optime de

orientare-poziţionare şi proiectare a reazemelor, în cazul mecanismelor de centrare și strângere

extensibile, atenţia ar trebui îndreptată, în special, asupra elementelor de centrare-strângere propriu-zise,

membranele elastice, şi, eventual, asupra şuruburilor, prezoanelor, cepurilor, ştifturilor de prindere.

În ce priveşte materialele, membranele elastice se confecţionează din oţeluri cu proprietăţi elastice

ridicate, tratate termic corespunzător.

Conform metodologiei 12E, în etapa de elaborare a schemei optime de orientare-poziţionare şi

proiectare a reazemelor, în cazul mecanismelor de centrare şi strângere extensibile atenţia ar trebui

îndreptată, în special, asupra elementelor de centrare-strângere propriu-zise. Stabilirea parametrilor

geometrici respectivi (dimensionarea) se poate face prin alegere sau adoptare, precum şi prin calcul.

12

Pentru stabilirea parametrilor geometrici principali ai membranelor elastice se pot folosi relaţiile

de calcul ca în exemplul din tabelul 1.8 [103], [112], [122].

Pentru creşterea operativităţii şi pentru reducerea costului proiectării dispozitivelor tehnologice,

precum şi pentru reducerea costului execuţiei şi exploatării acestora, printr-o activitate continuă de

normalizare (tipizare şi standardizare), s-a elaborat o serie de standarde şi norme de tipizare

(proiectare) pentru elementele de orientare-poziţionare şi de orientare-poziţionare (centrare) şi strângere

extensibile (reazeme) [112], [122].

Tabelul 1.8 ─ Scheme de calcul, relaţii şi valori pentru dimensionarea membranelor elastice [103], [112], [122].

Parametrul Relaţii de calcul şi valori

( )

h

( )

(

)

(

)

l

[mm]

n

numărul de fălci

În urma studiului literaturii de specialitate, de Dispozitive tehnologice şi de Rezistenţa materialelor,

am indentificat mai multe scheme/ modele fizice şi relaţii de calcul (modele matematice) a forţei de

acţionare Q/ Fa [194], [15], [369], [131], [85], [103], [132], [344], [318], [319], la mecanismele de

centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, ce fac obiectul cercetărilor din teză. Acestea sunt

prezentate în teza de doctorat.

13

1.3.Consideraţii generale asupra membranelor elastice

Conform literaturii de Rezistenţa materialelor studiate [261], [2], [35], [266], în practica

inginerească se utilizează, pe larg, membrane de diferite forme. Cele mai simple, în ceea ce priveşte

calculul, sunt membranele având drept contur exterior un cerc. În construcţia de maşini se întâlnesc

adesea piese care au forma unei membrane circulare sau inelare [261].

Din punct de vedere mecanic, se consideră că plăcile rezistă oricărui tip de eforturi. Plăcile foarte

subţiri, care nu pot prelua decât eforturi de întindere şi revin la forma iniţială, poartă numele de

membrane elastice [261], [2], [35], [266].

Elementele geometrice care caracterizează o membrană elastică sunt: forma şi dimensiunile

suprafeţei mediane şi grosimea, măsurată perpendicular pe suprafaţa mediană. Suprafaţa mediană împarte

grosimea membranei în două părţi egale, în orice secţiune.

Sarcinile aplicate membranelor pot fi de trei feluri: concentrate [N], distribuite liniar [N/mm] şi

distribuite pe suprafaţă [N/mm2].

Membranele elastice sunt clasificate în funcţie de mai multe criterii, cum ar fi:

a. După forma suprafeţei mediane, membranele se împart în două grupe mari: membrane plane şi

membrane curbe sau învelitori [261], [2], [35], [266].

b. După forma suprafeţei mediane, membranele pot fi: circulare, dreptunghiulare, eliptice sau de

diferite alte forme [261], [2], [35], [266].

Din analiza celor 177 soluţii/ variante constructive, identificate, de mecanisme de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice, ce fac obiectul cercetărilor din teză, rezultă că, în domeniul

dispozitivelor tehnologice se utilizează membranele elastice plane.

În urma analizei literaturii de Rezistenţa materialelor studiate [261], [2], [35], [266], am identificat o

serie de modele matematice pentru calculul membranelor elastice plane supuse la încovoiere, cum ar fi:

─ calculul la încovoiere al membranelor elastice încărcate simetric, conform modelului grafic din

figura 1.27 [261], [2], [35], [266];

Fig. 1.27 ─ Exemplu de model de calcul la încovoiere al membranelor elastice încărcate simetric [261], [2], [35],

[266].

─ calculul la încovoiere a membranelor circulare încastrate pe contur şi încărcate cu sarcină uniform

distribuită, conform modelului grafic din figura 1.28 [261], [2], [35], [266];

─ calculul la încovoiere a membranelor elastice încastrate pe contur şi încărcate cu sarcină concentrată în

centru.

Fig. 1.28 ─ Exemplu de model de calcul la încovoiere

a membranelor circulare încastrate pe contur şi încărcate

cu sarcină uniform distribuită [261], [2], [35], [266].

14

Din sinteza documentară din domeniul Rezistenţei materialelor, privind calculul la încovoiere al

membranelor elastice, se pot trage următoarele concluzii:

● În domeniul mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, se întâlnesc

membrane circulare sau inelare;

● Cele mai simple, în ceea ce priveşte calculul, sunt membranele elastice plane, având drept contur

exterior un cerc;

● Tensiunile şi momentele încovoietoare, la membranele elastice, sunt repartizate pe două axe

rectangulare: axa radială Pr, trecând prin centrul membranei, şi axa circumferenţială Pt;

● Relaţiile pentru utilizate pentru dimensionarea, determinarea tensiunilor şi deformaţiilor, într-un

punct oarecare al membranei, din Rezistenţa materialelor, sunt aplicate pentru dimensionarea,

determinarea tensiunilor şi deformaţiilor membranelor elastice din domeniul Dispozitivelor tehnologice.

Se impune coroborarea, încă, a cunoştinţelor din Rezistenţa materialelor cu cele din domeniul

Dispozitivelor tenhologice, precum şi valorificarea cunoştintelor noi din domeniul Rezistenţie

materialelor;

● Modelele matematice de calcul la încovoiere a membranelor circulare încastrate, din literatura de

Rezistenţa materialelor, sunt necesare, în cazul concepţiei şi proiectării a noi soluţii/ variante constructive

de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, pentru calculul de rezistenţă, al

deformaţiilor, de dimensionare, precum şi pentru calculul cursei şi forţelor de acţionare şi de strângere a

membranelor elastice, ce fac obiectul tezei de doctorat. Se justifică studiul comparativ a modelelor din

Rezistenţa materialelor cu cele din domeniul Dispozitivelor tenhologice.

1.4. Stadiul actual al cercetărilor asupra mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile membrane elastice

În urma studiului efectuat asupra mecanismelor de centrare şi strângere extensibile

(„autocentrante“) cu membrane elastice am constatat că s-au efectuat cercetări asupra acestor mecanisme

având în vedere diferite direcţii, filoane, teme, obiective de cercetare, acestea fiind prezentate sintetic în

cele ce urmează.

● Începând din anul 1983, în cadrul Departamentului Maşini-unelte şi Scule al Facultăţii de

Construcţii de Maşini şi Management Industrial a Universităţii Tehnice „Gheorghe Asachi“ din Iaşi,

profesorul Nicolae Gherghel a iniţiat şi dezvoltat, împreună cu colaboratorii, o serie de cercetări cu

caracter fundamental asupra categoriei/ clasei generale a mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile, aplicabile, deci, şi celor cu membrane elastice, care vizează:

─ clasificarea, schematizarea, simbolizarea, codificarea acestor mecanisme [89], [91], [92], [100],

[103], [106], [107], [111], [112], [122];

─ structura generală/ morfologia/ schema-bloc/ modelul grafic sistemic al acestor mecanismelor de

centrare şi strângere extensibile [100], [106], [107];

─ ierarhizarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile după precizia de materializare a

bazelor de orientare-poziţionare (centrare) [111], [122];

─ alegerea/ selectarea soluţiilor/ variantelor optime ale mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile, într-o situaţie tehnologică dată, pe baza arborilor de decizie generalizaţi [91], [92], [103],

[112], [122];

─ stabilirea unui sistem de criterii de analiză-evaluare-decizie-alegere a mecanismelor de centrare

şi strângere extensibile [90], [103], [112], [122];

─ elaborarea arborilor de decizie generalizaţi pentru mecanismele de centrare şi strangere

extensibile [91], [92], [103], [112], [122];

─ elaborarea unui set de indicaţii şi recomandări pentru alegerea materialelor şi tratamentelor

termice ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile [103], [112], [122];

─ elaborarea unor norme (indicaţii) pentru dimensionarea mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile [103], [112], [122];

15

─ elaborarea unui set de indicaţii şi recomandări pentru prescrierea/ specificarea preciziei

geometrice/ dimensionale a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile [93], [94], [103], [112],

[122];

─ elaborarea unui set de indicaţii şi recomandări pentru prescrierea/ specificarea altor condiţii

tehnice necesare concepţiei-proiectării, execuţiei, controlului, exploatării mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile [103], [112], [122];

─ elaborarea unor instrumente metodologice pentru creaţia tehnică în domeniu: „scala nivelurilor de

creativitate“, „fondul de resurse metodologice de creativitate“, „fondul metodelor, tehnicilor,

demersurilor şi procedurilor cu potenţial creativ ridicat“, „lista standard specializată de întrebări pentru

stimularea creativităţii“, „fondul standard specializat de idei de creaţie“ [108], [109], [117], [118], [119],

[122];

─ elaborarea „listei standard specializate de întrebări pentru stimularea creativităţii“ în domeniul

reazemelor din structura dispozitivelor tehnologice şi, deci, şi în subdomeniul mecanismelor de centrare

şi strângere extensibile [119], [122];

─ sinteza, pe baze logico-combinatorice, a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile [92a],

[96], [98], [100], [101], [107], [122];

─ elaborarea unui set de principii/ criterii de structurare a unei baze de cunoştinţe/ date/ informaţii

[114], [120], [122] şi elaborarea unei baze de date/ cunoştinţe/ informaţii pentru concepţia-proiectarea

reazemelor din structura dispozitivelor tehnologice [113], [120], [122].

● De asemenea, se remarcă preocupările cu caracter fundamental ale unor cercetători de prestigiu din

Federaţia Rusă, Bulgaria şi Ucraina, referitoare la mecanismele de centrare şi strângere extensibile, cu

referiri şi la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, studiate în cadrul

tezei de doctorat.

■ Astfel, Iu. I Kuzneţov şi colaboratorii au contribuţii ştiinţifice semnificative/ importante privind:

─ evoluţia mecanismelor de centrare şi strângere extensibile, în funcţie de precizia de centrare-

strângere, cu referiri şi la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice,

studiate în cadrul cercetărilor din teză [200];

─ circuitul şi modul de închidere a forţelor de centrare-strângere la mecanismele de centrare şi

strângere extensibile, cu referiri şi la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice, studiate în cadrul cercetărilor din teză [200];

─ raportul de transmitere la mecanismele de centrare şi strângere extensibile, cu referiri şi la

mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, studiate în cadrul cercetărilor din

teză [200];

─ cursa elementelor de centrare-strângere ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile, cu


cercetărilor din teză [200].

■ De asemenea, A. I. Polovinkin şi G. S. Ciumakov au publicat o serie de contribuţii ştiinţifice

importante referitoare la:

─ structura câmpului de forţe la mecanismele de centrare şi strângere extensibile, cu referiri şi la


teză [258];

─ precizia de centrare la mecanismele de centrare şi strângere extensibile, cu referiri şi la


teză [258].

● Sunt câteva cercetări referitoare, în exclusivitate, la mecanismele de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice, ce fac obiectul tezei de doctorat, dintre care menţionăm:

─ cercetări privind relaţia forţe ─ tensiuni şi deplasări/ deformaţii la acest tip de mecanisme,

efectuate în cadrul Departamentului Maşini-unelte şi Scule al Universităţii Tehnice „Gheorghe Asachi“

din Iaşi, de către doctorandul Dragoş-Florin Chitariu sub îndrumarea profesorilor Nicolae Seghedin şi

Nicolae Gherghel [49];

16

─ cercetări privind forţele de strângere la acest tip de mecanisme (factorii care influenţează forţa de

strângere, efectele toleranţei suprafeţei de prindere a piesei asupra forţei de strângere), efectuate de către

profesorul O. N. Oguoma de la Universitatea Federală de Tehnologie, Owerri, Nigeria, şi de către

profesorul D. J. Billau de la Universitatea de Tehnologie, Loughborough, Anglia [242], [243], [244],

[245].

─ cercetări privind metodologia de sinteză şi proiectare a mandrinelor cu membrane elastice,

inclusiv asistată de calculator, efectuate în cadrul Departamentului Maşini-unelte şi Scule al Universităţii

Tehnice „Gheorghe Asachi“ din Iaşi, de către profesorii Nicolae Gherghel şi Nicolae Seghedin şi

doctorandul Adrian-Constantin Hanganu [98], [99].

─ cercetări privind factorii ce influenţează proiectarea mecanismelor/ mandrinelor cu membrane

elastice, efectuate de către J. S. ROBERTSON de la Universitatea din Nottingham, Marea Britanie [277].

1.5. Concluzii privind stadiul actual al cunoştinţelor şi cercetărilor în

domeniul mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice

● Mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice sunt o categorie/ clasă

importantă de reazeme, respectiv de mecanisme de centrare şi strângere extensibile, care s-au impus în

tehnologia construcţiilor de maşini, datorită avantajelor, performanţelor ridicate ale acestora.

● Referitor la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, sunt

cunoscute o serie de date, informaţii, cunoştinţe, inserate în literatura de specialitate de bază (tratate,

manuale, cursuri, îndrumare etc.).

● Prin studiul bibliografic, întreprins în cadrul elaborării tezei de doctorat, am identificat o serie de

cunoştinţe noi, care nu au fost inserate, încă, în bibliografia de bază în domeniu, uşor accesibilă

proiectanţilor, cercetătorilor, profesorilor, altor specialişti.

● Se remarcă preocupările continui de cercetare teoretico-experimentală a diverselor clase/ categorii

de mecanisme de centrare şi strângere extensibile, dintre care cele mai multe se axează pe mecanismele

de centrare şi strângere extensibile cu fălci (bacuri) şi bucşe elastice secţionate (crestate, cu lamele, cu

fălci, „pensete“) [200] şi au un caracter limitat la acestea.

● Analiza şi evaluarea cercetărilor din domeniu a condus la concluzia că multe aspecte sunt

insuficient clarificate, controversate, iar alte aspecte nu sunt încă abordate.

● Rezultă că sunt noi resurse de cercetare, creativitate şi originalitate în domeniul studiat, fapt ce

justifică oportunitatea cercetărilor dezvoltate în teza de doctorat.

17

CAPITOLUL 2

Obiective de cercetare ştiinţifică propuse în cadrul doctoratului

2.1. Obiective şi contribuţii potenţiale la dezvoltarea cunoaşterii ştiinţifice,

referitoare la analiza, sinteza şi optimizarea mecanismelor de

centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

În urma studiului literaturii de specialitate (tratate, monografii, manuale, cursuri, îndrumare, ghiduri,

albume, cataloage, norme, standarde, articole, brevete de invenţie etc), a stadiului actual al cunoştinţelor

şi cercetărilor în domeniul mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, a

concluziilor, observaţiilor, ideilor formulate pe baza acestora, în capitolul 1, precum şi a listei obiectivelor

analizei ştiinţifice, împreună cu conducătorul ştiinţific, prof. univ. dr. ing. Nicolae Gherghel, am stabilit o

serie de obiective şi contribuţii potenţiale la dezvoltarea cunoaşterii ştiinţifice, referitoare la analiza,

sinteza şi optimizarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice care

constituie tema, obiectul global al tezei de doctorat.

Unele obiective potenţiale pentru dezvoltarea cunoaşterii ştiinţifice, referitoare la analiza, sinteza şi

optimizarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, reprezintă şi

contribuţii posibile la dezvoltarea cunoaşterii ştiinţifice, referitoare la analiza, sinteza şi optimizarea

mecanismelor studiate în cadrul tezei de doctorat.

2.2. Obiective de cercetare ştiinţifică propuse pentru elaborarea tezei de

doctorat

Prin analiza obiectivelor potenţiale, prezentate în subcapitolul 2.1, ţinând seamă de importanţa

acestora, de gradul de abordare anterioară, de gradul de originalitate potenţial, de importanţa şi utilitatea

acestora, de resursele materiale, financiare şi de timp disponibile, împreună cu conducătorul ştiinţific,

profesorul Nicolae Gherghel, am stabilit o serie de obiective şi contribuţii posibile pentru dezvoltarea

cunoaşterii ştiinţifice, referitoare la analiza, sinteza şi optimizarea mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice, care constituie obiectul tezei de doctorat.

Acestea sunt prezentate, sintetic, în tabelul 2.1.

Tabelul 2.1 ─ Obiective de cercetare ştiinţifică propuse pentru elaborarea tezei de doctorat.

Obiective propuse

Analiză

Identificarea de noi surse bibliografice din literatura de Dispozitive Tehnologice şi din domenii conexe, referitoare

la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

Analiza-evaluarea conoştinţelor, datelor, informaţiilor actuale referitoare la mecanismele de centrare şi strângere


Sistematizarea conoştinţelor, datelor, informaţiilor actuale referitoare la mecanismele de centrare şi strângere


Analiza structurală a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice. Identificarea

ansamblurilor şi elementelor formatoare

Sinteză Sinteza, prin metode (pe baze) logico-combinatorice, a unor noi soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice

Optimizare

Stabilirea principiilor şi criteriilor de optimizare a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice

Analiza şi compararea relaţiilor/ modelelor matematice cunoscute din literatura de Rezistenţa Materialelor şi

Dispozitive Tehnologice, pentru curse, forţe, tensiuni/ eforturi etc. referitoare la mecanismele de centrare şi strângere


Modelarea/ simularea funcţionării mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

Studiul stării/ distribuţiei/ repartiţiei de tensiuni/ eforturi/ forţe şi deformaţii în membranele elastice ale

mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice şi în piesele prinse cu ajutorul acestora, prin

analiza cu elemente finite (FEA) şi verificări experimentale

Studiul (teoretico-experimental) al legăturii/ relaţiei dintre cursele şi forţele de acţionare şi de strângere la

mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

19

CAPITOLUL 3

Contribuţii privind analiza mecanismelor de centrare şi strângere


3.1. Elaborarea descrierii evoluţiei creaţiei tehnice în domeniul


elastice

O descriere preliminară a evoluţiei creaţiei tehnice în funcţie de apariţia şi/ sau includerea în

literatura de specialitate a soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice a fost publicată în lucrarea proprie [74].

În cele ce urmează, se prezintă dezvoltarea acestei descrieri, pe baza metodologiei prezentate sintetic

în figura 3.3 din teza de doctorat.

În urma studiul literaturii de specialitate din domeniul Dispozitivelor tehnologice [1], [3], [7], [14],

[24], [25], [27], [41], [45], [50], [51], [52], [59], [60], [64], [65], [69], [70], [77], [94], [128], [135], [136],

[141 ─ 144], [146], [148], [153 ─ 168], [175 ─ 179], [191], [192], [196], [197], [198], [206], [207],

[208], [211], [216], [217], [224], [227 ─ 237], [248], [249], [254], [257], [263], [271 ─ 276], [284], [285],

[286], [299], [300], [301], [306], [307], [320], [321], [332], [335 ─ 337], [339], [340], [342], [343], [349],

[353], am identificat 177 soluţii/ variante constructive de mecanisme de centrare şi strângere extensibile

cu membrane elastice, dintre care 131 soluţii/ variante sunt de tip mandrină şi 46 de tip dorn/ bolţ.

Fig. 3.4 ─ Descrierea evoluţiei apariţiei şi/ sau includerii în literatura de specialitate, a soluţiilor de mecanisme de

centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

Având în vedere numărul mare de soluţii/ variante identificate în acest stadiu al cercetării, pentru

evidenţierea evoluţiei creaţiei tehnice în domeniu, am elaborat o interpretare statistică a apariţiei,

respectiv a includerii, în literatura de specialitate, a soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice, sub formă de histogramă. Această histogramă este dată în

figura 3.4, care constituie o dezvoltare a histogramei publicate în lucrarea [74].

Conform tabelului 3.1, din teza de doctorat, mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice au prezentat un mare interes pentru cercetătorii/ specialiştii din Statele Unite ale

20

Americii, aceştia realizând sau diseminând/ incluzând, în litereatura de specialitate, un număr de 97

soluţii/ variante constructive de astfel de mecanisme, reprezentând o pondere de 42,17 % din totalul de

177 soluţii/ variante identificate în stadiul actual al cunoaşterii în domeniul Dispozitivelor tehnologice. De

asemenea, mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice au prezentat un interes

şi pentru cercetătorii/ specialiştii din alte ţări, după cum urmează: Federaţia Rusă cu o pondere de 14,78

%, România cu o pondere de 10,86 %, Germania cu o pondere de 10 %, Marea Britanie cu o pondere de

6,96 %, Franţa cu o pondere de 4,35, Italia cu o pondere de 3,91%, Japonia cu o pondere de 3,48 %,

China cu o pondere de 2,17 % şi Canada cu o pondere de 0,43 %.

Altă interpretare statistică a soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere extensibile

cu membrane elastice în funcţie de numărul de soluţii/ variante de astfel de mecanisme, de numărul de

autori şi locul în care au fost create sau incluse în literatura de specialitate, este dată în histograma din

figura 3.5.

Fig. 3.5 ─ Contribuţia ţărilor la evoluţia mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice în

funcţie de numărul de soluţii/ variante de astfel de mecanisme şi numărul de autori.

● Primele mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, conform surselor

disponibile, sunt semnalate încă din anul 1916, faţă de datarea evidenţiată în figura 3.2 [258].

● Creşterea numărului soluţiilor/ variantelor cunoscute în ansamblul literaturii de specialitate este

continuă.

● După cum se poate observa din figura 3.4, în perioadele 1931 ─ 1935, 1944 ─ 1960, 1961 ─ 1965,

1976 ─ 1980, 1981 ─ 1985, 1986 ─ 1990 şi 1991 ─ 1995, mecanismele de centrare şi strângere

extesibile cu membrane elastice au prezentat un mare interes pentru specialişti, aceştia creând sau

incluzând, în literatura de specialitate, un număr mare de astfel de mecanisme.

52

17 21 20 11

7 6 14

3 1

97

34 25 23

16 10 9 8 5 1

0

20

40

60

80

100

120

Număr autori Număr soluţii/ variante

21

3.2. Dezvoltarea criteriilor de clasificare şi a clasificării ştiinţifice a


elastice

Clasificarea şi sistemul de criterii pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice, pe baza metodologiei stabilite (figura 3.6 din teza de doctorat), sunt date în tabelul

3.2, care reprezintă o dezvoltare a clasificării publicate în lucrarea [74].

În figurile 3.7 ─ 3.42, din teza de doctorat, sunt exemplificate soluţiile/ variantele de mecanisme de

centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, pentru fiecare tip de astfel de mecanism, ordonate

conform clasificării acestora.

Tabelul 3.2 ─ Clasificarea generală propusă pentru mecanismele de centrare şi strângere cu membrane elastice.

Criteriul de clasificare Tipuri, soluţii, variante de mecanisme de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice Exemple

1 După destinaţia tehnologică pentru prelucrare Fig. 3.7

pentru control Fig. 3.8

2 După tipul suprafeţei de

prindere (a piesei)

tip mandrină Fig. 3.9

tip dorn/ bolţ Fig. 3.10

tip mandrină şi dorn/ bolţ (hibrid) Fig. 3.11

3 După lungimea pieselor care pot

fi prinse

scurte Fig. 3.12

lungi Fig. 3.13

4 După gradul de universalitate

(specializare)

speciale Fig. 3.14

specializate (de grup/ de cod; reglabile) Fig. 3.15

5 După numărul de membrane din

structura mecanismului

cu o membrană Fig. 3.16

cu două membrane Fig. 3.17

6 După forma constructivă a

membranei

cu membrane cu fălci

cu fălci pe o parte Fig. 3.18

cu fălci pe ambele părţi Fig. 3.19

cu două rânduri de fălci Fig. 3.20

cu două rânduri de suprafeţe active Fig. 3.21

cu membrane-cupă Fig. 3.22

7 După tipul (reglabilitatea)

fălcilor

cu fălci nereglabile Fig. 3.23

cu fălci reglabile Fig. 3.24

cu fălci schimbabile Fig. 3.25

cu fălci reglabile şi schimbabile Fig. 3.26

8 După forma suprafeţei active a

fălcilor

cu suprafaţă activă plană Fig. 3.27

cu suprafaţă activă cilindrică Fig. 3.28

cu suprafaţă activă prismatică Fig. 3.29

9 După elementul care

deformează membrana

cu plunjer (tijă) Fig. 3.30

cu şurub Fig. 3.31

cu pârghie Fig. 3.32

cu pană Fig. 3.33

cu camă (excentric) Fig. 3.34

cu bilă Fig. 3.35

cu bucşă (rigidă) Fig. 3.36

cu taler (rigid) Fig. 3.37

cu tijă piston (motor pneumatic/ hidraulic) Fig. 3.38

cu membrană Fig. 3.39

cu aer comprimat Fig. 3.40

10 După gradul de automatizare

(mecanizare)

cu acţionare manuală Fig. 3.41

cu acţionare mecanizată (pneumatică, hidraulică) Fig. 3.42

● Criteriile de clasificare şi clasificarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice, elaborate pe baza metodologiei stabilite, au validat metodologia propusă în lucrarea

proprie [74] şi dezvoltată în teza de doctorat.

22

● Clasificarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice este

elaborată pe principii ştiinţifice, în concordanţă cu stadiul actual al cunoştinţelor în domeniul

Dispozitivelor tehnologice şi cu necesităţile actuale şi de perspectivă.

● Clasificarea este unitară şi deschisă, este mai dezvoltată decât cele cunoscute şi are la bază 10

criterii coerente şi ierarhizate, dintre care unele sunt stabilite de către autor în urma analizei soluţiilor/

variantelor de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, identificate prin

studiul întreprins asupra stadiului actual al cunoştinţelor în domeniu.

● Criteriile de clasificare desemnează tipurile, soluţiile, variantele de mecanisme de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice din structura dispozitivelor tehnologice.

● Clasificarea reflectă varietatea mare a tipurilor, soluţiilor, variantelor de mecanisme de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice cunoscute şi care mai pot fi încă create.

● Clasificarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice este deosebit

de importantă pentru:

─ sistematizarea, ordonarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice,

în vederea studiului tipurilor, soluţiilor, variantelor acestora;

─ codificarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, în vederea

gestionării;

─ alegerea soluţiilor, variantelor optime de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice într-o situaţie tehnologică dată;

─ sistematizarea, ordonarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

în baza de cunoştinte/ date/ informaţii, pentru a fi uşor accesibile proiectanţilor, cercetătorilor,

profesorilor, altor specialişti, în vederea alegerii corecte şi rapide a soluţiilor/ variantelor optime într-o

situaţie tehnologică dată;

─ crearea unor noi soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice, prin metode logico-combinatorice, întrucât, conform Bazelor creaţiei tehnice (Inventicii),

criteriile de clasificare reprezintă ansamblurile formatoare, prin a căror combinare logică şi viabilă

tehnic, se pot obţine idei noi de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

3.3. Elaborarea arborelui soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare

şi strângere extensibile cu membrane elastice

Arborele soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice reprezintă o aplicaţie în spiritul inteligenţei artificiale, care, în alţi termeni, reprezintă un arbore

de căutare, de alegere/ selecţie, de decizie asupra soluţiilor/ variantelor optime într-o situaţie tehnologică

dată [112], [122].


elastice constituie un instrument important pentru facilitarea alegerii corecte şi a soluţiei/ variantei de

mecanisme de centrare şi strângere extensibil cu membrană elastice într-o situaţie dată [112], [122].

În figura 3.44, este prezentat arborele soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice, acesta fiind elaborat pe baza metodologiei stabilite (figura 3.43 din teza

de doctorat).

● Arborele propus pentru soluţiile/ variantele de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice a validat metodologia propusă în lucrarea proprie [74].

● Arborele desemnează tipurile, soluţiile, variantele de mecanisme de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice din structura dispozitivelor tehnologice.

● Arborele soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice este elaborat pe principii ştiinţifice, în concordanţă cu stadiul actual al cunoştinţelor în domeniul

Dispozitivelor tehnologice şi cu necesităţile actuale şi de perspectivă.

23

Fig. 3.44 ─ Arborele propus pentru soluţiile/ variantele de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice.

24

● Arborele este unitar şi deschis, acesta putând fi dezvoltat ulterior, pe măsura evoluţiei, îmbogăţirii

cunoaşterii în domeniu, a soluţiilor/ variantelor, a criteriilor de clasificare, a clasificării mecanismelor de


● Arborele reflectă varietatea mare a tipurilor, soluţiilor, variantelor de mecanisme de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice cunoscute şi care mai pot fi, încă, create.

● Faţă de clasificarea generală a acestor mecanisme, arborele soluţiilor/ variantelor oferă o imagine

de ansamblu mai sugestivă, iar faţă de diagrama de idei, nu oferă, direct, imaginea grafică a soluţiilor/

variantelor.

● Arborele soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice constituie un instrument important pentru facilitarea alegerii corecte a soluţiilor/ variantelor

optime de mecanisme de centrare şi strângere extensibil cu membrană elastice într-o situaţie dată.

● De asemenea, arborele soluţiilor/ variantelor poate sta la baza construirii arborilor de decizie/

alegere/ selecţie a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

3.4. Elaborarea unei diagrame de idei pentru mecanismele de centrare şi


Pe baza analizei constructiv-funcţionale a soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice şi a dispozitivelor „autocentrante“ care conţin astfel de

mecanisme, precum şi pe baza criteriilor de clasificare stabilite în subcapitolul 3.2, am elaborat o

diagramă de idei pentru acest tip de mecanisme, dată în figura 3.47. Datorită numărului mare de soluţii/

variante de astfel de mecanisme, diagrama de idei elaborată este de o mare complexitate. Din acest motiv,

am reprezentat un tronson care a fost împărţit în tronsoane mai mici, pe care le-am notat cu cifre de la 1 la

7, acestea indicând continuarea celorlalte tronsoane ale diagramei.

În figura 3.48, este dat un tronson din această diagramă, tronson ce conţine şi schemele de principiu,

din care rezultă, cu claritate, soluţiile/ variantele de baza pentru mecanismele de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice.

● Din analiza metodologiei şi a diagramei întocmite, rezultă faptul că aceste diagrame de idei

constituie un instrument deschis. O diagramă de idei, elaborată pentru o anumită categorie de mecanisme,

pentru un anumit mecanism, nu reprezintă ceva absolut definitiv; diagrama poate fi îmbunătăţită,

modificată etc., oricând pe parcursul evoluţiei categoriei de mecanisme/ mecanismului, ca urmare a

progresului tehnic continuu, a dezvoltării cunoaşterii ştiinţifice [123].

● Diagrama de idei a fost elaborată pe baza criteriilor de clasificare stabilite (subcapitolul 3.2) şi pe

baza analizei constructiv-funcţionale a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice, identificate în stadiul actual al cunoaşterii.

● Diagrama de idei conţine scheme de principiu din care rezultă, cu claritate, soluţiile/ variantele de

bază şi are un caracter deschis.

● Pe baza diagramei de idei pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice pot fi create noi soluţii/ variante de astfel de mecanisme, plecând de la semnul întrebării, „?“, de

pe diagramă, care sugerează că ar mai putea fi create şi alte soluţii/ variante corespunzătoare criteriului

respectiv. De asemenea, acest simbol ar putea fi transformat într-o întrebare de forma „Nu ar putea fi

create şi alte variante/ subvariante după criteriul considerat?“.

25

Fig

. 3

.47

─ D

iag

ram

a d

e id

ei p

ropu

să p

entr

u m

ecan

ism

ele

de

cen

trar

e şi

str

âng

ere

exte

nsi

bil

e cu

mem

bra

ne

elas

tice

.

26

Fig

. 3

.47

(co

nti

nu

are)

─ D

iag

ram

a d

e id

ei p

ropu

să p

entr

u m

ecan

ism

ele

de

cen

trar

e şi

str

âng

ere

exte

nsi

bil

e cu

mem

bra

ne

elas

tice

.

27

Fig. 3.48 ─ Un tronson din diagrama de idei propusă pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice.

3.5. Elaborarea structurii generale a mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice şi a structurilor

particulare ale acestora

Pe baza metodologiei prezentate în figura 3.50, din teza de doctorat, şi a structurii generale/

schemei-bloc/ modelului grafic sistemic al mecanismelor de centrare şi strângere extensibile, am elaborat

structura generală pentru mecanismele de centrare și strângere extensibile cu membrane elastice, care

fac obiectul cercetărilor din teză, prezentată în figura 3.51.

În figura 3.52, este prezentat un tronson din setul de structuri particulare/ individuale ale

mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice cunoscute în stadiul actual al

tehnicii, identificate în cadrul cercetărilor din teză. Conform lucrărilor [88], [89], [91], [92], [96], [100],

[101], [105], [106], acestea reprezintă soluţiile/ variantele secundare, de ordin 2 ale acestor mecanisme.

28

Fig. 3.51 ─ Structura generală propusă pentru mecanismele de centrare și strângere extensibile cu membrane

elastice (adaptare după [96], [100], [106], [107]).

Aceste structuri derivă din structura generală/ morfologia/ schema-bloc/ modelul grafic sistemic al

mecanismelor de centrare şi strângere extensibile, prezentat în figura 3.49. S-au luat considerare

elementele structurale tipice (elementele formatoare), identificate prin analiza structurală a mecanismelor

de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, identificate în stadiul actual al cunoaşterii (vezi

capitolul 1).

Prezentarea acestor structuri s-a făcut prin analogie cu forma propusă în lucrările [88], [89], [91],

[92], [96], [100], [101], [105], [106].

Acestor modele particulare/ individuale le sunt asociate coduri, conform lucrărilor menţionate mai

sus.

Pe baza structurii generale şi a setului structurilor particulare ale mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice, ce fac obiectul tezei, în tabelul 3.3, am prezentat sintetic, o

reprezentare statistică a frecvenţei cu care elementele structurale intră în componenţa acestor mecanisme,

ca elemente acţionate şi ca elemente intermediare.

Fig. 3.52 ─ Un tronson din setul de structuri particulare ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice.

membrană cu fălci 16.1.1 plunjer

membrană cu fălci

16.1.2 plunjer

membrană cu fălci

16.1.3 plunjer

membrană cu fălci

16.1.4 plunjer

membrană cu fălci

16.1.5 plunjer

membrană cu fălci

16.1.6 plunjer

membrană cu fălci

16.1.7 plunjer

membrană cu fălci

16.1.8 plunjer

membrană cu fălci

16.1.9 plunjer

membrană cu fălci

16.1.10 plunjer

membrană cu fălci

16.1.11 plunjer

cheie

taler

piston

pârghii

camă

piston

bucşă

flanşă

pârghii

roată d.

cheie

cheie

cheie

plunjer

arbore

camă

pinion

cheie

cheie

29

● Din analiza efectuată, a rezultat că cele 177 de soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice, identificate în stadiul actual al cunoaşterii, corespund la 45

de structuri particulare. Prin urmare, la o structură particulară, poate să corespundă una sau mai multe

soluţii/ variante de mecanisme. De asemenea, rezultă că deosebirile între soluţiile/ variantele cunoscute se

referă nu numai la structură, acest criteriu de creativitate, originalitate (structura) are o pondere de cca. 25

%.

● Structura generală şi structurile particulare ale a mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice contribuie la aprofundarea cunoaşterii structurii/ morfologiei acestor

mecanisme, la cuprinderea, într-o formă cât mai sintetică, generalizată, a esenţei structurii acestui tip de

mecanisme.

● Structura generală şi structurile particulare ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile

cu membrane elastice oferă avantajul stimulării creativităţii tehnice, al generării imaginii fizice a

mecanismului şi al reprezentării funcţiilor de transfer static sau dinamic [106].

● După cum se poate observa din structura generală şi structurile particulare ale mecanismelor de

centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, unele elemente structurale, cum ar fi: plunjere,

pârghii, şuruburi, bucşe (rigide), talere (rigide) etc., intră cu frecvenţă ridicată în componenţa acestor

mecanisme.

● Structurile/ reprezentările structurale pot contribui la clasificarea, codificarea, simbolizarea şi

schematizarea, pe baze ştiinţifice, a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice, luând în considerare ansamblurile şi elementele formatoare, respectiv structura contructiv-

funcţională a cestora.

● Aceste structuri constituie o premisă importantă în activitatea de concepţie şi proiectare, pe baze

logice, a dispozitivelor tehnologice, de alegere/ selectare şi sintetizare a unor noi soluţii/ variante de

mecanisme, de tipul celor studiate în cadrul tezei de doctorat.

● Evidenţierea structurii generale a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice şi a structurilor particulare ale acestora permite uşurarea alegerii soluţiei/ variantei optime de

astfel de mecanisme, pe baza ansamblurilor şi elementelor formatoare, a structurii contructiv-funcţionale

a acestora.

● De asemenea, studiul structurii generale şi a structurilor particulare ale mecanismelor de centrare

şi strângere extensibile cu membrane elastice constituie fundamentul sintezei, pe baze logico-

combinatorice a acestui tip de mecanisme.

3.6. Elaborarea viziunii sistemice asupra mecanismelor de centrare şi


Ca formă de prezentăre a viziunii sistemice s-a adoptat forma propusă în lucrările [255], [97], [121].

De asemenea, criteriile de evaluare a performanţelor s-au stabilit prin analogie cu sistemul de criterii din

aceleaşi lucrări [255], [97], [121].

Ţinând seamă de consideraţiile de mai sus şi de metodologia prezentată în figura 3.53, din teza de

doctorat, mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, ca sistem, respectiv

viziunea sistemică propusă pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

este dată în figura 3.54.

În limbajul Inventicii [20], figura 3.54 reprezintă o variantă specifică de diagramă de idei de

cercetare-concepţie-proiectare sau de creaţie ştiinţifică şi tehnică în domeniul dispozitivelor [255], [97],

[121].

● Considerarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice ca sistem

oferă o viziune de ansamblu asupra structurii generale a acestor mecanisme, precum şi asupra

parametrilor de intrare/ factorilor de influenţă şi criteriilor de evaluare a performanţelor acestora.

30

Fig. 3.54 ─ Viziune sistemică propusă pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice.

● Mărimile de intrare sau factorii de influenţă şi criteriile de evaluare a performanţelor sunt

numeroase. Acestea reflectă complexitatea abordării globale a acestor mecanisme, dar şi resurse noi de

cercetare, de creaţie ştiinţifică şi tehnică.

● Listarea unui număr cât mai mare de criterii de evaluare a performanţelor a fost subordonată

asigurării posibilităţii obţinerii unor informaţii cât mai complete asupra mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice.

● Viziunea sistemică elaborată pentru aceste mecanisme poate contribui la stimularea şi dezvoltarea

creaţiei ştiinţifice şi tehnice în domeniu, prin sugerarea de noi direcţii, teme, obiective, idei de creaţie

ştiinţifică şi tehnică.

3.7. Elaborarea descrierii ierarhice a mecanismelor de centrare şi


Ţinând seamă de consideraţiile generale referitoare la descrierea ierarhică a sistemelor tehnice,

precum şi de cunoştinţele actuale privind mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice, pe baza metodologiei propuse (fig. 3.55 din teza de doctorat), am elaborat o descriere ierarhică

a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, cu acţionare manuală (figura

3.57), prezentată sintetic, sub forma propusă de către profesorul Nicolae Gherghel [124], în figura 3.56.

31

Fig. 3.57 ─ Descrierea ierarhică propusă pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice, cu acţionare manuală.

f. Proiectul tehnic (PT)

e. Soluţia tehnică (ST)

d. Principiul fizic de funcţionare (PFF)

c. Structura funcţională (SF)

b. Funcţia tehnică (F)

a. Cerinţa (funcţia, atributul) (C):

orientarea-poziţionarea (centrarea) şi

strângerea piesei

32

● Descrierea ierarhică elaborată pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice constituie o contribuţie la înţelegerea principiilor, fenomenologiei specifice acestor

mecanisme, la etapele logice ale procesului de creaţie ale acestora, de la principiu la proiect.

● Ordinea descrierii ierarhice a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice este un instrument de lucru, care poate fi utilizat în vederea structurării problemelor de creaţie

tehnică în domeniu [23], [288 ], [111], [294], [124].

● Descrierea ierarhică a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice se

poate utiliza în: prezentarea, descrierea, sistematizarea, clasificarea, analiza, sinteza, cercetarea/

cunoaşterea, modelarea sistemelor tehnice în cauză etc. [23], [288 ], [111], [294], [124].

3.8. Elaborarea arborilor de decizie generalizaţi pentru mecanismele de


Un tronson din arborii de decizie generalizaţi pentru mecanismele de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice este dat în tabelul 3.4. Aceşti arbori reprezintă o particularizare a

arborilor de decizie generalizaţi elaboraţi de către profesorul Nicolae Gherghel, pentru soluţiile/

variantele primare/ de bază/ de gradul 1 de mecanisme de centrare şi strângere extensibile, şi corespund

mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice cu fălci şi „cupă“, luate global.

Mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice sunt codificate conform

clasificării, schematizării/ simbolizării şi codificării prezentate în tabelul 1.1 (vezi subcapitolul 1.1),

propuse de către profesorul Nicolae Gherghel, în lucrările [89], [91], [92], [103], [111], [112], [122], după

cum urmează: mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice cu fălci sunt notate/

codificate cu 16, iar mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane-cupă sunt notate/

codificate cu 17.

În tabelul 3.4, sunt marcate dezvoltările propuse pentru arborii de decizie generalizaţi, dezvoltări

stabilite pe baza analizei constructiv-funcţionale a soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice identificate în cadrul cercetărilor din teza de doctorat.

● Elaborarea arborilor de decizie generalizaţi, respectiv a grilelor de selecţie/ decizie, a implicat

ordonarea, ierarhizarea logică a criteriilor de analiză-evaluare-decizie-selecţie, alegerea acestora şi

nuanţarea gradului de satisfacere a acestora de către fiecare soluţie/ variantă de mecanism de centrare şi

strângere extensibil cu membrane elastice.

● Arborii de decizie generalizaţi permit căutarea/ identificarea situaţiilor de utilizare raţională a unei

anumite soluţii/ variante din ansamblul soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice cunoscute în stadiul actual al tehnicii.

● De asemenea, se impune elaborarea unor arbori de decizie generalizaţi pentru soluţiile/ variantele

de ordin superior/ inferior de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice,

conform clasificării generale şi arborelui soluţiilor/ variantelor de astfel de mecanisme, prezentate în

subcapitolele 3.2 şi 3.3.

33

Tab

elu

l 3

.4 ─

Un

tro

nso

n d

in a

rbo

ri d

e d

eciz

ie g

ener

aliz

aţi

elab

ora

ţi p

entr

u m

ecan

ism

ele

de

cen

trar

e şi

str

âng

ere

exte

nsi

bil

e cu

mem

bra

ne

elas

tice

.

34

3.9. Stabilirea dispozitivului „autocentrant“ generalizat cu membrane

elastice

Pe baza metodologiei propuse în figura 3.59, din teza de doctorat, am stabilit structura dispozitivului

„autocentrant“ generalizat cu membrane elastice, prezentat în tabelul 3.6.

Din tabelul 3.6, rezultă că în structura dispozitivului „autocentrant“ generalizat cu membrane

elastice intră 17 grupe, categorii, clase, familii de elemente, mecanisme, subansambluri, subsisteme,

componente tipice (faţă de cele 35 posibile), fapt ce denotă o complexitate destul de ridicată a acestor

dispozitive „autocentrante“ cu membrane elastice şi, de aici, complexitatea problematicii concepţiei şi

proiectării acestora.

În figurile 3.60 ─ 3.76, din teza de doctorat, sunt exemplificate soluţiile/ variantele de dispozitive

„autocentrante“ cu membrane elastice, pentru fiecare categorie, clasă, familie de elemente, mecanisme,

subansambluri, subsisteme, componente tipice ce intră în structura acestor dispozitive.

Tabelul 3.6 ─ Structura propusă pentru dispozitivul „autocentrant“ generalizat cu membrane elastice.

Elemente comune Exemple

1 Elemente, subansambluri de orientare-poziţionare (reazeme simple/ obişnuite) Fig. 3.60

2 Elemente, subansambluri de strângere (fixare) Fig. 3.61

3 Elemente, subansambluri de orientare-poziţionare (centrare) şi strângere (reazeme „autocentrante“),

mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice Fig. 3.62

4 Elemente de acţionare Fig. 3.63

5 Elemente care formează corpul (elemente de legătură internă) Fig. 3.64

6 Elemente pentru orientarea-poziţionarea (centrarea) dispozitivului Fig. 3.65

7 Elemente pentru fixarea dispozitivului Fig. 3.66

8 Elemente de asamblare (montare) Fig. 3.67

Elemente specifice/ speciale

9 Elemente, subansambluri pentru sporirea rigidităţii şi stabilităţii (rigidizare suplimentară, rezemare

suplimentară) a pieselor în timpul lucrului (reazeme suplimentare) Fig. 3.68

10 Mijloace, elemente de control (măsurare, verificare) Fig. 3.69

11 Suporţi pentru susţinerea mijloacelor de control Fig. 3.70

12 Elemente pentru echilibrare (contragreutăţi) Fig. 3.71

13 Elemente de blocare a mecanismului de centrare şi strângere Fig. 3.72

14 Elemente de transmitere a mişcării Fig. 3.73

15 Elemente de transformare a mişcării Fig. 3.74

16 Elemente de protecţie Fig. 3.75

17 Elemente de comandă Fig. 3.76

● Din structura propusă pentru dispozitivul „autocentrant“ generalizat cu membrane elastice rezultă

că aceasta cuprinde 17 grupe de elemnte.

● Din cele 17 grupe de elemnte, mecanisme, subansambluri, subsisteme, componente, doar opt sunt

comune tuturor dispozitivelor „autocentrante“ cu membrane elastice, celelalte nouă sunt specifice

anumitor tipuri de astfel de dispozitive: de control, pentru prinderea diferitelor tipuri de piese

(semifabricate), diferitelor grade de mecanizare sau automatizare, diferitelor scheme de prelucrare etc.

● Din structura propusă, rezultă că dispozitivul „autocentrant“ generalizat cu membrane elastice au

o complexitate destul de ridicată şi, ca urmare, problematica concepţiei-proiectării acestora este

complexă.

● Structura propusă contribuie la descrierea mai detaliată a structurii acestor dispozitive

„autocentrante“.

35

3.10. Stabilirea principiilor ştiinţifice de structurare a unei baze de date şi

elaborarea unei baze de date pentru sinteza mecanismelor de


În ce priveşte forma de prezentare a categoriilor specifice de cunoştinţe, date, informaţii, dintre

formele prezentate a soluţiilor/ variantelor propuse în lucrările [113], [114], [120], [122], pentru

prezentarea soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice, am optat pentru fişele propuse, de către profesorul Nicolae Gherghel, pentru analiza ştiinţifică a

sistemelor tehnice, respectiv pentru prezentarea acestora în bazele de cunoştinţe/ date/ informaţii.

Acestea conţin:

─ tipul/ soluţia/ varianta de mecanism după principalele criterii de clasificare (tipul elementului ce

deplasează elementele de centrare şi strângere propriu-zise; caracter; tipul acţionării) (subcapitolul 3.2 şi

3.5);

─ schiţa/ desenul/ modelul grafic;

─ denumirea reperelor componente;

─ schema funcţională/ structura/ morfologia/ schema-bloc/ modelul grafic sistemic (subcapitolul

3.5);

─ sursele bibliografice, în ordine cronologică.

În ce priveşte principiile de structurare a bazei de date şi structura acesteia, s-au adoptat cele

prezentate în figura 1.37, subcapitolul 1.4.

O bază de cunoştinţe/ date/ informaţii preliminară, pe baza metodologiei propuse (fig. 3.78 din teza

de doctorat), a fost elaborată, de către autor, în anul 2010, în lucrarea de disertaţie (Elaborarea unei baze

de date pentru concepţia şi proiectarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice), în cadrul Departamentului Maşini-unelte şi Scule al Facultăţii de Construcţii de Maşini şi

Management Industrial din cadrul Universităţii Tehnice „Gheorghe Asachi“ din Iaşi. În figura 3.81, este

prezentat un exemplu de fişă pentru soluţiile/ variantele de mecanisme de centrare şi strângere extensibile

cu membrane elastice, din structura bazei de cunoştinţe/ date/ informaţii elaborată în cadrul tezei. Toate

fişele sunt date în anexa 1, din teza de doctorat.

Baza de cunoştinţe/ date/ informaţii elaborată pentru sinteza mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice, cuprinde 177 soluţii/ variante de astfel de mecanisme, identificate şi

analizate în cadrul tezei.

Din fişele soluţiilor/ variantelor, inserate în bază, rezultă cunoştinţe/ date/ informaţii deosebit de

importante, referitoare la construcţia şi funcţionarea soluţiilor/ variantelor, elementelor acestora; schemele

funcţionale/ structura generală/ morfologia/ modelul grafic sistemic al acestora; tipul/ categoria/ clasa/

familia după principalele criterii de clasificare; sursele bibliografice în ordine cronologică.

Fireşte, baza este deschisă, putând fi completată ulterior, prin identificarea/ crearea unor noi soluţii/

variante de astfel de mecanisme.

Prin dezvoltarea fişelor soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice, pot fi inserate şi celelalte categorii de cunoştinţe/ date/ informaţii, referitoare la

dimensiuni, materiale, tratamente termice etc.

● La structurarea bazei de cunoştinţe/ date/ informaţii pentru sinteza şi a mecanismelor de centrare

şi strângere extensibile cu membrane elastice, trebuie să se ţină seamă de principiile, criteriile, regulile de

structurare, de clasificare ştiinţifică a datelor, stabilite.

● Aplicarea principiilor, criteriilor şi regulilor ştiinţifice, stabilite în vederea structurării

cunoştinţelor/ datelor/ informaţiilor, în baza de cunoştinţe/ date/ informaţii pentru sinteza mecanismelor

de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, asigură satisfacerea exigenţelor actuale ale

regăsirii informaţiilor în activităţile de concepţie-proiectare-cercetare, de creaţie ştiinţifică şi tehnică, ale

concepţiei-proiectării asistate de calculator.

36

Denumirea grupei de sisteme tehnice 2 Echipamente tehnologice pentru construcţia de maşini (SDV-uri)

Denumirea grupei de echipamente

tehnologice 2.2 Dispozitive tehnologice pentru construcţia de maşini

Denumirea grupei de componente

structurale 2.2.3 Mecanisme de centrare şi strângere extensibile

Tipul mecanismului după elementele de

centrare-strângere propriu-zise 2.2.3.12.1

Mecanism de centrare şi strângere extensibil cu membrană

elastică cu fălci

Tipul mecanismului după elementele ce

deplasează elementele de centrare-

strângere propriu-zise

2.2.3.12.1.2 Mecanism de centrare şi strângere extensibil cu membrană

elastică cu fălci deplasată cu ajutorul unui şurub

Tipul mecanismului după caracter

(mandrină, dorn/ bolţ, menghină

exterioară, menghină interioară, hibrid)

2.2.3.12.1.2.1 Mecanism de centrare şi strângere extensibil cu membrană

elastică cu fălci deplasată cu ajutorul unui şurub, de tip mandrină

Tipul mecanismului după tipul acţionării

(manuală; pneumatică, hidraulică etc.) 2.2.3.12.1.2.1.2


elastică cu fălci deplasată cu ajutorul unui şurub, de tip

mandrină, cu acţionare pneumatică/ hidraulică

[Krahn Heinrich, Eh Dieter, Lauterbach Thomas, 1000 Konstruktionsbeispiele fur die Praxis. Vol. 2. München/ Wien: Carl

Hanser Verlag, 2007, p. 283, fig. 21-27.]

Denumirea reperelor 1 ─ pârghie; 2 ─ reazem; 3 ─ membrană cu fălci; 4 ─ piesă; 5 ─ corpul mandrinei; 6 ─ orpitor; 7 ─

flanşă; 8 ─ şurub; 9 ─ flanşă; 10 ─ şurub

Schema funcţională

Sursele

(în ordine

cronologică)

Krahn Heinrich, Eh Dieter, Lauterbach Thomas, 1000 Konstruktionsbeispiele fur die Praxis. Vol. 2.

München/ Wien: Carl Hanser Verlag, 2007, p. 283, fig. 21-27.

Fig. 3.81 ─ Exemplu de fişă pentru soluţiile/ variantele de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice, din structura bazei de date elaborate.

● Baza de cunoştinţe/ date/ informaţii creată pentru sinteza mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice conţine 177 soluţii/ variante de astfel de mecanisme, identificate în

stadiul actual al cunoaşterii, şi constituie o contribuţie ştiinţifică semnificativă în domeniu, necunoscând

existenţa unei astfel de baze cunoştinţe/ date/ informaţii de cuprinderea celei propuse şi elaborate după

principii, criterii, reguli ştiinţifice, în conformitate cu exigenţele actuale ale concepţiei-proiectării asistate

de calculator.

Motor

pneumatic/

hidraulic Piesă

ca

S

cs

Q Membrană

cu fălci Şurub

37

CAPITOLUL 4

Contribuţii privind sinteza, prin metode logico-combinatorice, a

unor noi soluţii de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice

Prin sinteză se înţelege formarea, din elemente, a unui tot unitar, ale cărui proprietăţi nu se obţin prin

combinarea mărimilor care reprezintă proprietăţile elementelor [287].

Sinteza mecanismelor de strângere în general, este o fază din metodologia generală de proiectare a

dispozitivelor [287].

Prin metodă (tehnică) logico-combinatorică, în general, se înţelege activitatea de combinare logică a

unor elemente, pentru formarea/ crearea unui tot unitar [287].

Metodele (tehnicile) logico-combinatorice (analitoco-deductive) de creaţie tehnică, de proiectare

creativă, fac parte din categoria metodelor „logice“ (analitice) creative de căutare (analiză, cercetare) a

noilor soluţii/ variante [122].

În ultimul timp, prin sinteza metodelor cunoscute, s-au creat şi dezvoltat metode, algoritmi

generalizaţi de „căutare pe baze logico-combinatorice“ [15], [122], dar şi metode (tehnici), algoritmi

particulari, specializaţi pentru rezolvarea unor clase de probleme de creaţie tehnică. Astfel, în domeniul

dispozitivelor de prindere, tehnologice, s-au dezvoltat metode, algoritmi, pentru [122]:

─ sinteza unor noi dispozitive;

─ sinteza unor noi scheme, soluţii, variante de prelucrare, control, asamblare etc., ce stau la baza

dispozitivelor aferente;

─ sinteza unor noi scheme, soluţii, variante de orientare-poziţionare;

─ sinteza unor noi scheme, soluţii, variante de strângere;

─ sinteza unor noi scheme, soluţii, variante de mecanisme de strângere;

─ sinteza unor noi scheme, soluţii, variante de mecanisme de centrare şi strângere extensibile.

Aplicarea rapidă a metodelor logico-combinatorice presupune ca, în literatura de sinteză (tratate,

manuale, cursuri, îndrumare, ghiduri) să fie prezentate structura generală/ morfologia generală/ schema-

bloc/ modelul grafic sistemic al diferitelor sisteme, subsisteme, blocuri, subansambluri, mecanisme,

elemente structurale, funcţiile acestora, criteriile de clasificare şi clasificarea soluţiilor/ variantelor, fondul

(colecţia, baza) de soluţii/ variante, criteriile de analiză-evaluare-decizie, avantajele, dezavantajele,

performaţele, domeniul raţional de utilizare, metode de analiză-evaluare-decizie-alegere adecvate, cu

exemplificările necesare [122].

În cele ce urmează sunt prezentate rezultatele obţinute în urma aplicării metodei de sinteză pe baze

(prin metode) logico-combinatorice în cazul mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice, conform metodologiei prezentate în figura 4.1, din subcapitolul 4.3, din teza de

doctorat.

Pornind de la analiza celor 177 soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice identificate în literatura de Dispozitive tehnologice, am delimitat ansamblurile şi

elementele formatoare ce intră în structura acestor mecanisme, prezentate sintetic în tabelul 4.1, am

aplicat metodele de creaţie logico-combinatorice pentru crearea unor noi soluţii/ variante de mecanisme

de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

Pentru vizualizarea modului de realizare a combinaţiilor posibile, a soluţiilor/ variantelor matematic

posibile de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, am optat pentru

matricea spaţială, deoarece permite o vizualizare comodă a combinaţiilor (figura 4.3, subcapitolul 4.3).

Numărul de combinaţii posibile ale elementelor ansamblurilor formatoare ce poate rezulta din

matricea spaţială este de 260 soluţii/ variante matematic posibile de mecanisme de centrare şi strângere


38

Fig. 4.3 ─ Matricea spaţială pentru vizualizarea modului de realizare a combinaţiilor

ansamblurilor şi elementelor formatoare considerate pentru mecanismele

de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

În urma eliminării soluţiilor/ variantelor cunoscute, conform setului de structuri particulare/

individuale ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, prezentat în

subcapitolul 3.5, rezultă 248 de noi soluţii/ variante de astfel de mecanisme.

Din numărul total de noi soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice, am identificat şi eliminat soluţiile/ variantele neviabile (incompatibile) tehnic,

folosind „principiul/ criteriul compatibilităţii transmiterii mişcării“, între elementele structurale ale

acestor mecanisme.

În figura 4.6, sunt prezentate câteva scheme funcţionale a unor soluţii/ variante de mecanisme de

centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice viabile (comaptibile) tehnic, conform principiului/

criteriului compatibilităţii transmiterii mişcării, elaborate prin analogie cu cele propuse de către

profesorul Nicolae Seghedin în lucrarea [292].

Fig. 4.6 ─ Scheme funcţionale ale unor soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice viabile (comaptibile) tehnic, conform principiului compatibilităţii transmiterii mişcării.

39

În urma identificării şi eliminării soluţiilor/ variantelor neviabile (incompatibile) tehnic, au rezultat

155 noi soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice. În

tabelul 4.3 sunt prezentate câteva exemple de noi soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi strângere


Tabelul 4.3 ─ Exemple de noi soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi strângere extensibile

cu membrane elastice.

Codul noii

soluţii/

variante

Elemente acţionate/

conducătoare/ de

intrare

Elemente intermediare

Elemente de centrare şi

strângere/ conduse/ de execuţie/

de ieşire

A2B1C1 plunjer plunjer membrană elastică cu fălci

A3B1C1 şurub plunjer membrană elastică cu fălci

A4B1C1 pârghie plunjer membrană elastică cu fălci

A5B1C1 pană plunjer membrană elastică cu fălci

A6B1C1 camă (excentric) plunjer membrană elastică cu fălci

A7B1C1 bilă plunjer membrană elastică cu fălci

A8B1C1 bucşă (rigidă) plunjer membrană elastică cu fălci

A2B3C1 plunjer pârghie membrană elastică cu fălci

A3B3C1 şurub pârghie membrană elastică cu fălci

A4B3C1 pârghie pârghie membrană elastică cu fălci

A5B3C1 pană pârghie membrană elastică cu fălci

A6B3C1 camă (excentric) pârghie membrană elastică cu fălci

În tabelul 4.3, sunt menţionate codurile noilor soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice, precum şi elementele acţionate/ conducătoare/ de intrare, elementele

intermediare şi elementele de centrare şi strângere/ conduse/ de execuţie/ de ieşire din structura acestor

mecanisme, ce fac obiectul cercetărilor din teză.

În figura 4.7, sunt prezentate scheme funcţionale/ morfologii/ scheme-bloc/ modele grafice sistemice,

elaborate prin analogie cu cele prezentate în figura 3.52 (subcapitolul 3.5), ale unor noi soluţii/ variante de

mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice cu fălci, acestea fiind ordonate,

ierarhizate, în urma analizei-evaluării performanţelor fiecărei soluţii constructiv-funcţionale.

Figura 4.7 ─ Scheme funcţionale ale unor noi soluţii/ variante

de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

cu fălci, sistematizate în ordine descrescătoare a performanţelor.

40

În figura 4.9, este detaliată o soluţie/ variantă constructivă de mecanism de centrare şi strângere

extensibile cu membrană elastică.

● Multitudinea de ansambluri şi, mai ales, de elemente formatoare lărgesc domeniul de căutare a

noilor soluţii/ variante posibile, viabile tehnic, de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice.

● Criteriile de evaluare a performanţelor, listate, respectiv sistemul de criterii de analiză valorică

(parametrii de evaluare a valorii), evidenţiază căile posibile pentru îmbunătăţirea valorii mecanismelor de

centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, în vederea perfecţionării soluţiilor/ variantelor

constructiv-funcţionale sau pentru sinteza unor noi soluţii/ variante.

● Analiza valorică a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, pe

baza acestui sistem de criterii, conduce la luarea unor decizii corecte, la alegerea soluţiilor/ variantelor

optime, deoarece acestea vor satisface atât cerinţele tehnice cât şi cele economice.

Figura 4.9 ─ Mecanism de centrare şi strângere extensibil cu membrană

elastică deformată cu ajutorul unui plunjer şi a unei pene.

● În urma aplicării metodei de sinteză pe baze logico-combinatorice asupra mecanismelor de

centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, am identificat 155 de noi soluţii/ variante de astfel

de mecanisme viabile tehnic.

● Cercetările efectuate întăresc constatarea că metodele de creaţie pe baze logico-combinatorice se

pretează, sunt eficiente şi pentru domeniul mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice şi, totodată, constituie o resursă certă, importantă, de creaţie tehnică, de găsire a unor

noi idei, soluţii/ variante viabile de astfel de mecanisme, cu performanţe semnificative.

● Rezultatele obţinute pot constitui un punct de plecare pentru dezvoltarea acestor cercetări cel puţin

pentru categorii/ clase/ familii de mecanisme similare, cât şi în creaţia tehnică/ concepţie-proiectare.

41

CAPITOLUL 5

Contribuţii privind optimizarea mecanismelor de centrare şi


5.1. Conceptul de optimizare

Prin optimizare, conform Dicţionarului explicativ al limbii române (DEX 2009), se înţelege alegerea

şi aplicarea soluţiei (economice) optime (dintre mai multe posibile) sauraţionament/ calcul care permite

găsirea valorilor unuia sau mai multor parametri corespunzând maximului unei funcţii. Conform Marelui

dicţionar de neologisme (MDN 2008), prin optimizare se înţelege un ansamblu de lucrări de cercetare

operaţională care urmăreşte găsirea celei mai bune soluţii pentru rezolvarea unei anumite probleme.

5.2. Stabilirea principiilor şi criteriilor de optimizare a mecanismelor de


Pornind de la viziunea sistemică asupra mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice, elaborată (figura 3.54 din subcapitolul 3.7), precum şi de la criteriile de analiză-

evaluare-decizie, în alegerea soluţiilor/ variantelor şi de la criteriile de evaluare a performanţelor, în

sinteza pe baze logico-combinatorice, am stabilit principiile, criteriile de optimizare pentru acesti tip de

mecanisme:

─ precizia de centrare şi strângere;

─ preciziei de prelucrare, control, asamblare etc.;

─ forţa de strângere S/ Fs;

─ forţa de acţionare Q/ Fa;

─ cursa de strângere cs;

─ cursa de acţionare ca;

─ consumul de energie de acţionare;

─ efortul fizic depus de către operatori;

─ gradul de dependenţă a forţei de strângere de abaterile suprafeţei de centrare-strângere;

─ accesibilitatea la suprafaţa de prelucrat, controlat, asamblat etc.;

─ gradul de universalitate;

─ deformaţiile membranei;

─ deformaţiile fălcilor;

─ rigiditatea mecanismului;

─ presiunea de contact dintre elemente;

─ uzura mecanismului;

─ durabilitatea mecanismului;

─ rezistenţa la oboseală a membranei;

─ nivelul vibraţiilor din mecanism;

─ complexitatea mecanismului;

─ volumul (gabaritul) mecanismului/ dispozitivului;

─ masa (greutatea) mecanismului;

─ consumul de material;

Pot fi stabilite şi alte principii, criterii de optimizare pentru mecanismele de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice, ce fac obiectul tezei de doctorat.

42

5.3. Analiza şi compararea relaţiilor matematice cunoscute pentru curse,

forţe şi tensiuni/ eforturi unitare, referitoare la mecanismele de


Studiul privind analiza şi compararea relaţiilor/ modelelor matematice cunoscute pentru forţa de

acţionare Q/ Fa, referitoare la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice,

efectuat de către autor, a fost publicat într-o primă formă, în lucrarea [76]. În acest studiu nu au fost

cercetate şi relaţiile/ modelele matematice pentru calculul curselor de strângere cs şi de acţionare ca, şi a

celor pentru tensiunilor/ eforturilor unitare pentru acest tip de mecanisme, ce fac obiectul tezei de

doctorat.

În tabelul 5.1, se prezintă, sintetic, sub formă de tabel/ grilă, schemele (modelele fizice) de calcul a

forţelor de acţionare Q/ Fa, relaţiile de calcul (modelele matematice) şi parametrii ce intră în modele,

pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

Tabelul 5.1 ─ Scheme (modele fizice), relaţii de calcul (modele matematice) şi parametri, pentru forţa de acţionare

la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice (extras din [76]).

Nr.

crt.

Scheme (modele fizice), relaţii de calcul (modele matematice) şi parametri ce intră în relaţii, pentru forţa de

acţionare Q/ Fa la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

1

[194]

B ─ rigiditatea membranei [daN·mm];

φ ─ unghiul maxim de deschidere a fălcilor [rad];

a ─ raza membranei [cm];

b ─ raza de dispunere a fălcilor [cm]

● Pentru a compara rezultatele ce se obţin cu fiecare din relaţiile 1 ─ 6, din tabelul 5.1, s-a considerat

o membrană elastică cu fălci reglabile (fig. 5.2), din dotarea Laboratorului de Dispozitive al

Departamentului Maşini-unelte şi Scule din cadrul Universităţii Tehnice „Gheorghe Asachi“ din Iaşi,

având următorii parametri: rf = 53 mm; rm = 62 mm; rt = 8 mm; l = 44 mm; g = 9 mm; n = 12; material ─

60Si15A (ARC3) STAS 795─80, σa = 40 daN/ mm2. Pentru piesa prinsă în mecanismul de centrare şi

strângere extensibil cu membrană elastică, s-au considerat parametrii: rp = 41 mm; Tdp = 0,02 mm. De

asemenea, s-a considerat jocul funcţional Jfmin = 0,02 mm şi o forţă de strângere pe o singură falcă a

membranei, Si = 31,44 N (valoare obţinută cu relaţia 1.15 din subcapitolul 1.2).

● În urma determinării forţei de acţionare Q/ Fa, cu fiecare din cele şase relaţii, au rezultat şase

valori diferite, cu valori cuprinse între 769 şi 3297 N, după cum se poate observa în histograma din figura

5.3.

43

Fig. 5.2 ─ Model de calcul pentru forţa de acţionare pentru cazul considerat.

Fig. 5.3 ─ Valori pentru forţa de acţionare, obţinute cu modelele de calcul cunoscute, pentru cazul considerat.

5.4. Modelarea/ simularea funcţionării şi studiul stării de tensiuni şi

deformaţii în membranele elastice ale mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice şi în piesele prinse cu

ajutorul acestora, prin metoda de analiză cu elemente finite

Pentru efectuarea modelării/ simulării funcţionării şi studiul stării de tensiuni şi deformaţii în

membranele elastice ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice şi în

piesele prinse cu ajutorul acestora, am optat pentru programul Solid Works 2010, program pus la

dispoziţie de către profesorul Jian S. Dai de la Universitatea King`s College London, în timpul stagiului

de cercetare externă desfăşurat la universitatea respectivă.

3297

2190

2544

1099

769

1017

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1 2 3 4 5 6

Forţ

a d

e a

cţionare

Q/

Fa [N

]

Număr relaţie (tabelul 5.1)

44

Pentru efectuarea modelării/ simulării funcţionării şi studiul stării de tensiuni şi deformaţii am ales o

membrană elastică din structura unui stand de cercetare, dezvoltat pentru cercetările experimentale

proprii, din dotarea Laboratorului de Dispozitive tehnologice al Universităţii Tehnice „Gheorghe Asachi“

din Iaşi. Modelele 2D şi 3D ale acesteia sunt date în figura 5.5.

Fig. 5.5 ─ Modelele 2D şi 3D ale membranei elastice din structura standului de cercetare utilizat.

De asemenea, pentru efectuarea modelării/ simulării funcţionării şi studiul stării de tensiuni şi

deformaţii în piesele (semifabricatele/ epruvetele) prinse cu astfel de mecanisme, am optat pentru trei

inele exterioare de rulment (cu suprafaţa de centrare şi strângere cilindrică, exterioară) cu diametre D,

diferite (Φ 85, 90, 100 mm).

Pentru efectuarea acestui studiu, am folosit, ca solicitări de intrare, valorile forţei de acţionare Q/ Fa

obţinute cu ajutorul relaţiilor/ modelelor matematice prezentate în tabelul 5.1.

În cele ce urmează sunt prezentate rezultatele privind simularea funcţionării şi studiul stării de

tensiuni şi deformaţii în membranele elastice ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice şi în piesele prinse cu ajutorul acestora.

a. Rezultate privind membranele elastice. Membrana elastică cercetată reprezintă elementul de

centrare şi strângere al unui mecanism de centrare şi strângere extensibil cu membrană elastică din

structura unui stand de cercetare, dezvoltat pentru cercetările experimentale, din dotarea Laboratorului de

Dispozitive tehnologice al Departamentului Maşini-unelte şi Scule din cadrul Universităţii Tehnice

„Gheorghe Asachi“ din Iaşi.

Rezultatele studiului asupra stării/ distribuţiei/ repartiţiei de tensiuni/ eforturi/ forţe şi deformaţii ce

apar în membrana elastică cercetată, sub acţiunea forţei de acţionare Q/ Fa, necesară pentru desfacerea

fălcilor, prin metoda analizei cu elemente finite (FEA), cu ajutorul programului SolidWorks 2010 sunt

prezentate în figurile 5.7 şi 5.8.

După cum se poate observa în figura 5.7, tensiunea maximă în membrana elastică, în urma aplicării

forţei de acţionare Q/ Fa, apare în punctul de aplicare al forţei şi în locul de încastrare al membranei pe

corpul mecanismului.

În figura 5.8, se poate observa că, deformaţia maximă în membrana elastică, în urma aplicării forţei

de acţionare Q/ Fa, apare în punctul de aplicare al forţei.

45

Fig. 5.7 ─ Tensiunea maximă şi distribuţia tensiunii în membrana elastică cu fălci cercetată, sub acţiunea forţei de

acţionare.

Fig. 5.8 ─ Deplasarea maximă a membranei elastice cu fălci cercetate, sub acţiunea forţei de acţionare.

● Din analiza repartiţiei, distribuţiei tensiunilor/ eforturilor în membranele elastice, se poate

concluziona că soluţiile/ variantele de membrană cercetată are o construcţie/ configuraţie/ formă raţională,

optimă, în raport cu alte soluţii/ variante cunoscute, concretizată prin materialul ales corect/

corespunzător, prin forma fălcilor ─ monobloc cu întărire/ rigidizare suplimentară la bază, numărul de

fălci, dimensiuni.

● Modul de abordare prezentat, poate fi folosit pentru analiza, în stadiul concepţie-proiectare, a

soluţiilor/ variantelor de membrane elastice alese sau propuse, modificate, adaptate, îmbunătăţite.

● Aceasta permite alegerea/ selectarea soluţiilor/ variantelor optime de membrane elastice sau

crearea de noi soluţii/ variante optimizate.

b. Rezultate privind influenţa numărului de fălci asupra stării de tensiuni şi deformaţii în

membrana elastică şi în piesa prinsă cu ajutorul acesteia. Am efectuat un studiu asupra stării/

distribuţiei/ repartiţiei de tensiuni/ eforturi/ forţe şi deformaţii ce apar în membrana elastică şi în piesa

prinsă cu ajutorul acesteia în procesul strângerii, în cele patru situaţii: membrană elastică cu 12, 6, 4, 3

46

fălci, sub acţiunea forţei de strângere S/ Fs, prin metoda analizei cu elemente finite (FEA), cu ajutorul

programului SolidWorks 2010 (fig. 5.9).

Fig. 5.9 ─Tensiunea maximă şi distribuţia tensiunii în membrana elastică cu 12 fălci şi în piesa prinsă cu ajutorul

acesteia, sub acţiunea forţei de strângere.

Conform cunoştinţelor de Concepţia şi proiectarea dispozitivelor tehnologice şi a unor reţionamente

logice, dintre cauzele legate de dispozitivul de prindere a piesei (semifabricatului), cauza fundamentală

cea mai importantă a abaterilor de la forma suprafeţelor (cilindricitate/ circularitate) o constituie

abaterea (eroarea) de strângere (fixare)/ centrare şi strângere, provocată de deformarea piesei

(semifabricatului) insuficient de rigide (cu pereţi subţiri, uşor deformabilă), în anumite porţiuni sau în

ansamblul acesteia, deformare legată de dispozitiv [123].

În literatura de specialitate se prezintă defierite relaţii de calcul (modele matematice) pentru abaterea

de strângere/ de centrare şi strângere As la cilindricitate (circularitate) a pieselor (semifabricatelor)

inelare, prinse (orientate-poziţionate şi strânse) în mecanisme de centrare şi strângere cu fălci, cum sunt

şi cele cercetate, după schema considerată (fig. 5.13 [369], [87], [123]), stabilite pe baza cercetărilor

teoretico-experimentale [123].

Fig. 5.13 ─ Modelul grafic al apariţiei abaterilor de strângere

în cazul pieselor inelare prinse în mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu fălci

[369], [87], [123]), stabilite pe baza cercetărilor teoretico-experimentale.

Cea mai compactă relaţie de calcul/ model matematic cunoscut, este cel cuprins în lucrările [84],

[87], [88], [369], [123]:

. (5.1)

● Rezultatele (fig. 5.9 ─ 5.12) confirmă modelele de deformaţii, respectiv de apariţie/ manifestare a

abaterilor de strângere în cazul pieselor (semifabricatelor) inelare, cu pereţi subţiri, uşor deformabile,

centrate şi strânse cu ajutorul mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu fălci (bacuri) (fig.

5.13 [369], [87], [123]).

● Prin urmare, având în vedere analogia mecanismelor de centrare şî strângere extensibile cu

membrane elastice cu fălci cu mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu fălci (bacuri),

47

cunoştinţele, medelele/ relaţiile de calcul ale abaterii de strângere As pot fi aplicate, cu suficientă

încredere şi la mecanismele studiate.

● Rezultatele obţinute (tensiuni/ eforturi unitare) pot fi convertite în deformaţii/ deplasări şi pot servi

la evfaluarea, directă, a abaterilor de strângere şi la optimizarea construcţiei/ configurării membranelor

elastice (formă, număr de fălci, dimensiuni, materiale etc.).

5.5. Studiul experimental al relaţiei dintre cursele şi forţele de acţionare şi

de strângere la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice

● Pentru cercetarea experimentală a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice, pe baza metodologiei de cercetare propuse în figura 5.14, din teza de doctorat, a fost utilizat un

stand experimental din dotarea Departamentului Maşini-unelte şi Scule al Universităţii Tehnice

„Gheorghe Asachi“ din Iaşi, realizat de către profesorul Nicolae Gherghel şi colaboratorii. Standul a fost

dezvoltat/ adaptat pentru a permite măsurarea electronică a forţei de acţionare Q/ Fa, a forţei de strângere

S/ Fs şi a cursei de strângere cs.

Modelul 2D al acestui stand, elaborat, de către autor, cu ajutorul programului AutoCAD 2010, este

dat în figura 5.15.

Fig. 5.15 ─ Modelul 2D al standului pentru cercetarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice.

48

De asemenea, am elaborat modelele 2D şi 3D ale mecanismului de centrare şi strângere extensibil

cu membrană elastică (fig. 5.17), respectiv al membranei elastice (fig. 5.5) din structura standului.

Fig. 5.17 ─ Modelele 2D şi 3D ale mecanismului de centrare şi strângere extensibile cu membrană elastică, din

structura standului de cercetare.

Pentru reglarea corectă a elementelor de centrare şi strângere (ştifturile filetate 18), am luat în

considerare metodologia prezentată în lucrarea [85] şi indicaţiile din literatura de specialitate.

● Pentru detreminările experimentale am utilizat trei inele exterioare de rulment, prezentate în figura

5.6, ale căror cracteristici sunt date în tabelul 5.2.

● Având în vedere cerinţele dinamometrelor pentru măsurare forţelor şi a particularităţilor

membranelor elastice cercetate, pentru măsurarea forţelor ce specifice acestora (forţele de strângere S/ Fs

şi de acţionare Q/ Fa), s-au impus dinamometrele cu traductoare electrice rezistive (tensometrice)/

„mărci tensometrice“, montate în punte echilibrată, alimentată în curent continuu sau în curent alternativ,

datorită multiplelor avantaje oferite de acestea [38], [86], [53].

Întrucât la standul de referinţă măsurarea forţelor de acţionare Q/ Fa se făcea pe cale mecanică şi nu

permitea măsurarea forţelor de strângere S/ Fs, dezvoltate de fălcile membranei elastice, s-a impus

necesitatea adaptării standului pentru a putea măsura forţele respective pe cale tensometrică.

Astfel, am prevăzut lipirea unor traductoare electrice rezistive (tensometrice)/ „mărci tensometrice“

pe fălcile membranei elastice. Dinamometrul tensometric astfel generat, utilizat pentru măsurarea forţelor

de strângere S/ Fs, este prezentat în figura 5.18.

Pentru măsurarea forţelor de acţionare Q/ Fa, s-a utilizat inelul dinamometric, din structura

standului, adaptat pentru măsurarea tensometrică, prezentat în figura 5.20. Pentru aceasta, pe inelul

dinamometric (figura. 5.20) s-au lipit traductoare electrice rezistive (tensometrice)/ „mărci tensometrice“.

Etalonarea/ calibrarea dinemometrelor a fost efectuată în regim static, în intervalul de variaţie al

forţelor 0 ... 303,52 N, utilizând un set de greutăţi din dotarea Laboratorului de Toleranţe şi control

dimensional al Departamentului Maşini-unelte şi Scule din cadrul Universităţii Tehnice „Gheorghe

Asachi“ din Iaşi. Valorile greutăţilor, respectiv a forţelor utilizate pentru etalonarea/ calibrarea

dinamometrelor, sunt date în tabelul 5.5.

49

Fig. 5.19 ─ Dinamometru tensometric pentru măurarea forţei de strângere dezvoltată de membrana elastică, din

structura standului utilizat pentru cercetarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

Fig. 5.20 ─ Inel dinamometric tensometric pentru măurarea forţei de acţionare, din structura standului utilizat pentru

cercetarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

Tabelul 5.5 ─ Valorile greutăţilor, respectiv a forţelor utilizate pentru

etalonarea dinamometrelor tensometrice standului pentru cercetarea

mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

Nr.

crt.

Valori greutăţi

[Kg]

Valori greutăţi ×

g (9,80665 m/s2)

[N]

1 3,05 29,91

2 2,94 28,83

3 2,92 28,63

4 3,05 29,91

5 4,60 45,11

6 4,62 45,30

7 4,91 48,15

8 4,86 47,66

50

Cu valorile obţinute la încărcarea dinamometrelor, s-au întocmit diagramele de etalonare (fig. 5.25─

5.26), ce dau dependenţa dintre forţa de încărcare, în N, şi valorile relative ale indicaţiei punţii, în mV/V.

Fig. 5.25 ─ Curba de etalonare pentru dinamometrul tensometric pentru măsurarea forţei de strângere

dezvoltată de membrana elastică, în cazul solicitării la întindere.

Fig. 5.26 ─ Curba de etalonare pentru dinamometrul tensometric pentru măsurarea forţei de strângere

dezvoltată de membrana elastică, în cazul solicitării la compresiune.

După cum se poate observa din diagramele de etalonare, prezentate în figurile 5.25 ─ 5.26, pentru

dinamometrul tensometric pentru măsurarea forţei de strângere S/ Fs, curbele de etalonare variază liniar.

De asemenea, curbele de etalonare, la încărcare, respectiv la descărcare, sunt „aproape“ suprapuse.

Aceleaşi aspecte sunt valabile şi pentru dinamometrul tensometric pentru măsurarea respectiv a forţei de

acţionare Q/ Fa. Prin urmare, aceste dinamometre (fig. 5.19 şi 5.20) îndeplinesc cerinţele impuse

dinamometrelor: precizie optimă, sensibilitate optimă, rigiditate optimă.

Pentru măsurarea deplasărilor fălcilor membranei elastice, respectiv a curselor de strângere cs, s-a

utilizat un traductor de deplasare de tip HBM WI 10 mm IP67, produs de firma Hottinger Baldwin

Messtechnik GmbH, din dotarea Laboratorului de Dispozitive tehnologice al Departamentului Maşini-

unelte şi Scule din cadrul Universităţii tehnice „Gheorghe Asachi“ din Iaşi, prezentat în figura 5.29.

51

Fig. 5.29 ─ Traductorul de deplasare, de tip HBM WI 10 mm IP67,

utilizat pentru măsurarea deplasării fălcilor membranei elastice.

O vedere de ansamblu a instalaţiei pe care s-au făcut determinările experimentale din teză, este dată

în figura 5.31. Calculatorul, din structura instalaţiei, a fost obţinut printr-un program de achiziţii a

Proiectului „Burse Doctorale pentru Performanţa în Cercetare la Nivel European (EURODOC)“,

POSDRU/88/1.5/S/59410, ID 59410, fiind configurat de firma MAGUAY. Calculatorul este utilizat

pentru înregistrarea şi evidenţierea datelor experimentale.

Figura 5.31 ─ Vedere de ansamblu a instalaţiei pentru măsurarea forţei de acţionare, forţei de strângere şi a cursei de

strângere, la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

Pentru măsurarea parametrilor cercetaţi, s-au utilizat piese/ epruvete cu suprafaţe de prindere

cilindrice exterioare (trei inele exterioare de rulment), cu diametre diferite (Φ 85, 90 şi 100 mm), date în

figura 5.6. De asemenea, a fost variat numărul fălcilor membranei elastice (12, 6, 4 ,3), prin eliminarea

elementelor de centrare-strângere propriu-zise.

52

În cele ce urmează, sunt prezentate rezultatele experimentale privind studiul experimental al relaţiei

dintre cursele şi forţele de acţionare şi de strângere la mecanismele de centrare şi strângere extensibile

cu membrane elastice.

a. Rezultate privind variaţia forţei de acţionare, forţei de strângere şi a cursei de

strângere pentru diametrul suprafeţei de prindere a piesei, D = 85 mm, şi

membrană elastică cu 12, 6, 4, 3 fălci

Variaţia forţei de acţionare Q/ Fa, în procesul acţionării/ strângerii-slăbirii piesei (semifabricatului/

epruvetei), respectiv a forţei de strângere S/ Fs şi a cursei de strângere cs în procesul strângerii-slăbirii,

sunt prezentate în figurile 5.33 ─ 5.44.

Fig. 5.32 ─ Captură de ecran cu rezultate experimentale privind variaţia forţelor de acţionare şi de strângere şi

curselor de strângere ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elasticepentru diametrul

suprafeţei de prindere al piesei D = 85 mm.

● În graficul din figura 5.33, se observă un prim interval de timp, în care este aplicată forţa de

acţionare Q/ Fa. În al doilea interval de timp, aceasta rămâne constantă, timp în care este măsurată

valoarea acesteia; în acelaşi interval de timp, este introdusă/ scoasă piesa (semifabricatul/ epruveta); în al

treilea interval de timp, forţa de acţionare Q/ Fa este îndepărtată şi are loc centrarea şi strângerea piesei

(semifabricatului/ epruvetei). Aceleaşi aspecte sunt valabile şi în cazul variaţiei forţei de acţionare Q/ Fa,

în procesul acţionării, pentru membranele elastice cu diametrul suprafeţei de prindere D = 90 şi 100 mm.

● În primul interval de timp, din graficul din figura 5.34, forţa de strângere S/ Fs a membranei

elastice este egală cu 0, timp în care este introdusă piesa (semifabricatul/ epruveta)în mecanism, apoi,

după indepărtarea forţei de acţionare Q/ Fa, forţa de strângere S/ Fs, creşte şi se efectuează centrarea şi

strângerea piesei (semifabricatului/ epruvetei).

● În graficul din figura 5.35, se observă că, cursa de strângere cs, creşte, fapt ce se datorează forţei

de acţionareQ/ Fa, care acţionează asupra membranei elastice, apoi cursa de strângere cs, scade, datorită

îndepărtării forţei de acţionare Q/ Fa, timp în care se efectuează centrarea şi strângerea piesei

(semifabricatului/ epruvetei).

53

Fig. 5.33 ─ Variaţia forţei de acţionare în procesul

acţionării.

Fig. 5.34 ─ Variaţia forţei de strângere în procesul

strângerii.

Fig. 5.35 ─ Variaţia cursei de strângere în procesul

strângerii.


acţionării.


strângerii.


strângerii.

54


acţionării.


strângerii.


strângerii.


acţionării.


strângerii.


strângerii.

55

Valorile obţinute, în urma determinărilor experimentale, pentru forţa de acţionare Q/ Fa, forţa de

strângere pe o falcă S/ Fs şi cursa de strângere cs, au fost citite cu ajutorul programului Catman Easy

Profesional 5.0, conceput de firma Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, şi sunt date în tabelul 5.6.

Tabelul 5.6 ─ Valorile determinate experimental pentru forţa de acţionare,

forţa de strângere pe o falcă şi cursa de strângere.

Diametrul suprafeţei

de prindere (centrare

şi strângere) al piesei

D [mm]

Numărul de

fălciactive ale

membranelor

n

Forţa de

acţionare

Q/ Fa

[N]

Forţa de

strângere pe

o falcă S/ Fs

[N]

Cursa de

strângere

cs

[mm]

85

12 3403 32,48 0,01688

6 3403 32,48 0,01688

4 3403 32,487 0,01693

3 3403 32,485 0,01691

90

12 3407 32,57 0,01688

6 3407 32,65 0,01691

4 3407 32,68 0,01728

3 3407 32,67 0,01695

100

12 3407 33,45 0,01387

6 3407 33,46 0,01493

4 3407 33,48 0,01526

3 3407 33,49 0,01634

După cum se poate observa din tabelul 5.6, valoarea forţei de acţionare Q/ Fa, aplicată asupra

membranei elastice, este uşor diferită datorită neuniformităţii aplicării acestei forţe prin intermediul

acţionării manuale a mecanismului de centrare şi strângere extensibil cu membrană elastică.

În diagrama Pareto din figura 5.72, sunt prezentate valorile pentru forţa de acţionare Q/ Fa, obţinute

cu ajutorul modelelor matematice din tabelul 5.1, din lucrarea proprie [76], precum şi valoarea medie a

forţei de acţionare Q/ Fa, determinată experimental, cu ajutorul standului de cercetare a mecanismelor de


Fig. 5.72 ─ Valori ale forţei de acţionare determinate experimental şi cu ajutorul modelelor de calcul.

56

d. Rezultate privind influenţa numărului de fălci asupra forţei de strângere pe o falcă

După cum se poate observa din tabelul 5.6, influenţa numărului de fălci asupra forţei de strângere S/

Fs este mică (3,02%), aceast aspect fiind ilustrat/ dat în graficul din în figura 5.72. Valorile obţinute în

urma determinărilor experimentale, pentru forţa de strângere pe o falcă, sunt cu cca. 4 % mai mari decât

valoarea obţinută pe cale analitică, cu ajutorul modelului de calcul 1 [194], din tabelul 5.1, care este

prezentat subcapitolul 5.3, ceea ce impune necesitatea reconsiderării acestor modele de calcul sau, chiar,

elaborarea unor noi modele de calcul pentru forţa de strângere S/ Fs.

Fig. 5.72 ─ Influenţa numărului de fălci asupra forţei de strângere.

e. Rezultate privind influenţa diametrului suprafeţei de prindere a piesei asupra forţei

de strângere

După cum se poate observa din tabelul 5.6, influenţa diametrului suprafeţei de prindere (de centrare

şi strângere)a piesei asupra forţei de strângere S/ Fs este mică (2,95 %), aceast aspect fiind evidenţiat în

graficul din în figura 5.73.

Fig. 5.73 ─ Influenţa diametrului suprafeţei de prindere asupra forţei de strângere.

57

5.6. Concluzii

● Variaţia forţei de strângere pe o falcă S/ Fs, în funcţie de numărul de fălci este mică, aceasta fiind

de 3.02 %.

● Variaţia forţei de strângere pe o falcă S/ Fs, în funcţie de diametrul suprafeţei de prinderea piesei

este mică, aceasta fiind de 2,95 %.

● Prin compararea rezultatelor obţinute pe cale experimentală cu cele obţinute cu modelele

matematice cunoscute, s-a stabilit gradul de apropiere a valorilor obţinute cu modelele matematice

cunoscute de valorile obţinute prin experiment sau, altfel spus, gradul de precizie al relaţiilor/ modelelor

cunoscute, respectiv gradul de încredere în relaţiile/ modelele respective ori riscul utilizării acestora.

● Oricum, se impune elaborarea/ dezvoltarea unor noi relaţii, pe baze empirico-experimentale,

întrucât cele cunoscute se bazează pe cunoştinţele din Rezistenţa materialelor, iar multitudinea formelor

constructive ale membranelor elastice, identificate în structura mecanismelor cercetate, diferă substanţial

de formele considerate în bibliografia de bază de Rezistenţa materialelor.

Valorile obţinute prin determinări experimentale pentru forţa de acţionare Q/ Fa, forţa de strângere

S/ Fs şi cursa de strângere cs, sunt apropiate de valorile determinate prin calcul cu modelul matematic 1,

din tabelul 5.1, care este prezentat în lucrarea [194].

Acelaşi model matematic, pentru calculul forţei de acţionare Q/ Fa, este prezentat şi în lucrările

[131], [85], [225], [88], [35], însă, relaţia de calcul pentru unghiul de desfacere al fălcilor φ, ce intră în

modelul respectiv, este diferită, ceea ce influenţează valoarea forţei de acţionare.

● În cercetările experimentale referitoare la forţele şi cursele de strângere/ acţionare este evidenţiat

şi caracterul dinamic al acestora în procesul strângerii/ slăbirii pieselor, fapt important pentru cunoaşterea

ştiinţifică profundă a fenomenologiei specifice mecanismelor cercetate, dispozitivelor tehnologice.

● Rezultatele obţinute, coroborate cu cele referitoare la studiul stării/ distribuţiei/ repartiţiei de

tensiuni/ eforturi/ forţe şi deformaţii/ deplasări în membranele elastice şi în piesele prinse cu ajutorul

acestora, stau la baza optimizării curselor şi forţelor de acţionare şi de strângere a mecanismelor

cercetate, a stabilirii forţei optime de strângere/ acţionare, într-o anumită situaţie tehnologică, atât în

concepţie-proiectare, cât şi în exploatare.

● Compararea rezultatelor obţinute prin analiza cu elemente finete, cu cele care se obţin cu relaţiile

cunoscute pentru determinarea deformaţiilor bucşelor/ inelelor, respectiv a abaterilor de strângere ale

pieselor (semifabricatelor) înelare solicitate de forţe radiale de strângere, permit evaluarea viabilităţii

metodelor de determinare.

● Aceste rezultate permit evaluarea uniformităţii/ neuniformităţii solicitărilor, tensiunilor/ eforturilor

şi deformaţiilor în membrana elastică şi în piesă (semifabricat), respectiv a abaterilor de strângere.

Aceasta stă la baza optimizării stării de tensiuni şi deformaţii în membranele elastice, respectiv a

optimizării formelor (construcţiei), numărului fălcilor, dimensiunilor, toleranţelor geometrice/

dimensionale, materialelor membranelor elastice, din condiţiile asigurării preciziei de centrare şi

strângere necesare şi a consumului minim de energie de acţionare, precum şi a stabilirii/ selectării

soluţiilor/ variantelor optime de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

59

CAPITOLUL 6

Concluzii generale, contribuţii ştiinţifice şi direcţii de dezvoltare a

cercetărilor

6.1. Concluzii generale, contribuţii ştiinţifice

În cele ce urmează sunt prezentate concluziile generale şi contribuţiile ştiinţifice ce au rezultat în

urma cercetărilor întreprinse în cadrul tezei de doctorat.

a. Concluzii generale şi contribuţii ştiinţifice privind stadiul actual al cunoaşterii în

domeniul mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

●Mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice sunt o categorie/ clasă

importantă de reazeme, respectiv de mecanisme de centrare şi strângere extensibile, care s-au impus în

tehnologia construcţiilor de maşini, datorită avantajelor, performanţelor ridicate ale acestora.

● Referitor la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, sunt

cunoscute o serie de date, informaţii, cunoştinţe, inserate în literatura de specialitate de bază (tratate,

manuale, cursuri, îndrumare etc.).

● Prin studiul bibliografic, întreprins în cadrul elaborării tezei de doctorat, am identificat o serie de

cunoştinţe noi, care nu au fost inserate, încă, în bibliografia de bază în domeniu, uşor accesibilă

proiectanţilor, cercetătorilor, profesorilor, altor specialişti.

● Se remarcă preocupările continui de cercetare teoretico-experimentală a diverselor clase/ categorii

de mecanisme de centrare şi strângere extensibile, dintre care cele mai multe se axează pe mecanismele

de centrare şi strângere extensibile cu fălci (bacuri) şi bucşe elastice secţionate (crestate, cu lamele, cu

fălci, „pensete“) [200] şi au un caracter limitat la acestea.

● Începând din anul 1983, în cadrul Departamentului Maşini-unelte şi Scule al Facultăţii de

Construcţii de Maşini şi Management Industrial a Universităţii Tehnice „Gheorghe Asachi“ din Iaşi,

profesorul Nicolae Gherghel a iniţiat şi dezvoltat, împreună cu colaboratorii, o serie de cercetări cu

caracter fundamental asupra categoriei/ clasei generale a mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile, aplicabile, deci, şi celor cu membrane elastice, care vizează:

─ clasificarea, schematizarea, simbolizarea, codificarea acestor mecanisme [89], [91], [92], [100],

[103], [106], [107], [111], [112], [122];

─structura generală/ morfologia/ schema-bloc/ modelul grafic sistemic al acestor mecanismelor de

centrare şi strângere extensibile [100], [106], [107];

─ ierarhizarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile după precizia de materializare a

bazelor de orientare-poziţionare (centrare) [111], [122];

─ alegerea/ selectarea soluţiilor/ variantelor optime ale mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile, într-o situaţie tehnologică dată, pe baza arborilor de decizie generalizaţi [91], [92], [103],

[112], [122];

─ stabilirea unui sistem de criterii pentru analiza valorică/ alegerea/ selecţia mecanismelor de

centrare şi strângere extensibile [90], [103], [112], [122];

─ elaborarea arborilor de decizie generalizaţi pentru mecanismele de centrare şi strangere

extensibile [91], [92], [103], [112], [122];

─ elaborarea unui set de indicaţii şi recomandări pentru alegerea materialelor şi tratamentelor

termice ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile [103], [112], [122];

─ elaborarea unor norme (indicaţii) pentru dimensionarea mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile [103], [112], [122];

60

─ elaborarea unui set de indicaţii şi recomandări pentru prescrierea/ specificarea preciziei

geometrice/ dimensionale a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile [93], [94], [103], [112],

[122];

─ elaborarea unui set de indicaţii şi recomandări pentru prescrierea/ specificarea altor condiţii

tehnice necesare concepţiei-proiectării, execuţiei, controlului, exploatării mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile [103], [112], [122];

─ elaborarea unor instrumente metodologice pentru creaţia tehnică în domeniu: „scala nivelurilor de

creativitate“, „fondul de resurse metodologice de creativitate“, „fondul metodelor, tehnicilor,

demersurilor şi procedurilor cu potenţial creativ ridicat“, „lista standard specializată de întrebări pentru

stimularea creativităţii“, „fondul standard specializat de idei de creaţie“ [108], [109], [117], [118], [119],

[122];

─ elaborarea „listei standard specializate de întrebări pentru stimularea creativităţii“ în domeniul

reazemelor din structura dispozitivelor tehnologice şi, deci, şi în subdomeniul mecanismelor de centrare

şi strângere extensibile [119], [122];

─ sinteza, pe baze logico-combinatorice, a mecanismelor de centrare şi strângere extensibile [92a],

[96], [98], [100], [101], [107], [122];

─ elaborarea unui set de principii/ criterii de structurare a unei baze de cunoştinţe/ date/ informaţii

[114], [120], [122] şi elaborarea unei baze de cunoştinţe/ date/ informaţii pentru concepţia-proiectarea

reazemelor din structura dispozitivelor tehnologice [113], [120], [122].

● De asemenea, se remarcă preocupările cu caracter fundamental ale unor cercetători de prestigiu din

Federaţia Rusă, Bulgaria şi Ucraina, referitoare la mecanismele de centrare şi strângere extensibile, cu


tezei de doctorat.

■ Astfel, Iu. I Kuzneţov şi colaboratorii au contribuţii ştiinţifice semnificative/ importante privind:

─ evoluţia mecanismelor de centrare şi strângere extensibile, în funcţie de precizia de centrare-

strângere, cu referiri şi la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice,

studiate în cadrul cercetărilor din teză [200];

─ circuitul şi modul de închidere a forţelor de centrare-strângere la mecanismele de centrare şi

strângere extensibile, cu referiri şi la mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice, studiate în cadrul cercetărilor din teză [200];

─ raportul de transmitere la mecanismele de centrare şi strângere extensibile, cu referiri şi la


teză [200];

─ cursa elementelor de centrare-strângere ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile, cu


cercetărilor din teză [200].

■ De asemenea, A. I. Polovinkin şi G. S. Ciumakov au publicat o serie de contribuţii ştiinţifice

importante referitoare la:

─ structura câmpului de forţe la mecanismele de centrare şi strângere extensibile, cu referiri şi la


teză [258];

─ precizia de centrare la mecanismele de centrare şi strângere extensibile, cu referiri şi la


teză [258].

● Sunt câteva cercetări referitoare, în exclusivitate, la mecanismele de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice, ce fac obiectul tezei de doctorat, dintre care menţionăm:

─ cercetări privind relaţia forţe ─ tensiuni şi deplasări/ deformaţii la acest tip de mecanisme,

efectuate în cadrul Departamentului Maşini-unelte şi Scule al Universităţii Tehnice „Gheorghe Asachi“

61

din Iaşi, de către doctorandul Dragoş-Florin Chitariu sub îndrumarea profesorilor Nicolae Seghedin şi

Nicolae Gherghel [49];

─ cercetări privind forţele de strângere la acest tip de mecanisme (factorii care influienţază forţa de

strângere, efectele toleranţei suprafeţei de prindere a piesei asupra forţei de strângere), efectuate de către

profesorul O. N. Oguoma de la Universitatea Federală de Tehnologie, Owerri, Nigeria, şi de către

profesorul D. J. Billau de la Universitatea de Tehnologie, Loughborough, Anglia [242], [243], [244],

[245].

─ cercetări privind metodologia de sinteză şi proiectare a mandrinelor cu membrane elastice,

inclusiv asistată de calculator, efectuate în cadrul Departamentului Maşini-unelte şi Scule al Universităţii

Tehnice „Gheorghe Asachi“ din Iaşi, de către profesorii Nicolae Gherghel şi Nicolae Seghedin şi

doctorandul Adrian-Constantin Hanganu [98], [99].

─ cercetări privind factorii ce influenţează proiectarea mecanismelor/ mandrinelor cu membrane

elastice, efectuate de către J. S. ROBERTSON de la Universitatea din Nottingham, Marea Britanie [277].

● Analiza şi evaluarea acestor cercetări a condus la concluzia că multe aspecte sunt insuficient

clarificate, controversate, iar alte aspecte nu sunt încă abordate.

● Rezultă că sunt noi resurse de cercetare, creativitate şi originalitate în domeniul studiat, fapt ce

justifică oportunitatea cercetărilor dezvoltate în teza de doctorat.

● Sinteza elaborată privind stadiul actual al cunoştinţelor şi cercetărilor ştiinţifice în domeniu

(capitolul 1), concluziile şi observaţiile formulate permit contextualizarea cercetărilor din teză şi poate

constitui o bază pentru dezvoltarea cercetărilor în domeniu.

● Analiza-evaluarea, pe baze ştiinţifice, a cunoştinţelor, datelor, informaţiilor, în domeniu, a stat la

baza stabilirii argumentate a obiectivelor de cercetare posibile şi a obiectivelor abordate, precum şi a

contribuţiilor ştiinţifice posibile, previzibile (capitolul 2).

b. Concluzii generale şi contribuţii ştiinţifice privind analiza mecanismelor de centrare


● Descrierea evoluţiei mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice,

elaborată (subcapitolul 3.1), a relevat că acestea au fost incluse în literatura de specialitate în jurul anului

1916, că au evoluat în mod continuu şi că au prezentat un mare interes pentru cercetători/ specialişti din

Satele Unite ale Americii, Federaţia Rusă, România, Germania, Marea Britanie, Franţa, Italia, Japonia,

China, Elveţia şi Canada, aceştia creând şi diseminând un număr mare de astfel de mecanisme.

● Clasificarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

(subcapitolul 3.2) este elaborată pe principii ştiinţifice, în concordanţă cu stadiul actual al cunoştinţelor în

domeniul Dispozitivelor tehnologice şi cu necesităţile actuale şi de perspectivă. Clasificarea este unitară

şi deschisă, este mai dezvoltată decât cele cunoscute şi are la bază 10 criterii coerente şi ierarhizate, dintre

care unele sunt stabilite, de către autor, în urma analizei soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare

şi strângere extensibile cu membrane elastice, identificate prin studiul întreprins asupra stadiului actual al

cunoaşterii în domeniu.

● Arborele propus pentru soluţiile/ variantele de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice (subcapitolul 3.3) este elaborat pe principii ştiinţifice, în concordanţă cu stadiul actual

al cunoaşterii în domeniul Dispozitivelor tehnologice şi cu necesităţile actuale şi de perspectivă.


elastice constituie un instrument important pentru facilitarea alegerii corecte a soluţiilor/ variantelor

optime de mecanisme de centrare şi strângere extensibil cu membrană elastice într-o situaţie dată.

● Diagrama de idei elaborată pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice (subcapitolul 3.4) are la bază criteriile de clasificare stabilite şi analiza constructiv-funcţională a

62

mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, identificate în stadiul actual al

cunoaşterii.

Diagrama de idei conţine scheme de principiu, din care rezultă, cu claritate, soluţiile/ variantele de

bază şi are un caracter deschis.

● Structura generală/ morfologia/ schema-bloc/ modelul grafic sistemic şi structurile

particulare propuse pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

(subcapitolul 3.5) contribuie la aprofundarea cunoaşterii structurii/ morfologiei acestor mecanisme, la

cuprinderea într-o formă cât mai sintetică, generalizată, a esenţei structurii acestui tip de mecanisme.

De asemenea, studiul structurii generale şi a structurilor particulare ale mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice constituie fundamentul sintezei, pe baze logico-combinatorice

a acestui tip de mecanisme.

● Considerarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice ca sistem

(subcapitolul 3.6) oferă o viziune de ansamblu asupra structurii generale a acestor mecanisme, precum şi

asupra parametrilor de intrare/ factorilor de influenţă şi criteriilor de evaluare a performanţelor acestora.

Viziunea sistemică elaborată pentru aceste mecanisme (subcapitolul 3.6) poate contribui la

stimularea şi dezvoltarea creaţiei ştiinţifice şi tehnice în domeniu, prin sugerarea de noi direcţii, teme,

obiective, idei de creaţie ştiinţifică şitehnică.

● Descrierea ierarhică elaborată pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice (subcapitolul 3.7) constituie o contribuţie la înţelegerea principiilor, fenomenologiei

specifice acestor mecanisme, la etapele logice ale procesului de creaţie ale acestora, de la principiu la

proiect, şi se poate utiliza în prezentarea, descrierea, sistematizarea, clasificarea, analiza, structurarea

problemelor de creaţie tehnică în domeniu, sinteza, cercetarea/ cunoaşterea, modelarea sistemelor

tehniceîn cauză.

● Arborii de decizie generalizaţi elaboraţi pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile

cu membrane elastice (subcapitolul 3.8) permit căutarea/ identificarea situaţiilor de utilizare raţională a

unei anumite soluţii/ variante din ansamblul soluţiilor/ variantelor cunoscute în stadiul actual al tehnicii.

● Din structura propusă pentru dispozitivul „autocentrant“ generalizat cu membrane elastice

(subcapitolul 3.9) rezultă că aceasta cuprinde 17 grupe de elemnte.

Din cele 17 grupe de elemnte, mecanisme, subansambluri, subsisteme, componente, doar opt sunt

comune tuturor dispozitivelor „autocentrante“ cu membrane elastice, celelalte nouă sunt specifice

anumitor tipuri de astfel de dispozitive: de control, pentru prinderea diferitelor tipuri de piese, diferitelor

grade de mecanizare sau automatizare, diferitelor scheme de prelucrare etc.

Structura propusă pentru dispozitivul „autocentrant“ generalizat cu membrane elastice (subcapitolul

3.9) contribuie la descrierea mai detaliată a structurii acestor dispozitive „autocentrante“.

● Aplicarea principiilor, criteriilor şi regulilor ştiinţifice, stabilite în vederea structurării datelor,

în baza de cunoştinţe/ date/ informaţii (subcapitolul 3.10) pentru sinteza mecanismelor de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice, asigură satisfacerea exigenţelor actuale ale regăsirii

informaţiilor în activităţile de concepţie-proiectare-cercetare, de creaţie ştiinţifică şi tehnică, ale

concepţiei-proiectării asistate de calculator, şi conţine 177 soluţii/ variante de astfel de mecanisme,

identificate în stadiul actual al cunoaşterii.

c. Concluzii generale şi contribuţii ştiinţifice privind sinteza mecanismelor de centrare


● Metodologia propusă pentru elaborarea sintezei pe baze logico-combinatorice a mecanismelor de

centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice (capitolul 4) pleacă de la ideea că toate soluţiile/

63

variantele cunoscute, la un anumit stadiu al tehnicii în domeniul considerat, s-au impus datorită unor

performanţe, dar şi de la ideea că, încă, mai pot fi create noi soluţii/ variante de astfel de mecanisme.

● Aplicarea acestei metode pentru sinteza creativă a mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice permite sistematizarea soluţiilor/ variantelor matematic şi tehnic

posibile şi, de asemenea, generarea unor noi idei în creaţia tehnică. În urma aplicării acestei metode, au

rezultat 155 noi soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice,

prezentate sintetic în tabelul 4.3.

● Rezultatele obţinute pot constitui un punct de plecare pentru dezvoltarea acestor cercetări cel puţin

pentru categorii/ clase/ familii de mecanisme similare, cât şi în creaţia tehnică/ concepţie-proiectare.

d. Concluzii generale şi contribuţii ştiinţifice privind optimizarea mecanismelor de


● Pornind de la viziunea sistemică asupra mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice, elaborată (figura 3.54 din subcapitolul 3.7), precum şi de la criteriile de analiză-

evaluare-decizie, în alegerea soluţiilor/ variantelor şi de la criteriile de evaluare a performanţelor, în

sinteza pe baze logico-combinatorice, am stabilit principiile, criteriile de optimizare pentru acesti tip de

mecanisme (subcapitolul 5.1).

● În urma cercetărilor întreprinse în literatura de Dispozitive tehnologice şi de Rezistenţa

materialelor, am identificate 6 scheme (modele fizice) de calcul a forţelor de acţionare Q/ Fa, relaţii de

calcul (modelele matematice) pentru mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice, prezentate, sintetic, sub formă de tabel/ grilă (tabelul 5.1).

● Variaţia forţei de strângere pe o falcă a membranei elastice, S/ Fs, determinată pe cale

experimentală, în funcţie de diametrul suprafeţei de prindere a piesei (semifabricatului) şi de numărul

fălcilor membranei elastice (subcapitolul 5.5), este mică, aceasta fiind de 2,95 ─ 3,02 %.

● Valorile obţinute, prin determinări experimentale, pentru forţa de acţionare Q/ Fa, (subcapitolul

5.5) sunt apropiate de valorile determinate prin calcul cu modelul matematic 1, din tabelul 5.1, care este

prezentat în lucrarea [194], [131], [85], [225], [88], [35].

● În cercetările experimentale referitoare la forţele şi cursele de strângere/ acţionare este evidenţiat

şi caracterul dinamic al acestora în procesul strângerii/ slăbirii pieselor (semifabricatelor), fapt important

pentru cunoaşterea ştiinţifică profundă a fenomenologiei specifice mecanismelor cercetate, dispozitivelor

tehnologice.

● Rezultatele obţinute, coroborate cu cele referitoare la studiul stării/ distribuţiei/ repartiţiei de

tensiuni/ eforturi/ forţe şi deformaţii/ deplasări în membranele elastice şi în piesele prinse cu ajutorul

acestora, stau la baza optimizării curselor şi forţelor de acţionare şi de strângere a mecanismelor

cercetate, a stabilirii forţei optime de strângere/ acţionare, într-o anumită situaţie tehnologică, atât în

concepţie-proiectare, cât şi în exploatare.

● Aceste rezultate permit evaluarea uniformităţii/ neuniformităţii solicitărilor, tensiunilor/ eforturilor

şi deformaţiilor în membrana elastică şi în piesă (semifabricat), respectiv a abaterilor de strângere.

Aceasta stă la baza optimizării stării de tensiuni şi deformaţii în membranele elastice, respectiv a

optimizării formelor (construcţiei), numărului fălcilor, dimensiunilor, toleranţelor geometrice/

dimensionale, materialelor membranelor elastice, din condiţiile asigurării preciziei de centrare şi

strângere necesare şi a consumului minim de energie de acţionare, precum şi a stabilirii/ selectării

soluţiilor/ variantelor optime de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice.

e. Diseminarea rezultatelor, contribuţiilor ştiinţifice privind analiza, sinteza şi

optimizarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice

● Unele rezultate ale cercetărilor din teză au fost comunicate şi publicate în trei lucrări ştiinţifice,

proprii [74], [75], [76].

● Alte rezultate, contribuţii ştiinţifice vor fi diseminate în comunicări şi articole ştiinţifice viitoare.

64

● Standul dezvoltat pentru cercetarea experimentală a mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice va fi utilizat pentru continuarea cercetărilor în domeniu, pentru lucrări

de laborator cu studenţii, masteranzii şi doctoranzii, pentru cercetări în cadrul cercurilor ştiinţifice.

6.2. Direcţii de dezvoltare a cercetărilor

În urma studiului literaturii de specialitate (tratate, monografii, manuale, cursuri, îndrumare, ghiduri,

albume, cataloage, norme, standarde, articole, brevete de invenţie etc), a stadiului actual al cunoştinţelor

şi cercetărilor în domeniul mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice, a

concluziilor, observaţiilor, ideilor formulate pe baza acestora, în capitolul 1, a obiectivelor de cercetare

posibile, prezentate în capitolul 2, precum şi a contribuţiilor ştiinţifice prezentate în capitolele 3, 4 şi 5,

am stabilit o serie de direcţii de dezvoltarea cercetărilor, referitoare la mecanismele de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice care constituie tema, obiectul global al tezei de doctorat.

Acestea sunt prezentate sumar în cele ce urmează:

● elaborarea, pe pincipii ştiinţifice, a unei baze de cunoştinţe, date, informaţii, în format electronic,

pentru concepţia-proiectarea/ sinteza asistată (de calculator) a mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice;

● elaborarea unui algoritm şi a unui program de calculator pentru combinarea elementelor

formatoare ale mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice;

● aplicarea şi dezvoltarea/ particularizarea Fondului Standard Specializat de Idei de Creaţie

(FSSIC) pentru crearea unor noi soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice;

● studiul posibilităţii aplicării mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice în domeniul roboţilor industriali;

● studiul rigidităţii de contact între elementele principale ale mecanismelor de centrare şi strângere

extensibile cu membrane elastice: optimizarea factorilor/ parametrilor care o influenţează;

● elaborarea/ dezvoltarea unor noi modele matematice pentru calculul forţei de acţionare Q/ Fa la

mecanismele de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice;

● analiza/ studiul (teoretico-experimental) al preciziei de centrare şi de strângere a mecanismelor

de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice;

● studiul îmbunătăţirii calităţii mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice: dentificarea şi ierarhizarea caracteristicilor de calitate ale mecanismelor de centrare-strângere

extensibile cu membrane elastice;

● elaborarea unor diagrame standard cauze multiple ─ efect unic, pentru abaterile

caracteristicilor de calitate/ performanţelor;

● elaborarea unor diagrame standard cauză unică ─ efecte multiple, pentru cauzele fundamentale

cele mai importante, ale abaterilor caracteristicilor de calitate/ performanţelor;

● elaborarea unor diagrame standard cauze multiple ─ efecte multiple, pentru cauzele

fundamentale cele mai importante, ale abaterilor caracteristicilor de calitate/ performanţelor;

● elaborarea unor diagrame standard cauză ─ efect, asociate cu idei şi soluţii de îmbunătăţire

(CEDAC) pentru mecanismele de centrare-strângere extensibile cu membrane elastice.

65

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

3. ANDO I., NISHIZAWA T., NISHITOBA M., YUI T., Diaphragm Chuck Device and Grinding Device.

Brevet de invenţie WO, nr. 2009142225A1/ 26.11.2009.

6. ANSEROV M. A., Prisposoblenia dlia metallorejuşcih stankov. Moskva: Maşghiz, 1975.

8. ARNOLD M., SCHIEHLEN W., Simulation Techniques for Applied Dynamics. Udine: CISM, 2008.

17. BELOUS V., Inventica. Bazele creaţiei tehnice şi ale protecţiei industriale, vol. 1. Bazele creaţiei tehnice.

Iaşi: Inst. Polit., Comisia judeţeană Iaşi a ing. şi tehn., 1984.

21. BELOUS V., Metode logice-combinatorice-deductive în proiectarea creativă, din Îndrumar pentru

activitatea de cercetare-proiectare şi întocmire a proiectului de diplomă. Inst. Polit. Iaşi, 1989.

23. BELOUS V., Inventica. Iaşi: Ed. „Gh. Asachi“, 1992.

32. BRĂGARU A., PĂNUŞ V., DULGHERU L., ARMEANU A., SEFA-DISROM. Sistem şi metodă, vol. 1.

Teoria şi practica proiectării dispozitivelor pentru prelucrări pe maşini-unelte. Bucureşti: Ed. Tehnică,

1982.

33. BRĂGARU A., PĂNUŞ V., DULGHERU L., ARMEANU A., SEFA-DISROM. Sistem şi metodă, vol. 2.

Teoria şi practica proiectării dispozitivelor pentru prelucrări pe maşini-unelte. Bucureşti: Ed. Tehnică,

1982.

35. BUZDUGAN GH., Rezistenţa materialelor. Bucureşti: Ed. Academiei Republicii Socialiste România,

1986.

45. CHENG-CHUNG C., Elastisches Backenfutter. Brevet de invenţie DE, nr. 20010345 U1/ 15.02.2001.

47. CHILDS P. R. N., Mechanical Design, Second Edition. Amsterdam, Boston, Heidelberg, London, New

York, Oxford, Paris, San Diego, San Francisco, Singapore, Sydney, Tokyo: Elsevier Butterworth-

Heinemann, 2004.

48. CHIDAMBARAM S., PEI Z. J., KASSIR S., Fine Grinding of Silicon Wafers: A Mathematical Model

for the Chuck Shape. International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 43, Issue 7, May

2003, pp. 739 ─ 746.

49. CHITARIU D. F., SEGHEDIN N., GHERGHEL N., Resarches Regarding the Relation Forces ─

Deformations on Extensible Elastic Diaphragm Chuck with Jaws. Proceedings of the International

Conference New Technologies in Manufacturing NEWTWCH 2009, Galaţi, România, The Annals of

„Dunărea de Jos“ University of Galaţi, year XXVII (XXXII), fascicle V. Technologies in Machine

Building, pp. 405 ─ 410.

52. COLLONIA H., Holding Device. Brevet de invenţie US, nr. 5984319A/ 16.11.1999.

71. FENG P.F., YU D.W., WU Z.J., UHLMANN E., Jaw-chuck Stiffness and Its Influence on Dynamic

Clamping Force During High-speed Turning. International Journal of Machine Tools and Manufacture,

Volume 48, Issue 11, September 2008, pp. 1268 ─ 1275.

72. FENG P. F., WU Z. J., YU D. W., UHLMANN E., An Improved Computation Model for Critical

Bending Force of Three-jaw Chucks. Journal of Materials Processing Technology, Volume 208, Issues 1 ─

3, 21 November 2008, pp. 124 ─ 129.

73. FETECĂU C., The Numerical Simulation Of Turning Process Using Finite Element Modeling.

International Scientific Conference of Design, Technology & Management in Manufacturing, 14th

─ 16th

MAY, 2010, Iaşi, România.

74. FILIPOAIA C., GHERGHEL N., The Tree of Solutions of Centering and Clamping Mechanisms with

Elastic Membranes. Academic Journal of Manufacturing Engineering, Timişoara, Volume 8, Issue 4/2010,

pp. 23 ─ 29, ISSN 1583-7904.

75. FILIPOAIA C., GHERGHEL N., Selection Methodology of Optimal Solutions for Centering and

Clamping Mechanisms with Elastic Membrane. 6th

International Conference on Manufacturing Systems,

Iași, October 20th

─ 21th

, 2011, organizată de Catedra de Mașini-unelte și Scule, Facultatea de Construcții

de Mașini și Management Industrial, Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi, tomul LVII (LXI), fasc. 4,

2011, Secţia Construcţii de Maşini, pp. 116 ─ 123, ISSN 1011 ─ 2855.

76. FILIPOAIA C., GHERGHEL N., Comparative Study on Relations for Calculation the Driving Force on

Devices with Elastic Membranes. Proceedings of The 16th

International Conference Modern Technologies,

Quality and Innovation - New face of T.M.C.R., vol. 1, ModTech 2012, 24 ─ 26 May 2012, Sinaia,

România, pp. 377 ─ 380, ISSN 2069-6736.

66

89. GHERGHEL N., Contribuţii privind structura, clasificarea şi simbolizarea mecanismelor de centrare şi

strângere. Creaţia tehn. şi fiabilit. în constr. de maş. Maş.-unelte, scule şi disp.. Iaşi, 15 ─ 16 apr. 1983, pp.

341 ─ 348.

91. GHERGHEL N., LEPĂDATU L., ROŞESCU C., VATAMANIUC M., VELICU C., Metodologie de

alegere a variantelor optime de mecanisme de centrare şi strângere. Creaţia tehn. şi fiabilit. în constr. de

maş. Maş.-unelte, scule şi dispoz.. Iaşi, 15 ─ 16 apr. 1983, pp. 355 ─ 362.

97. GHERGHEL N., Viziunea sistemică asupra dispozitivelor de prindere ─ sursă importantă de creaţie

tehnică. Rev. de invent., vol. I, anul I, nr. 2, 1990, pp. 5 ─ 10.

98. GHERGHEL N., HANGANU A. C., Consideraţii privind metodologia de sinteză şi proiectare a

mandrinelor cu membrane elastice. Ses. de com. şt. Concepte, tehnol. şi managem. în constr. de maş., secţ.

6. Aşch., sc. aşch., dispoz. şi verif.. Iaşi, 22 ─ 23 mai 1992, pp. 194 ─ 203.

99. GHERGHEL N., SEGHEDIN N., HANGANU A. C., Proiectarea asistată de calculator a mandrinelor

cu membrane elastice. Programul PADA 211. Ses. de com. şt. Concepte, tehnol. şi managem. în constr. de

maş, secţ. 6. Aşch., sc. aşch., dispoz. şi verif., Iaşi, 22 ─ 23 mai 1992, pp. 212 ─ 219.

101. GHERGHEL N., SEGHEDIN N., BARENBOIM N., BEZRUCAV V., POPA G., Sinteza

mecanismelor de strângere multiplă prin metode logico-combinatorice. Revista de inventică, vol. I, An

III, nr. 4 ─ 5, 1992, pp. 37 ─ 43.

111. GHERGHEL N., The Hierarchization of the Bolt-Type Extensible Aligning-clamping Devices According

to the Materialization Accuracy of the Aligning Bases. Bul. Inst. Polit. Iaşi, tomul XLVII (LI), suplim.,

secţia Constr. de maş., 2001, pp. 13 ─ 20.

113. GHERGHEL N., Structura unei baze de date pentru concepţia şi proiectarea reazemelor dispozitivelor

tehnologice. Tehnomus XII. Tehnol. şi prod. noi în constr. de maş. ..., Ed. Univ. Suveava, 2003, pp. 39 ─

48.

117. GHERGHEL N., The Specialized Standard Fund of Creation Ideas for the Subfield of the Simple Bearers

from the Structure of the Technological Devices. Bul. Inst. Politehn. Iaşi, publicat de Univ. Tehn. „Gh.

Asachi“ din Iaşi, tomul L (LIV), fasc. 3 ─ 4, secţia Constr. de maş., 2004, pp. 71 ─ 87.

120. GHERGHEL N. (director de proiect), SEGHEDIN N., Elaborarea unei baze electronice de date pentru

proiectarea elementelor de orientare-poziţionare din structura dispozitivelor tehnologice. Raport de

cercetare. Proiect multianual de cercet. finanţat de la bugetul de stat, tip A, MEC ─ CNCSIS, cod

CNCSIS 154/ 2002; 318/ 2003, 2004. Revista de Politica Ştiinţei şi Scientometrie, număr special, 2005,

58 p.

121. GHERGHEL N., HANGANU A. C., Viziune sistemică asupra acţionării hidraulice a dispozitivelor

tehnologice. Bul. Inst. Polit. Iaşi, publicat de Univ. Tehn. „Gh. Asachi“ Iaşi, tomul LII (LVI), fasc. 5D,

secţia Constr. de maş., 2006, pp. 1399 ─ 1407.

122. GHERGHEL N., SEGHEDIN N., Concepţia şi proiectarea reazemelor dispozitivelor tehnologice. Iaşi:

Ed. Tehnopress, 2006.

152. HOFFMAN E. G., Jig and fixture design. Fifth Edition. Clifton Park: Delmar, 2004.

168. HOHWART G., TOTH P., CROSS K. O., Adjustable Work Holding Chuck. Brevet de invenţie US, nr.

3945652A/ 23.03.1973.

169. HORODINCA M., SEGHEDIN N. E., CARATA E., FILIPOAIA C., BOCA M., CHITARIU D. F.,

Experimental Investigations of the Power Absorbed at Mechanical Resonance. Experimental Techniques,

Peer review paper (sent on August 30th

, 2010).

170. HORODINCA M., SEGHEDIN N. E., CARATA E., CHITARIU D. F., FILIPOAIA C., A Study on a

Wideband Frequency Passive Dynamic Vibration Absorber Based on Visco-elastic Mechanical

Suspension. Annals of DAAAM for 2010 & Proceedings of the 21st International DAAAM Symposium,

Intelligent Manufacturing and Automation, 20-23 October 2010, pp. 1199 ─ 1200, ISBN 978-3-901509-

73-5, ISSN 1726-9679.

171. HORODINCA M., SEGHEDIN N. E., CARATA E., FILIPOAIA C., CHITARIU D. F., Experimental

Study on a Lorentz Force Actuator Used as Tuneable Passive Viscous Damper. Annals of DAAAM for

2010 & Proceedings of the 21st International DAAAM Symposium, Intelligent Manufacturing and

Automation, 20 ─ 23 October 2010, ISSN: 1726-9679.

172. HORODINCĂ M., SEGHEDIN N., CARATA E., BOCA M., FILIPOAIA C., CHITARIU D. F.,

Dynamic Characterization of a Piezoelectric Actuated Cantilever Beam Using Energetic Parameters,

Mechanics of Advanced Materials and Structures. Peer review paper (sent on June 4th

, 2011).

67

174. HYBERTSON W. D., Model-oriented Systems Engineering Science. A Unifying Framework for

Traditional and Complex Systems. Boca Raton, London, New York: CRC Press ─ Taylor & Francis

Group, 2009.

178. ISHII M., OHTA Y., Workpiece Chucking Device. Brevet de invenţie US, nr. 5967528A/ 19.10.1999.

188. KALPAKJIAN S., SCHMID S.R., Manufacturing Engineering and Technology, Fourth Edition. New

Jersey: Prentice-Hall Inc., 2001.

190. KIDARSA A., SCOTT M. H., HIGGINS C. C., Analysis of Moving Loads Using Force-based Finite

Elements. Finite Elements in Analysis and Design, Volume 44, Issue 4, February 2008, pp. 214 ─ 224.

194. KORSAKOV V. S., Rascetî i konstruirovanie prisposoblenie v maşinostroenii. Moskva: Maşghiz, 1959.

198. KRAHN H., EH D., LAUTERBACH T., 1000 Konstruktionsbeispiele fur die Praxis, vol. 2. München,

Wien: Carl Hanser Verlag, 2007.

200. KUZNEŢOV IU. I., VACEV A. A., SIAROV S. P., ŢIRVENKOV A. I., Samonastraivaiuşciesia

zajimnâe mexanizmî. Spravocinik (sub red. prof. dr. în şt. tehn. Iu. N. Kuzneţov). Kiev: Tehnika; Sofia:

Tehnika, 1988.

205. LEWIS K. E., CHEN W., SCHMIDT L. C., Decision Making in Engineering Design. New York:

ASME Press, 2006.

209. MACKERLE J., Finite Element Analysis and Simulation of Machining: an Addendum: A Bibliography

(1996 ─ 2002). International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 43, Issue 1, January

2003, pp. 103 ─ 114.

238. NECMETTIN K., Machining Fixture Locating and Clamping Position Optimization Using Genetic

Algorithms. Computers in Industry, Volume 57, Issue 2, February 2006, pp. 112 ─ 120.

242. OGUOMA O. N., BILLAU D. J., Gripping Force of Diaphragm Chucks. Int. J. Prod. Res., vol. 25,

1978, pp. 995 ─ 1011.

243. OGUOMA O. N., Considerations in Diaphragm Chuck Design. International Journal of Machine Tools

and Manufacture, vol. 29, issue 3, 1989, pp. 425 ─ 432.

244. OGUOMA O. N., BILLAU D. J., Tolerance Effects on the Gripping Force of Diaphragm Chucks.

International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 30, issue 4, 1990, p. 485 ─ 495.

245. OGUOMA O. N., Factors Affecting Gripping Force of Diaphragm Chucks. International Journal of

Machine Tools and Manufacture, vol. 30, issue 4, 1990, pp. 497 ─ 508.

252. PERJU D., Măsurări mecanice. Timişoara: Ed. Politehnica, 2001.

258. POLOVINKIN A. I., CIUMAKOV G. S., Poiskovoe proektirovanie i konstruirovanie stanocinâe

prisposoblenii. Volgograd: Izd-vo Volgogradskogo Politehniceskogo Instituta, 1987.

262. POSTOLACHE I., FETECĂU C., Computer Simulation of 3D Filling, Packing and Cooling Process in

Injection Molded Acetabular Cup. Academic Journal of Manufacturing Engineering, Timisoara, vol.

6/Issue 3/2008, pp. 144-149, ISSN 1583-7904.

266. RADU GH. N., SOFONEA G., FRĂŢILĂ M., ZICHIL V., Capitole speciale de rezistenţa

materialelor. Iaşi: Ed. Tehnopress, 2006.

268. RAMMOHAN Y. S., MURTHY H., Three Dimensional Finite Element Analysis of Partial Slip Contacts

Subjected to Combined Loading. Finite Elements in Analysis and Design, Volume 56, September 2012,

pp. 9 ─ 19.

273. REHM F., Diaphragm Chuck. Brevet de invenţie US, nr. 2007045970A1/ 01.03.2007.

274. REHM F., Diaphragm Chuck. Brevet de invenţie US, nr. 2007235954A1/ 11.10.2007.

275. REHM F., Diaphragm Chuck. Brevet de invenţie CN, nr. 101066565A/ 07.11.2007.

277. ROBERTSON J. S., Investigation of the Factors which Influence the Design of Diaphragm Chucks. M.

Sc. Thesis, University of Nottingham, U.K., 1976.

279. RONG YIMING (KEVIN), HUANG SAMUEL H., HOU ZHIKUN, Computer-Aided Fixture Design

Verification. Advanced Computer-Aided Fixture Design, 2005, pp. 211 ─ 258.

280. RONG YIMING (KEVIN), HUANG SAMUEL H., HOU ZHIKUN, Fixture Modeling and Analysis.

Advanced Computer-Aided Fixture Design, 2005, pp. 344 ─ 409.

288. SEGHEDIN N., Ierarhia descrierii mecanismelor de strângere multiplă. Revista de inventică, vol. IV,

An X, nr. 22 ─ 23, 1999, pp. 22 ─ 28.

292. SEGHEDIN N., Analiza şi sinteza structurală creativă a mecanismelor de strângere multiplă. Iaşi: Ed.

Tehnopress, 2002.

294. SEGHEDIN N., Usage of the Hierarchical Description of the Technical Systems for the Structuring the

68

Creative Problems in the Field of the Clamping Devices. Bul. Inst. Politehnic Iaşi, tomul L(LIV), fasc.

Va, secţia Construcţii de maşini, 2004, pp. 133 ─ 136.

309. SUN W., PEI Z. J., FISHER G.R., Fine Grinding of Silicon Wafers: Effects of Chuck Shape on

Grinding Marks. International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 45, Issue 6, May

2005, pp. 673 ─ 686.

317. TACHE V., UNGUREANU I., BRĂGARU A., GOJINEŢCHI N., MARINESCU I., GHERGHEL N.,

ŞUTEU V., DRUŢU S., Construcţia şi exploatarea dispozitivelor. Bucureşti: Ed. Didactică şi

Pedagogică, 1982.

320. TAGLANG J., Power-Actuated Lathe Chuck. Brevet de invenţie US, nr. 2003164598A1/ 04.09.2003.

322. TERO M., OPELSZ H., Dispozitive şi accesorii pentru maşini-unelte. Târgu-Mureş: Ed. ANSID, 2002.

325. TRANDAFIR R., NISTORESCU M., MAZILU-MIERLUŞ I., Bazele informaticii si limbaje de

programare, vol. 2. Baze de date relaţionale. Univ. Tehnică de Construcţii Bucureşti, 2007.

329. UNE A., YOSHITOMI K., MOCHIDA M., Design of a new porous pin chuck with super high flatness.

Microelectronic Engineering, Volumes 73 ─ 74, June 2004, pp. 933 ─ 940.

330. UNE A., OGASAWARA N., FUKUDA T., YOSHISE M., XIN P., Influence of a Lift Hole-equipped

Pin Chuck on Wafer Flatness. Microelectronic Engineering, Volume 86, Issues 4 ─ 6, April ─ June 2009,

pp. 517 ─ 520.

331. UNE A., YOSHITOMI K., MOCHIDA M., OGASAWARA N., Influence of Pin Chuck Ring Seals and

Polishing Steps on Wafer Flatness. Microelectronic Engineering, Volume 87, Issues 5 ─ 8, May ─

August 2010, pp. 1646 ─ 1649.

333. VASII-ROŞCULEŢ S., GOJINEŢCHI N., ANDRONIC C., ŞELARIU M., GHERGHEL N.,

Proiectarea dispozitivelor. Bucureşti: Ed. Didactică şi Pedagogică, 1982.

338. WANG F. J., WANG L. P., CHENG J. G., YAO Z. H., Contact Force Algorithm in Explicit Transient

Analysis Using Finite-element Method. Finite Elements in Analysis and Design, Volume 43, Issues 6 ─ 7,

April 2007, pp. 580 ─ 587.

342. WROBEL D. J., CHIZMADIA A. R., Improved Chuck Assembly. Brevet de invenţie WO, nr.

2007106661A2/ 20.09.2007.

346. ZHENG Y, RONG Y, HOU Z., The Study of Fixture Stiffness, part I: A Finite Element Analysis for

Stiffness of Fixture Units, International Journal Of Advanced Manufacturing Technology, 36, 9 ─ 10,

2008, pp. 865 ─ 876.

347. ZHENG Y, RONG Y, HOU Z., The Study of Fixture Stiffness, part II: Contact Stiffness Identification

Between Fixture Components, 38, 1 ─ 2, 2008, pp. 19 ─ 31.

350. ZUPERL U., CUS F., A Model for Analysing and Optimazing Fixtures, Strojinski Vestnik Journal of

Mechanical Engineering, Vol. 48, Year 2, 2002, pp. 73 ─ 86.

366. PC Measurement Electronics SPIDER8, SPIDER 8-30 and SPIDER8-01. Operating Manual. Darmstadt,

2003.

369. Stanocinâe prisposobleniia. Spravocinik, Tom 2 (pod red. B. N. Vardaşkina i V. V. Danilevskogo).

Moskva: Maşinostroenie, 1984.

372. http://www.omega.co.uk/ppt/pptsc.asp?ref=SGD_LINEAR1-AXIS&Nav=pree02.

69

ANEXE

În cadrul anexelor, sunt prezentate câteva din cele 177 soluţii/ variante de mecanisme de centrare şi

strângere extensibile cu membrane elastice identificate, în literatura de Dispozitive tehnologice,

disponibilă. Acestea alcătuiesc baza de cunoştinţe/ date/ informaţii referitoare la mecanismele de centrare

şi strângere extensibile cu membrane elastice şi este prezentată în ANEXA 1.

În ce priveşte forma de prezentare a categoriilor specifice de cunoştinţe/ date/ informaţii, dintre

formele de prezentare a soluţiilor/ variantelor propuse în lucrările [113], [114], [120], [122], pentru

prezentarea soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu membrane

elastice, am optat pentru fişele propuse, de către profesorul Nicolae Gherghel, pentru analiza ştiinţifică a

sistemelor tehnice, respectiv pentru prezentarea acestora în bazele de cunoştinţe/ date/ informaţii.

Acestea conţin:

─ tipul/ soluţia/ varianta de mecanism după principalele criterii de clasificare (tipul elementului ce

deplasează elementele de centrare şi strângere propriu-zise; caracter; tipul acţionării) (subcapitolul 3.2 şi

3.5);

─ schiţa/ desenul/ modelul grafic;

─ denumirea reperelor componente;

─ schema funcţională/ structura/ morfologia/ schema-bloc/ modelul grafic sistemic (subcapitolul

3.5);

─ sursele bibliografice, în ordine cronologică.

O bază de cunoştinţe/ date/ informaţii preliminară, pe baza metodologiei propuse, a fost elaborată, de

către autor, în anul 2010, în lucrarea de disertaţie (Elaborarea unei baze de date pentru concepţia şi

proiectarea mecanismelor de centrare şi strângere extensibile cu membrane elastice), în cadrul

Departamentului Maşini-unelte şi Scule al Facultăţii de Construcţii de Maşini şi Management Industrial

din cadrul Universităţii Tehnice „Gheorghe Asachi“ din Iaşi.

Din fişele soluţiilor/ variantelor, inserate în bază, rezultă cunoştinţe/ date/ informaţii deosebit de

importante, referitoare la construcţia şi funcţionarea soluţiilor/ variantelor, elementelor acestora; schemele

funcţionale/ structura generală/ morfologia/ modelul grafic sistemic al acestora; tipul/ categoria/ clasa/

familia după principalele criterii de clasificare; sursele bibliografice în ordine cronologică.

Fireşte, baza este deschisă, putând fi completată ulterior, prin identificarea/ crearea unor noi soluţii/

variante de astfel de mecanisme.

Prin dezvoltarea fişelor soluţiilor/ variantelor de mecanisme de centrare şi strângere extensibile cu

membrane elastice, pot fi inserate şi celelalte categorii de cunoştinţe/ date/ informaţii, referitoare la,

materiale, tratamente termice, dimensiuni/ dimensionare, toleranţe geometrice/ dimensionale, alte condiţii

tehnice necesare execuţiei, controlului, asamblării, exploatării, calcului curselor şi forţelor de acţionare/

strângere.

70

ANEXA 1/ 2






Tipul mecanismului după elementele

de centrare-strângere propriu-zise 2.2.3.12.1


elastică cu fălci


ce deplasează elementele de

centrare-strângere propriu-zise

2.2.3.12.1.1 Mecanism de centrare şi strângere extensibil cu membrană elastică

cu fălci deplasată cu ajutorul unui plunjer



exterioară, menghină interioară,

hibrid)

2.2.3.12.1.1.1 Mecanism de centrare şi strângere extensibil cu membrană elastică

cu fălci deplasată cu ajutorul unui plunjer, de tip mandrină

Tipul mecanismului după tipul

acţionării (manuală; pneumatică,

hidraulică etc.)

2.2.3.12.1.1.1.1

Mecanism de centrare şi strângere extensibil cu membrană elastică

cu fălci deplasată cu ajutorul unui plunjer, de tip mandrină, cu

acţionare manuală

[Gorman W.J., Chuck. Brevet de invenţie US, nr. 1985446A/ 25.12.1934.]

Denumirea

reperelor

7 ─ corp; 8 ─ membrană elastică; 10ʼ ─ fălci; 12ʼ ─ plunjer; 15 ─ piesă; 18, 21, 23ʼ ─ pârghii; 27 ─ camă;

30 ─ mâner de acţionare

Schema

funcţională

Sursele

(în ordine

cronologică)

Gorman W.J., Chuck. Brevet de invenţie US, nr. 1985446A/ 25.12.1934.

Mâner de

acţionare Piesă

ca

S

cs

Q Membrană

cu fălci Camă Pârghii Plunjer

71

ANEXA 1/ 9









elastică cu fălci




2.2.3.12.1.3


cu fălci deplasată cu ajutorul unor pârghii




hibrid)


cu fălci deplasată cu ajutorul unor pârghii, de tip mandrină



hidraulică etc.)

2.2.3.12.1.3.1.1


cu fălci deplasată cu ajutorul unor pârghii, de tip mandrină, cu

acţionare manuală

[Searles R.R., Chuck. Brevet de invenţie US, nr. 1931328A/ 17.10.1933.]

Denumirea

reperelor

5 ─ corp; 6 ─ membrană elastică; 8 ─ fălci; 11 ─ piesă; 16ʼ ─ şurub stânga-dreapta; 24, 25 ─ pârghii; 28 ─

piuliţe

Schema

funcţională

Sursele

(în ordine

cronologică)

Searles R.R., Chuck. Brevet de invenţie US, nr. 1931328A/ 17.10.1933.

Mâner de

acţionare Piesă

ca

S

cs

Q Membrană

cu fălci Pârghii

Şurub

stânga-

dreapta

72

ANEXA 1/ 12

\Denumirea grupei de sisteme

tehnice 2 Echipamente tehnologice pentru construcţia de maşini (SDV-uri)








elastică cu fălci





cu fălci deplasată cu ajutorul unei came




hibrid)


cu fălci deplasată cu ajutorul unei came, de tip mandrină



hidraulică etc.)

2.2.3.12.1.3.1.1


elasticăcu fălci deplasată cu ajutorul unei came, de tip mandrină, cu

acţionare manuală

[Searles R.R., Chuck. Brevet de invenţie US, nr. 1931327A/ 17.10.1933.]

Denumirea

reperelor

5 ─ corp; 6 ─ membrană elastică; 8 ─ fălci; 11 ─ piesă; 12 ─ reazem plan; 14, 15 ─ mâner de acţionare;

16 ─ camă

Schema

funcţională

Sursele

(în ordine

cronologică)

Searles R.R., Chuck. Brevet de invenţie US, nr. 1931327A/ 17.10.1933.

Mâner de

acţionare Piesă

ca

S

cs

Q Membrană

cu fălci Camă

73

ANEXA 1/ 22









elastică cu fălci





cu fălci deplasată cu ajutorul unui plunjer



exterioară, menghină interioară, hibrid)


cu fălci deplasată cu ajutorul unui plunjer, de tip mandrină



hidraulică etc.)

2.2.3.12.1.1.1.2


cu fălci deplasată cu ajutorul unui plunjer, de tip mandrină, cu

acţionare pneumatică/ hidraulică

[Gherghel N., Gheorghe C., Mandrină cu membrană elastică. Brevet de invenţie RO, nr. 106 682, 9.10.1989, p. 5, fig. 1. Şi 2.]

Denumirea

reperelor

1 ─ membrane cu fălci; 2 ─ corpul mandrinei; 3─ şuruburi; 4 ─ prezoane; 5 ─ piesă; 6 ─ disc abraziv; 7 ─

cepuri de orientare; 8 ─ piuliţe; 9 ─ plunjer

Schema

funcţională

Sursele

(în ordine

cronologică)

Gherghel N., Gheorghe C., Mandrină cu membrană elastică. Brevet de invenţie RO, nr. 106 682, 9.10.1989, p. 5, fig. 1. Şi 2.

Motor

pneumatic/

hidraulic

Piesă

ca

S

cs

Q Membrană

cu fălci Plunjer

74

ANEXA 1/ 101









elastică cu fălci




2.2.3.12.1.8 Mecanism de centrare şi strângere extensibil cu membrană

elastică cu fălci deplasată cu ajutorul unui piston




hibrid)

2.2.3.12.1.8.1


elastică cu fălci deplasată cu ajutorul unui piston, de tip

mandrină



hidraulică etc.)

2.2.3.12.1.8.1.2


elastică cu fălci deplasată cu ajutorul unui piston, de tip

mandrină, cu acţionare pneumatică/ hidraulică

[Handbook of Jig and Fixture Design, Second edition,vol. 1-3, SME, Deaborn, Michigan, 1989, p. 9-58, fig. 9-66.]

Denumirea

reperelor 1 ─ corpul mandrunei; 2 ─ piston; 3─ membrană cu fălci;4 ─ piesă

Schema

funcţională

Sursele

(în ordine

cronologică)

Handbook of Jig and Fixture Design, Second edition,vol. 1-3, SME, Deaborn, Michigan, 1989, p. 9-

58, fig. 9-66.

Motor

pneumatic/

hidraulic Piston Piesă

ca

S

cs

Q Membrană

cu fălci

1 2 3 4

rezumat teza de doctorat - filipoaia claudiu (1)

Documents