View
793
Download
49
Category
Preview:
Citation preview
CRIC SIMPLU
TEMA DE PROIECT:
Sa se proiecteze o transmisie cu surub de miscare-piulita in varianta cric simplu
cunoscandu-se urmatoarele :
Sarcina maxima de lucru : F = 4000 N
Inaltimea maxima de lucru : H = 400 mm
1.PROIECTAREA SURUBULUI
1.1.Schema cinematica a sistemului,caracterizare rol functional,domeniu de
utilizare.
Transmisia surub-piulita, alcatuita dintru-un surub si o piulita aflate in miscare
relativa in timpul functionarii, realizeaza transmiterea si transformarea miscarii si a fortei.
Cu aceste functii, transmisia surub-piulita se intalneste frecvent in constructia unor
masini simple cum sunt cricurile si presele manuale, in constructia masinilor unelte, a
unor dispozitive de lucru, a unor aparate de masura etc.
Ca principale avantaje ale folosirii transmisiei surub-piulita se pot enumera:
constructia si executia relativ simple, precizia buna, functionarea fara zgomot, gabaritul
redus, posibilitatea transmiterii unor forte relativ mari. Ca principal dezavantaj se
mentioneaza existenta unor frecari importante intre spirele filetelor, care determina
randamente mici, uzuri mari (ce conduc in timp la jocuri mari) si in consecinta viteze de
lucru limitate. Acest neajuns este in parte eliminat de transmisiile cu bile ( "suruburile cu
bile") la care frecarea de alunecare este inlocuita cu frecarea de rostogolire.
Cric simplu
Surubul principal 1 executa atat miscarea de rotatie cat si miscarea de translatie.
Piulita 3 este fixata in corpul 2. Pentru evitarea miscarilor relative intre sarcina de ridicat
si cupa 4, aceasta trebuie sa se roteasca liber pe capul surubului 1, deci intre cupa si surub
exista un lagar axial care poate fi de alunecare sau de rostogolire ( rulment axial );
utilizarea rulmentului este avantajoasa in special pentru ridicarea sarcinilor mari, cand se
obtin reduceri insemnate ale momentului de frecare rezistent dintre cupa si surub.
Functii de indeplinit Transformarea si transmiterea miscarii si a fortei
(transmiterea unui flux energetic).
Dimensiunile cuplei surub-piulita deci ale celor doua filete in contact sunt
determinate pentru urmatoarele:
Rezistenta corpului (tijei) surubului la solicitari compuse si la flambaj (pentru
suruburi supuse la compresiune); pentru ca diametrul corpului surubului este egal cu
diametrul interior al filetului acestuia.
Pentru a pune in evidenta tipul solicitarilor care se produc, se construieste
diagrama de eforturi.
Rezistenta spirelor filetului surubuhii si al piulitei. Spirele se pot distruge prin
uzare sau rupere.
La viteza mica la care are loc actionarea sistemului, hotaratoare pentru tipul si
intensitatea uzarii sunt tensiunile de contact dintre spire.
Ruperea spirelor poate avea loc ca urmare a solicitarilor de incovoiere si forfecare
la piciorul filetului.
In concluzie, cupla surub-piulita trebuie sa indeplineasca urmatoarele cerinte:
transmiterea si transformarea miscarii si a forjei;
rezistenta corpului (tijei) surabului;
rezistenta spirelor filetelor surubului si piulitei;
asigurarea conditiilor de autofranare;
Se doreste totodata:
un cost redus;
o buna durabilitate;
un bun randament etc.
1.2.Trasarea diagramei de forte si momente ale sistemului
In figura de mai jos s-au reprezentat diagrama de eforturi pentru celelalte
elemente componente. Pentru eforturile care apar in elemental i in contact cu elementul j,
se folosesc urmatoarele notatii: Fi- - forta axiala; My - moment. Indicii superiori au
semnificatiile: r - radial, a - axial, s - stanga, d - dreapta. Momentul de actionare se
noteaza Mtot. Variatia pe inaltimea piuli|ei a momentului de insurubare, M2j, si variatia
momentelor de frecare in lagarele radiale se schematizeaza printr-o dependenta liniara.
1.3. Alegerea materialului pentru şurub
Condiţiile care trebuie îndeplinite de către materialele cuplei şurub-piuliţă ne
conduc la alegera materialului pentru şurub şi piuliţă.Pentru şurub se va alege un material
cu rezistenţă la solocitari compuse a lui şi a spirelor.Materialul trebuie să reziste la uzură
şi să aibă un preţ scăzut.
În cazul şurubului se va folosi oţelul iar pentru piuliţă se por folosi diferte aliaje
cum ar fi fonta,bronzul,aluminiu şi aliajele pe bază de aluminiu.
Pentru a asigura rezistenţa la uzare şi un coeficient de frecare redus se utilizează
un cuplu de materiale cu bune proprietăţi antifricţiune.
Întrucât solicitările corpului şurubului sunt relativ mari – materialul acestuia este
de regulă oţelul.
Voi executa şurubul din oţel laminat de uz general:OL42 STAS 500/2-80, cu
urmatoarele caracteristici :
- limita de curgere N/mm2
- rezistenţa de rupere la tracţiune N/mm2
1.4 Stabilirea criterilor de portanta
Pornind de la diagramele de eforturi, alegerea tipului filetului si de la parametrul
functional :lungimea surubului, pot fi precizate criteriile de portanta de care se tine seama
la dimensionarea presei.
Criteriile sunt urmatoarele:
a) criterii de rezistenta:
-resistenta tijei surubului la soliciterea compusa de intindere(compresiune) si
rasucire;
-rezistenta filetului la solicitarea de strivire.
b) criteriul de stabilitate:
-stabilitatea elastica a tijei la flambaj.
Dimensionarea presei se face pe baza unuia din criteriile de rezistenta, dupa care
se realizeaza verificarea la celalalt criteriu si la stabilitatea echilibrului static.
In functie de solicitarea tijei surubului, felul filetului, cuplul de materiale si
frecventa actionarii, portanta este hotaratoare fie de rezistenta surubului la solicitarile
compuse fie de rezistenta filetului la solicitarea de strivire.
Utilizarea coditiei de rezistenta a filetului la strivire presupune ipoteze
suplimentare privind latimea suprafetei de contact (inaltimea utila a filetului) si numarul
de spire in contact. De aceea predimensionarea filetului se face din conditia de rezistenta
a corpului surubului la solicitarea compusa de intindere(compresiune) si rasucire.
1.5. Predimensionarea surubului.
Dimensiunile filetului trebuie să corespundă simultan următoarelor cerinţe:
rezistenţa corpului şurubului la solicitarea compusă: compresiune ( sau tracţiune ) şi
răsucire ( solicitarea de încovoiere trebuie eliminată pe cât posibil );
rezistenţa spirelor la strivire ( uzare );
rezistenţa spirelor la solicitarea compusă de încovoiere şi forfecare;
daca şurubul este solicitat la compresiune să nu flambeze;
să asigure condiţia de autofrânare.
Predimensionarea la solicitarea compusă se face la compresiune ( sau la tracţiune ) pe
baza unei forţe de calcul Fc=F, F fiind forţa care actionează asupra şurubului, iar (
>1 ) factor de majorare a forţei F pentru a considera şi solicitarea la răsucire.
Valoarea lui se ia dintr-un tabel, iar în cazul cricului simplu poate fi cuprins
între 1,27 -1,32. Voi lua pe =1,3.
Anec= =
a=
a - tensiunea admisibilă la compresiune( tracţiune )
c - limita de curgere
Cc - coeficient de curgere
d3 - diametrul interior al filetului şurubului
a=
;
1.6. Alegerea tipului filetului.
Alegerea tipului de filet se face in funcţie de:
caracterul sarcinii ( constanta, variabila etc.);
mărimea sarcinii ( mică, mare );
direcţia şi sensul sarcinii;
destinaţia şi condiţiile de lucru;
randamentul dorit.
Tipul de filet ales este filetul trapezoidal pentru ca are o bună rezistenţă şi
rigiditate, randament cu circa 4-5% mai mic decât al filetului pătrat, permite eliminarea
jocului axial rezultat in urma uzării – prin utilizarea unei piuliţe secţionate ; poate
transmite sarcini mari, variabile, în ambele sensuri.
Figura de mai jos prezintă profilele nominale ale filetului trapezoidal standardizat.
Din Anexa am ales filetul trapezoidal cu următoarele caracteristici:
-diametrul nominal al filetului d =12 mm;
-pasul p=3 mm;
-diametrul nominal mediu d2=D2=10.5 mm;
-diametrul nominal exterior al filetului interior D4=12.5 mm;
-diametrul nominal interior al filetului exterior d3=8.5 mm;
-diametrul nominal interior al filetului interior D1=9 mm.
1.7 Verificarea condiţiei de autofrânare si la flambaj
Verificarea conditiei de autofranare
În cazul construcţiilor cu şuruburi de mişcare apare ca cerinţă asigurarea
autofrânării. La sistemele acţionate manual este preferabil ca autofrânarea să se realizeze
direct de către filet. Filetul asigură autofrânarea atunci când unghiul de înclinare al
filetului, , este mai mic decât unghiul de frecare redus, ’ :
’
unde:
tg =
in care:
- reprezinta unghiul profilului filetului. Pentru filetul trapezoidal,
= 300.
- coeficientul de frecare ce depinde de cuplul de materiale, de calitatea
şi starea de ungere a suprafeţelor.
p - pasul filetului şurubului
d2 - diametrul nominal mediu al filetului
tg = = = 5.1965 ;
Din tabel pentru cuplul de materiale oţel pe fontă coeficientul de frecare,
= 0.08-0.20.
= 0.15
tg ’ =
tg ’ = = ’ = 8.8270
Deci, .’ SE VERIFICA
Verificarea la flambaj
Suruburile lungi solicitate la compresiune sunt in pericol de a flamba.
Dimensiunile filetutui trebuie sa asigure o siguranta suficienta si fata de flambaj.
Verificarea la flambaj va avea loc cu acele ipoteze care sa ofere o siguranta
suficienta, Altfel spus, ipotezele de lucru vor trebui sa fie acoperitoare, adica cele mai
dezavantajoase posibil. Daca dupa proiectarea la scara apar modificari semnificative fata
de ipotezele considerate initial se reia verificarea.
In cazul de fata avem rezemare de tip incastrare-articulatie
L= ( 1,35 1,45 )H
unde : L – lungimea de flambaj ;
H – cursa de realizat.
Se calculează coeficientul de zvelteţe şi se determină tipul flambajului:
Valoarea limită a coeficientului de zvelteţe, 0 se găseşte tabelat în funcţie de
materialul ales pentru cupla şurub-piuliţă.
Din Anexa vom vom avea pentru OL42 STAS 500/2-80
>0 flambajul este elastic
Se calculeaza coeficientul de siguranta la flambaj Cf :
Cfa –coeficientul de siguranta admisibil la solicitarea de flambaj se poate lua Cfa=3-5
Ff -forta critica de flambaj se calculeaza dupa cum urmeaza:
-pentru flambajul elastic:
Cf <Cfa NU SE VERIFICA
SE MARESTE DIAMETRUL SURUBULUI SI SE REIAU VERIFICARILE
Din Anexa se adopta filetul trapezoidal cu următoarele caracteristici:
-diametrul nominal al filetului d =20 mm;
-pasul p=4 mm;
-diametrul nominal mediu d2=D2=18mm;
-diametrul nominal exterior al filetului interior D4=20.5 mm;
-diametrul nominal interior al filetului exterior d3=15.5 mm;
-diametrul nominal interior al filetului interior D1=16 mm.
Verificarea conditiei de autofranare
tg = = 4.0461
tg ’ = = ’ = 8.8270
Deci, <.’ SE VERIFICA
Verificarea la flambaj
Se calculează coeficientul de zvelteţe şi se determină tipul flambajului:
Din Anexa vom vom avea pentru OL42 STAS 500/2-80
>0 flambajul este elastic
Cf >Cfa SE VERIFICA
1.8. Determinarea nr. de spire în contact
Numărul de spire necesare fi în permanenţă în contact ,z, se determină din
condiţia de rezistenţă la uzură.
În acţionarile cu viteze mici, principalul parametru care determină intensitatea
uzurii şi implicit durabilitatea, sunt tensiunile în contact (presiunea) între spire. În ipoteza
repartizării uniforme a sarcinii pe spire şi neglijînd unghiul de înclinare al spirei, numărul
de spire necesare rezultă din relaţia :
Din tabelul cu valorile orientative ale presiunii admisibile de strivire între spire:
presiunea admisibilă pentru cuplul de materiale oţel pe fontă MPa şi am
ales as=10 MPa.
SE ADOPTA z= 5 spire
1.9. Verificarea spirei filetului
Solicitarea la încovoiere
i=
Pentru filetul trapezoidal interior avem:
unde : Mi - moment încovoietorW - modul de rezistenţă li - lungimea de încovoiereH1 - înălţimea filetului trapezoidal
li= mm;
W=
W= ;
;
Solicitarea la forfecare
A= ;
Coeficientul de corecţie ce tine seama de repartitia neuniforma a tensiunilor km=0,550,75 km=0,65
;
Tensiunea echivalentă se calculează cu teoria a III-a de echivalenţă:
σech= ;
; a=100 MPa
unde: Cc=1,53(4) Cc=2.3
σech a ceea ce înseamnă că spirele filetului şurubului rezistă la solicitarea de
încovoiere şi de forfecare.
1.10. Proiectarea formei surubului
Verificarea preliminară a porţiunii filetate a şurubului la solicitarea compusă
Este util să se efectueze şi o verificare la solicitarea compusă a porţiunii filetate a
şurubului, care este de obicei secţiunea periculoasă, avînd diametrul cel mai mic.
De regulă, solicitarea este de compresiune (tracţiune) cu forţa F, şi răsucire cu
momentul de înşurubare M12.
M12 = F
M12 = 4000 =8227.31Nmm;
;
;
ech= ;
a= ; a=100 MPa
unde: Cc=1,53 Cc= 2.3 c= 230 MPa
Observam ca ech< a. Surubul va rezista la solicitarea compusa
Proiectarea celui de-al doilea reazem al surubului
Solicitarea care se are in vederea la proiectarea unui lagar axial cu alunecare in conditiile concrete de functionare din sistemele analizate este presiunea de contact. Valorile presiunii admisibile se aleg astfel incat sa se evite griparea si sa se asigure o durabilitate ridicata. σadm=20-40 MPa pentru otel/fonta sau otel/otel cu ungere si viteze mici de alunecare.Valorile mici asigura o durabilitate mai mare.
Solutia din figura de mai jos prezinta rezemarea pe lagar axial de alunecare a cupei cricului.
Pentru varianta din figura se alege dc ,apoi se estimeaza tesiturile rezultand dc’
Se adopta dc=20 mm si mm
Se determina Dc minim necesar din solicitarea de contact:
=29mm
Dc=32mm
Se estimeaza momentul de frecare din lagarul axial Mf M41
=0,0080,01 =0,01
Definitivarea constructiva si verificarea finala a surubului principal
Se alege degajarea standardzata pentu dimensiunea de filet care se foloseste:
Inaltimea piulitei : unde z – nr. de spire in contact ; - pasul;
Se verifica la solicitarea compusa sectiunea slabita din dreptul degajarii.
Solicitarile sunt:
compresiune :
= A=
A= ;
;
rasucire :
unde : - solicitarea la rasucireWp - momentul polar
;
= ;
ech= a ech= ;
a=100 MPa
Deci, ech<a SE VERIFICA.
Lungimea partii filetate este:
Pentru limitarea cursei surubului se foloseste o saiba cu gaura tesita, fixata
printr-un surub cu cap inecat crestat STAS 2571-90 (fig.A) M6 cu l=12..80mm. Pentru
prelucrarea surubului pe strung este necesara centrarea acestuia pe varful papusii mobile,
intrucat in aceeasi zona se monteaza si surubul de limitare a cursei, se va folosi o gaura
de centrare filetata cu con de protectie M6 comform STAS 8198-78 (fig.B) cu
urmatoarele caracteristici: d1=5mm; D1=6.4mm; D2=9.6mm; D3=10.5mm; l1=16mrn;
l2=21mm; l3=5mm; l4=2.8mm; l5=0.4mm.
2. PROIECTAREA PIULITEI
2.1 Alegerea materialului pentru piulita
Piulita datorita cerintelor resistentei la uzare, se poate reliza din materiale antifrictiune(bronzuri cu staniu CuSn12, la viteze mari ; fontele rezistente la uzare) din fonte sau oteluri uzuale.
Piulitele de dimensiuni mari care lucreaza la sarcini si viteze mari, se realizeaza cu captuseala din bronz turnat pe corpul din fonta sau otel.
Piuliţa se executa din fontă cenuşie cu grafit lamelar:FC300 STAS568-82 cu urmatoarele caracteristici :
- rezistenţa de rupere la tracţiune (minim);
- rezistenţa la încovoiere (minim);
2.2.Diametrul exterior al piulitei
Amin= De2 – D4
2 )= D =
Din tabel am luat rezistenta la tracţiune
D = ;
Aleg diametrul exterior al piuliţei De=26 mm .
Valoarea corectata a diametrului pentru considerarea tesiturilor este:
2.3.Diametrul gulerului piulitei
Diametrul gulerului se poate dimensiona pe baza solicitarii de contact dintre
piulita si corp.Suprafata inelara de contact este solicitata la strivire.
Amin= =
D =
D =
D =30mm mm
Valoarea corectata a diametrului pentru considerarea tesiturilor este:
Dg=36mm
2.4.Calculul inaltimii piulitei si al gulerului piultei
Gulerul piulitei este solicitat la incovoiere. Pe baza acestei solicitari se poate
determina inaltimea gulerului hg. Utilizand un model fizic similar celui de la studiul
solicitarilor spirei filetului se poate scrie:
, unde ; pentru fontă .
;
,înlocuind se obţine:
.Se alege .
Inaltimea piulitei:
Hp=38mm
2.5. Proiectarea sistemului de blocare al piuliţeiIn sistemul cu piulita nerotitoare, actionarea se face prin surub care are o miscare
de rotatie.Momentul de insurubare M12 tinde sa roteasca piulita dar opunandu-se frecarea
dintre piulita si corp.Chiar daca frecarea este suficienta pentu siguranta se pot folosi
sisteme de blocare prin forma.
Momentul de frecare intre corp si piulita:
M12 =8227.31 Nmm;
Mf <M12
Nu se produce blocarea piulitei
Se va folosi un ajustaj intermediar H7/k6 intre piulita si corp. In acest caz vom
utiliza un stift filetat cu cep M6 , conform STAS 4867-69 cu dimensiunile: d4=4.5mm;
C3=3.5mm; n=1mm ; t=2mm; c1=1.5mm; r=0.4mm; l=8mm.
3.PROIECTAREA CORPULUI SISTEMULUI
Forma si dimensiunile corpului trebuie sa raspunda cerintelor formulate in
tema proiectului ( sa indeplineasca rolul functional)
Forma si dimensiunile corpului trebuie sa asigure o buna siguranta de
functionare din punct de vedere al tuturor solicitarilor care se pun in evidenta
Forma si dimensiunile corpului sunt determinate si detrmina la randul lor
procedee tehnologice care se vor, sau trebuie sa fie folosite. Tehnologia de fabricatie
determina in mod semnificativ costul produsului si din
acest motiv trebuie corelata cu seria de fabricatie .
Forma si dimensiunile corpului trebuie sa asigure posibilitatea
transportului.
Forma si dimensiunile corpului trebuie sa asigure o manevrare usoara si sa
corespunda normelor de protectie a muncii.
Forma si dimensiunile corpului, ca de altfel a intregului ansamblu trebuie
sa fie placuta privirii, deci sa indeplineasca si conditia de estetica.
Inaltimea corpului trebuie sa fie atat de mare incat in pozitia limita
inferioara a surubului sa se realizeze inaltimea minima sub sarcina precizata in tema
proiectului .
Corpul acestui cric se afla in fluxul de forta intre piulita fixa si suprafata de
asezare a cricului. Pe langa aceasta functie, corpul cricului include si sistemul de blocare
a piulitei, surubul fiind rotitor.
Zona de prelucrare a sarcinii de la piulita a fost proiectata. In mare parte, sistemul
de blocare a rotirii piulitei este concretizat. Trebuie precizate:
tehnologia de realizare a corpului;
forma corpului;
materialul;
inaltimea corpului;
dimensiunile si forma in zona de contact cu piulita;
dimensiunile suprafetei bazei;
forma si dimensiunile zonei in care se realizeaza functia de blocare a piulitei;
Corpul se va executa folosind semifabricate turnate din otel carbon OT700
STAS 600-82 cu caracteristicile: Rpo,2 = rnin 410 N/mm2 si Rm = rnin 690 N/mm2.
Inaltimea corpului trebuie sa fie atat de mare incat in pozitia limita inferioara a
surubului sa se realizeze inaltimea minima sub sarcina. De aceea am ales H=460mm.
Grosimea s=4mm
Pentru corpurile turnate, plecand de la De se determina Djn :
apoi considerand conicitatea recomandata se determina Dbi:
Dbi=120mm
Diametrul exterior al bazei Dbe se determina din solicitarea de contact
,pentru beton
Dbe=150mm
4.PROIECTAREA SISTEMULUI DE ACTIONARE
Actionarea se va face prin elementul care executa miscarea de rotatie. Aceasta
actionare poate fi privita ca o introducere de energie in sistem-energie necesara invingerii
rezistentelor in cupla surub-piulita si in cel de-al doilea reazem. Corespunzator acestor
rezistente, in diagrame de eforturi s-a folosit pentru momentul rezistent total notatia -Mtot.
Alegerea sistemului de actionare
Alegerea sistemului de actionare corespunde fazei de proiectare calitativa la
nivelul acestui subansamblu.
In cazul de fata, actionarea se va face prin intermediul unei parghii simple.
Proiectarea la scara a sistemului de actionare
Figura prezinta principalele elemente dimensionale implicate.
Se determina raza Ra, la care trebuie aplicata forta muncitorului Fm. Forta
dezvoltata de un muncitor variaza in functie de conditia fizica, pozitia fata de dispozitiv
si altele. In general se recomanda valori (100 - 150) N. Pentru dispozitivele folosite foarte
frecvent actionarea trebuie sa fie facuta cu forte mult mai mici (cat se poate de mici).
Alegem Fm = 100 N
Mtot = M21 + M41=8227.31+531.572= 8758.882 Nmm
M21 = MI2 = 8227.31 Nmm; M41 =Mf= 531.572 Nmm;
mm
Ra=100 mm
Se determina diametrul minim necesar pentru parghie - dp. Considerand parghia
ca fiind incastrata in capul surubului, ea va fi solicitata la inconvoiere cu momentul
maxim:
Unde: Lc - lungimea de la diametrul capului şurubului până la locul unde se aplică
forţa muncitorului
DC=32 mm mm
Nmm
Se determină diametrul minim necesar pentru pârghie – dp:
unde: ai - tensiunea admisibilă la încovoiere;
ai= = MPa
mm dp= 12 mm
Diametrul gaurii se poate lua :
mm
Parghia va fi executata din OL 42 STAS 500/2-80.
Hc=(1.5...2)dp Hc= mm
Lp= LS+LC+DC=100+84+32=216mm Lp=220 mm
Lungimea Lp a parghieie se ia mai mare decat rezulta din calcule.Lungimea
LS=100mm reprezinta dimensiunile mainii(forta nu se aplica concentrat).La capetele
parghiei se vor monta rondele pentru evitarea pierderii ei in timpul transportului.
5.CALCULUL RANDAMENTULUI
Randamentul cuplei surub piulita este dat de relatia:
Randamentul intregului sistem este dat de relatia :
=
unde Lu - lucru mecanic util, corespunzător unei rotaţii complete a elementelor de antrenare
Lc - lucru mecanic consumat, corespunzător unei rotaţii complete a elementelor de antrenare
Lu=FÎn cazul unei singure cuple şurub-piuliţă avem:
=p=4 mmunde: - distanţa
p - pasul filetului
;
Lc = Mtot 2
;
Recommended