A.S.M. - comparator cu o treapta de amplificare

 

A.S.M.

Sa se proiecteze un comparator cu o treapta de amplificare avand urmatoarele caracteristici tehnico-functionale:

- valoarea diviziunii: v_d =0,01[mm]

- domeniul de desfasurare: 03[mm]

- diametrul cadranului: 0=40 [mm]

- forta de palpare: 1,5 [N]

- cursa de rotatie a acului indicator: 1 [mm].

Cuprinsul

I. Introducere:

1.1. Prezentarea generala a clasei de aparate din care face parte aparatul de proiectat. Clasificare.

1.2. Domeniul de utilizare a aparatului.

1.3. Studiul asimilarii in tara. Alti producatori.

II. Memoriu de prezentare:

2.1. Caracteristici tehnico-functionale generale. Destinatia aparatului.

2.2. Studiul de solutie. Variante constructive functionale posibile. Justificarea solutiei alese.

III. Brevior de calcul:

3.1. Schema generala a aparatului. Functionarea.

3.2. Determinarea parametrilor schemei cinematice a aparatului:

3.2.1. Calculul geometric si cinematic.

3.2.2. Calculul cinetostatic.

3.2.3. Calculul elementului de comparatie.

3.2.4. Calculul erorilor geometrice.

3.3. Parametrii constructivi ai aparatului:

3.3.1. Solutii constructive ale elementelor aparatului.

3.3.2. Calculul de rezistenta.

3.3.3. Proiectarea elementelor de redare-vizualizare.

3.3.4. Proiectarea formei geometrice a aparatului.

IV. Elemente privind tehnologia de executie:

4.1. Alegerea materialului.

4.2. Indicarea proceselor tehnologice de executie si montare a principalelor repere.

V. Documentatia desenata:

5.1. Desen de executie.

5.2. Desen de ansamblu.

VI. Bibliografie.

I.           INTRODUCERE:

Prezentarea generala a clasei de aparate din care face parte aparatul proiectat. Clasificare

Totalitatea metodelor si mijloacelor necesare sa asigure respectarea aplicarii corecte a prescriptiilor si recomandarilor prevazute de documentatia tehnica generala si de executie a proceselor de elemente constructive ca si in ansamblul lor, constituie tehnic: verificari si masurari.

Conform definitiei STAS 4201-68, aparatul de masurat lungimi este aparatul realizat pe principii mecanice, optice, optico-mecanice, electrice, pneumatice etc., care sunt masuratori directe, indirecte sau combinate, serveste la transformarea lungimii masurate intr-o informatie sau o indicatie echivalenta exprimata in unitati de lungime.

Mijloacele de masurare a lungimilor cu amplificare mecanica,evidentiaza deplasarea palpatorului prin deplasarea unui ac indicator in dreptul unei scari gradate.

Amplificarea si deplasarea palpatorului se realizeaza prin intermediul unor mecanisme de amplificare care pot fi:

mecanisme cu bare

mecanisme cu roti dintate sau o combinatie a acestora

mecanisme cu banda rasucita si cu bare.

Valoarea diviziunii acestora poate sa fie de la 0,1 m pana la 10m. Domeniul de masurare poate sa fie de la 0,05 mm pana la 50 mm.

In vederea efectuarii masuratorilor, aceste mijloace de masurare se pozitioneaza corespunzator in raport cu masurandul prin intermediul unor dispozitive prin intermediul unor dispozitive specializate care pot fi de mai multe tipuri: de exterior . de interior, de inaltime sau adancime, de rugozitate pentru filete sau roti dintate.

Mijloacele de masurat lungimi realizate pe principiul mecanic de amplificare se numesc aparate mecanice de masurat lungimi si cuprind urmatoarea gama sortimentala:

a.      mijloace de masurare cu amplificare cu roti dintate:

comparatoare cu cadran

subler cu cadran

b.     mijloace pentru masurarea lungimilor cu amplificare mecanica prin intermediul mecanismelor cu bare si roti dintate:

micrometrul

ortotestul

micrometrul cu bare si roti dintate

pasametrul

c.      mijloace de masurare cu amplificare cu mecanisme cu bare:

minimetrul

d.     mijloace cu amplificare cu banda rasucita:

la acest tip de aparate elementul sesizor-traductor primar, este o banda rasucita stanga-dreapta, ce asigura atat transformarea deplasarii liniare in miscare de rotatie cat si amplificarea canalului de intrare

1.2. Domeniul de utilizare a aparatului

Domeniul de utilizare a mijlocului de masurare a lungimilor de amplificare mecanica poate sa fie de la 0,05 mm la 50 mm. In general cu aceste mijloace de masurare se efectueaza masuratori comparative ale dimensiunilor, adica se evidentiaza variatii dimensionale egale sau mai mici cu domeniul de masurare.

Astfel, comparatorul cu o treapta sau doua de amplificare are domeniul de masurare de 5 mm respectiv de 23 mm si se masoara abaterea de la dimensiunea nominala.

1.3. Studiul asimilarii in tara. Alti producatori.

In tara astfel de aparte se produc la I.M.T. Bucuresti, I.M.E. Sinaia, Balanta Sibiu, I.O.R. Bucuresti iar in strainatate la Carl-Zeiss Germania, Tisa Elvetia, Mitutoia Japonia etc. Cea mai importanta intreprindere de la noi din tara, este Intreprinderea de Mecanica Fina din Bucuresti, unde sunt proiectate si construite o serie de mijloace de verificat si masurat incepand de la cele mai simple si pana la cele mai complicate. Pe langa aceste exista si intreprinderi specializate in constructia aparatelor de verificat si masurat cum ar fi: I.M.F. Sinaia, Balanta Sibiu. In unele intreprinderi si uzine mari se gasesc ateliere de S.D.V.-uri unde mijloacele de verificat si masurat, sunt controlate si verificate periodic.

Pe plan international exista bineinteles o serie de intreprinderi specializate in constructia aparatelor de verificat si masurat. Intre acestea exista o lupta continua in sensul ca fiecare doreste sa realizeze un aparat cat mai competitiv pe piata de desfacere.

Dintre cele mai semnificative firme ce concureaza sunt: Tesa din Elvetia, Mitutoia din Japonia, Carl-zeiss din Germania, Censor Instruments Limited din Anglia.

II. MEMORIU DE PREZENTARE

2.1. Caracteristicile tehnico-functionale. Destinatie.

Aparatele se utilizeaza la masurarea prin comparatie si sunt comparatore cu cadran si are valoarea diviziunii de 0,01 mm.

Caracteristicele tehnico-functionale:

valoarea diviziunii reprezinta valoarea marimii masurate corespunzatoare unor diviziuni, acest indice se inscrie pe cadranul scalei gradate, el poate fi cuprins intre 0,010,05mm, in cazul de fata are valoarea de 0,01 mm.

forta de masurare reprezinta forta cu care varful de masurare al aparatului functioneaza pe suprafata presei de contact si are valoare de F=1,5 N.

domeniul de masurare reprezinta valorile minime si maxime ale marimii ce se poate determina cu ajutorul aparatului si este cuprins intre 03 mm.

cursa de rotatie a acului indicator este un mm.

diametrul cadranului este 0=40 mm.

Functionarea comparatoarelor, se bazeaza pe transformarea miscarii de translatie in miscare de rotatie prin intermediul unor mecanisme amplificatoare cu roti dintate.

2.2.Studiu de solutie. Variante constructive functionale posibile.

Comparatoarele se utilizeaza la masurari de lungimi prin comparatie in limitele domeniului de masurare. Valorile diviziunii acestor aparate sunt de doua tipuri: cu 0 60 sau cu 0 42. Comparatoarele se utilizeaza in doua variante constructive: cu o treapta de amplificare sau cu doua trepte de amplificare.

Comparator cu o treapta de amplificare:

roata dintata

pinion

roata pinion

roata pinion

arc elicoidal

arc spiral

tija palpatoare

ac indicator

Sensibilitatea reprezinta proprietatea de a sesiza unele variatii ale marimii de masurare sau intrare si este determinata pentru comparatorul cu o treapta de precizie:

x_i=

_e=L

x_e=Lγ₁x_i/γ₃γ₂

S=x_e/x_i=L =2Lz₁/mz₂z₃.

Comparator cu doua trepte de amplificare:

1. tija palpatoare,

2. roata pinion,

3. cremaliera,

Z_4, Z_5, Z₆. roata pinion,

7. ac indicator,

8. arc spiral,

9. arc elicoidal.

Sensibilitatea este:

X_i=γ₂.φ₂=γ₄.φ₄

γ₄^'.φ₄=γ₅.φ₅

γ₅.φ₅=γ₆.φ₆

γ₅'.φ₅=γ₆.φ₆ => γ₆= =x_i.

_e=z₄'z₅'2Lx_i/z₄z₅.z₆m

x_e=Lφ_e= z₄'z₅'2Lx_i/z₄z₅.z₆m=>S=z₄'z₅'2L/z₄z₅z₆m

Crescand sensibilitatea creste numarul de diviziuni de unde rezulta cresterea preciziei aparatului.

III.BREVIOR DE CALCUL

3.1. Schema generala a aparatului . Functionare.

Dupa studiul efectuat asupra variantelor constructive prezentate anterior in continuare se va proiecta aparatul:

Principiul de functionare:

Marimea de intrare x_i, se transmite prin intermediul tijei palpatoare (1), care angreneaza cu pinionul (2) si cu cremaliera(3) astfel transforma miscarea palpatoare intr-o miscare perpendiculara pe aceasta. Cremaliera (3) angreneaza cu pinionul z₅ solidar cu acul indicator (5) de lungime L. Pentru domeniul de masurare se poate introduce roata z₆ solidara cu arcul (6). Roata dintata z₆ este prevazuta cu un arc spiral (7) care limiteaza jocul de flanc in intregul sistem. Forta de palpare este realizata prin intermediul arcului (6).

3.2. Determinarea parametrilor schemei cinematice a aparatului.

3.2.1. Calculul geometric si cinematic.

S = domeniul x_e/ domeniul x_i=Δx_e/Δx_i=dx_e/dx_i

S = 1/0,01 = 100 => S = 100

x_e = 1φ_e= Sx_i

φ_e= S/L=100/28=3,57 rad.

Φ_e= Sv_dn/L=1000,11/28=0,357 rad

Constructiv:

z₄'=z₅'=30

z₄=14, z₅=18, z₆=10, n=0,2

S=z₄'z₅'2L/z₄z₅z₆n=3030228/1418100,2=900280/2520=100

S=100

3.2.2. Calculul cinetostatic.

Se stie forta de masurare are valoarea F =175 [CN]=1,75[N]

M₄=F₄M₄'=1,751,4=2,45[mmN]

M₄'=F₄'M₄=>F [N]

M₅= F₅'M₅'=>F₅'=1,468/3=0,489[N]

M₇=F₅M₇'=0,4893=0,468 [mmm]

3.2.3. Calculul elementului de comparatie

Elementul de comparatie este arcul spiral caracterizat prin acumularea de energie intr-un gabarit mic. Arcurile spirale plane sunt solicitate la incovoiere, in sectiunea transversala a barelor iar efectul lor practic, se traduce printr-un moment de torsiune. Materialul folosit este alama cu 37% Zn.

Caracteristicile arcului sunt:

E=10000 [daN/mm²]

G=3700 [daN/mm²]

Ђ_r.=28[daN/mm²]

Γ_a=2428[daN/mm²]

Momentul de torsiune al arcului de valoare M_t=1,468. Acest moment de torsiune solicita arcul la incovoiere prin momentul incovoierii : M_t=M_i.

Efortul unitar de incovoiere in sectiunea arcului este:

_i=M_t/W=M_e/W=6M_t/bh²

Valoarea lui b se allege constructiv, rezulta B=1mm.

l= _eEbh³/12M_t

l-lungimea arcului desfasurat.

l=3,75100001(0,1877)³/121,468=13,368 [mm]

lungimea arcului desfasurat la care se mai adauga si partea de prindere are valoarea de 15 mm. Momentul de torsiune al arcului dat de relatie

M_t= Fγ₂=1,756=10,5[mmN]

Acest moment de torsiune solicita arcul la incovoiere prin momentul de incovoiere M_i.

3.2.4. Calculul erorilor geometrice

Calculul angrenajului:

Calculul geometric al angrenajelor articulate exterior realizate cu scule tip cremalira:

Date initiale:

numarul de dinti z₆=10; z₅=18,

unghiul de inclinare al dintelui β₆=0; β₅=0

modulul n=0,2

modulul frontal si normal m_f=m_n=0,2

profilul de referinta standardizat α_n=20⁰; h₀=61 si c=0,5.

t_r.α_t=tgα_n/cnβ=0,36=>α_t=20⁰.

Deplasarile specifice de profil: x₆=0; x₇=0; x₈=0

Parametrii de baza ai angrenajului

Distanta dintre axe a angrenajului a:

a= m(z₁+z₂)/2=0,2(10+12)/2=28

Unghiul de antrenare _w

Cos _w=acos _t/a_w=2,8cos20⁰/2,8=> α_w=20⁰.

Distantele dintre axe (a_w=a)

a_w=a{cos _w

Diametrul de divizare: d_e

d₆=mz₆=0,210=2

d₅=mz₅=0,218=3,6

Inaltimiema dintilor: h

h=a_w-me-0,5(d_f6-d_f5)

h=210,20,5-0,5(1,36+2,96) => h=0,54

Scurtarea dintilor diametrelor de cap: da

da₆=d_f6+2h=1,3620,54=1,46

da₅=d_f5+2h=2,3920,54=3,19

Diametrele de baza: db

db₆=d₆cosα_t=1,90

db₇=d₇cosα_t=3,42

Calculul angrenajelor cu cremaliera.

Se va folosi angrenajul cilindric cu roti drepte fara deplasare de profil: h_a^*=1; c^*=0,25; r=0,38.

unghiul de presiune (de referinta): α₀=20^o

pasul de referinta p₀=πm=3,140,2=0,62

inaltimea capului de referinta h_r=h_a^*m=10,2=0,2

inaltimea piciorului de referinta h_af=h_aj^*m=1,50,2=0,3

inaltimea dintelui h₀=h_0a+h_0f=0,2+0,3=0,5

raza de racordare de referinta la piciorul dintelui l_0f=l_0f^*m=0,40,2=0,8

ax de referinta la picior l₀=l₀^*m=0,50,2=0,1

roata dintata (2) are diametrul 12mm

raportul de transmisie intre cele doua cremaliere este 1

Alegem pozitia initiala a cremalierei b=2 mm

Pasul cremalierei p=mπ=0,23,14=0,62.

Lungimea de deplasare a cremalierei este d_i=2 mm.

e=R-h₀-d_i-b=60,52-2=1,5 mm.

Calculul arcului elicoidal

Arcurile elicoidale se executa din bare din diferite sectiuni infasurate in forma de elice pe o suprafata directoare. Ele au o larga utilizare in toate domeniile constructiei de aparate dar se folosesc cu precadere atunci cand se cere un efect relativ constant al fortei la o cursa mai mare si in toate cazurile unde exista spatiul necesar in directia fortei de tractiune la compresiune. Arcul este confectionat din Cu, Zn 8 cu urmatoarele caracteristici:

E=1,17·10⁵[Nmm²]

σ_i=6001000[Nmm²] => σ_i=700[Nmm²]

Indicele arcului: I=D_nom/d;i=416

S-a ales i=10

d=0,073 [mm], k=1+1,6/1=d+1,6/10=>k=1,16

k-coeficient de forma

d=0,073 [mm] si se alege d=0,8[mm]

Diametrul mediu al spirei:

D_m=d·i=0,8·10=8[mm]

Diametrul exterior al spirei D:

D=D_m+d=8·0,8=6,4[mm]

Diametrul interior al spirei

Cursa f=Fk=1,75/1,16=1,508

Numarul spirelor active

n=k·d⁴·f/8·D_n³·F=7,43=>n=7(spire)

Numarul total de spire

n₁=n+n_r; n_r=1,5 pentru n=7

n₁=7+1,5=8,5

H_r=n_i·d=8,5·1,6=13,6[mm]

Pasul spirelor 0,2+D_n/4<t<Dn·23

t>1,5·d+2,35

2,2<t<5,35=>t=3[mm]

Inaltimea arcului in stare libera H₀[mm]

H₀=n·t+d=7·3+0,8=21,8[mm]

Sageata arcului de blocare f_b:

f_b=H₀-H_b=21,8-5,1=16,7[mm]

Unghiul de inclinare α₀;α₀<10^o

α₀=arctg t/π·D_n=5,72^o=>α₀=10^o

Lungimea semifabricatului l_s=π·D_n·n_i/cosα₀=215,02[mm]

3.3. Proiectarea elementelor de redare vizualizare

Elementele de redare vizualizare au rolul de a prezenta informatia sub forma inteligibila pentru observatorul uman.

Elementele de redare vizualizare se pot prezenta sun forma de scara gradata si ac indicator. In functie de principiul de actionare pot fi mecanice, optice, electromecanice. Dispozitivul de citire poate fi inglobat in aceeasi carcasa cu elemente de masurat sau poate forma un bloc separat cu elemente de masurare.

Totalitatea reperelor inscrise duc o anumita curba in concordanta cu marimile de masurat reprezinta scara care se gaseste asezata pe o baza cadran. Dupa forma cadranelor pot fi: plane, cilindrice, conice, fixe si mobile. Ca indice se poate utiliza: ac indicator, reper, spot luminos sau spot de electroni. Scara gradata se realizeaza in functie de specificul si constructia aparatului. Ca materiale folosite pentru cadran amintim: aluminiu, alama, bronz, sticla, otel, mase plastice.

Sistemul de redare vizualizare se compune din acul indicator si scara gradata. Scara gradata are urmatoarele caracteristici:

- nr. de repere:

n=x_i/x_d=1/0,01=100.

- lungimea scarii gradate:

L_s R=2 33=208[mm]

- distanta dintre doua diviziuni :

d=L_s/n=208/100=2,08[mm]

- grosimea reperului :

δ=d/10=1,04/10=0,104[mm]

- distanta de citire :

D=500[mm]

- lungimea reperului mare :

L_M=D/90=5,55[mm]

- lungimea reperului mijlociu :

L_m=D/125=4[mm]

- lungimea reperului mic :

L₀=D/200=2,5[mm]

L_s=φ·R=2,34·10=23,4 mm.

Numarul de repere care se pot forma:

n=L_s/d=24/1,1=21,8=>n=22.

Valorile diviziunii reprezinta valoarea marimii masurate corespunzatoare unei diviziuni, acest indice se inscrie pe cadranul scarii gradate si are valoarea de 0,01 mm.

Precizia citire scara aparatului poate ajunge la din valoarea diviziunii in conditii de laborator, la in conditii de atelier. Limitele de masurare reprezinta valorile minime si maxime ale marimii care se pot determina cu ajutorul aparatului. Pentru scara in arc de care lungimea scarii va fi egala cu lungimea arcului de cerc pe care se dispune diviziunile.

Scara aparatului:

Proiectarea formei geometrice a aparatului

Proiectarea formei exterioare a aparatului este importanta pentru faptul ca aceasta trebuie sa aiba un design placut si o forma foarte bine determinata. Prin proiectarea formei exterioare a aparatului se intelege de fapt proiectarea carcasei aparatului.

Carcasa aparatului se proiecteaza tinand cont de faptul ca elementele componente ale aparatului trebuie sa ocupe pozitii bine determinate deoarece este un aparat de precizie.

In proiectul de fata carcasa nu este calculata, ci se adapteaza conform mecanismului de actionare al acesteia.

IV. ELEMENTE PRIVIND TEHNOLOGIA DE EXECUTIE

4.1. Alegerea materialului si a semifabricatului

Desfasurarea procesului de productie trebuie sa urmareasca operatiile precise si recomandate in documentatia tehnica a produselor. Astfel mijloacele de masurat si verificat sunt elemente indispensabile procesului de productie. In alegerea materialelor pentru aparatele de masura si control un rol important il ocupa nevoia de a cunoaste la ce vor fi folosite materialele i in ce conditii.

1.- tija cremalierei are diametrul О 10mm; materialul fiind otel de uz general OL37

2.- bucsa acului indicator are ca semifabricat sarma rotunda de uz general cu diametrul

O 4 STAS 5678-80.

3.- acul indicator se obtine din stantarea unei table de aluminiu 2,3 Mg de grosimea 0,1 mm STAS 4380-80

4.- bila palpatorului este bila de rulment cu diametrul O 2 din Rul 3 STAS 11250-80

5.- arcul elicoidal are ca semifabricat sarma trefilata la diametrul dorit, alama cu un procentaj de 37 % Zn

6.- rotile dintate se executa din aliaj Cu Zn 40 Pb

4.2. Indicarea proceselor tehnologice de realizare si montare a principalelor repere

Cadranul se executa prin stantare fina din fasii de tabla prin operatia de decupare, cifrele si diviziunile sunt dispuse prin metoda stenografica. Acele indicatoare sunt executate prin taiere fina, sunt montate pe ax prin strangere. Carcasa de protectie se obtine prin operatii de decupare si ambutisare din fasii de tabla sau prin turnare de precizie. Tija palpatoare se obtine prin strunjire pe un strung de mecanica fina sau prin brosare, gaurire interioara si retezare. Palpatorul se executa prin strunjire, tratament termic si rectificare.

VI. Bibliografie

L. Huidor, I. Bodog - indrumator de proiectare a aparatelor de mecanica fina

D. Pourje - Aparate si sisteme mecanice.

Tipografia Timisoara 1989

T. Demian - Elemente constructive de mecanica fina.

Editura Bucuresti 1981

T. Demian - Bazele proiectarii aparatelor de mecanica fina

T. Demian - Aplicatii pentru elementele constructive de mecanica fina

C.Nicu - Aparate si sisteme de masurare in constructia de masini.

Editura Bucuresti 1980