Menghina cu surub rotitor si o falca mobila

Menghina cu surub rotitor si o falca mobila

1. Mecanisme surub-piulita:

1.1 Consideratii necesare:

Mecanismele surub-piulita servesc la transmiterea miscarii de rotatie in miscare de translatie si pentru transmiterea sarcinilor.Aceste mecanisme sunt frecvent utilizate in constructia de masini,datorita avantajelor care le reprezinta,dintre care cele mai importante sunt:

• Posibilitatea transmiterii de sarcini mari;
• Functionare silentioasa;
• Asigurarea conditiei de autofranare;
• Simplitatea constructiei si a executiei;
• Capacitate si pret de cost redus;

Mecanismele surub piulita se folosesc in constructia circuitelor cu surub, a preselor cu surub,menghinelor,dispozitivelor de avans ale masinii unelte etc.

La mecanismele surub-piulita se pot intalni urmatoarele combinatii de miscari:

Piulita este fixa, surubul executand atat miscarea de rotatie cat si miscarea de translatie;

• Surubul executa numai miscarea de rotatie, iar piulita executa miscare de translatie (mecanismele de avansale masinilor unelte si menghinele);
• Piulita executa numai miscare de rotatie iar surubul executa miscare de translatie (la circuitul cu piulita rotitoare).

1.2. Profilele filetelor utilizate la mecanismele surub-piulita

Profilul filetului se allege in functie de caracterul sarcinii transmise de mecanism (statica,variabila),de desenul acesteia (in unul sau in ambele cazuri) de conditiile de lucru si de randament.

Filetul patrat avand unghiul de profile egal cu zero realizeaza randamentul maxim,comparativ cu celelalt profile.Dezavantajele acestui filet sunt:

• Centrare insuficienta a piulitei in raport cu surubul;
• Rezistenta si rigiditatea spirei mai mica comparativ cu celelalte profile;
• Jocul axial care apare ca urmare a uzurilor in timpul functionarii duce la aparitia socurilor in cazul sensului de miscare.

Acestea determina folosirea filetului patrat la mecanismele la care se impune un randament ridicat,incarcate cu sarcini relative mici,care actioneaza intru-un singur sens.

Filetul trapezoidal are rezistenta si rigiditate mai mare decat filetul patrat,asigura o buna centare intre surub si piulita,executia fiind posibila prin frezare fiind asigurata o productivitate marita.Randamentul mecanismelor cu surub cu profil trapezoidal este mai mic decat al celor cu profil patrat.Acest filet se recomanda in cazul mecanismelor care transmit sarcini mari, in ambele sensuri.

Filetul ferastrau imbina avantajele filetului patrat si trapezoidal:

• Rigiditate si rezistenta mare;
• Centrare buna;
• Randament apropiat de cel al filetului patrat;
• Avand flancul activ inclinat la un unghi mai mic posibilitatea executiei prin frezare.

Fundul filetului surubului fiind realizat cu o raza de racordare mare, concentratorul de eforturi unitare in aceasta zona este relative mic.

Profilul are un singur flanc activ,permitand transmiterea sarcinilor intru-un singur sens.Se recomanda pentru mecanismele surub-piulita incarcate cu sarcini mari,sarcini variabile si cu soc,care actioneaza intru-un singur sens.

Filetul rotund este un caz particular al filetului trapezoidal, in care fundul si varful filetului se executa cu o raza mare de racordare,asigurandu-se o rezistenta apropiata la oboseala,aceasta fiind singura deosebire fata de filetul trapezoidal.

1.3. Materiale:

Suruburile de miscare se executa din OL 37,OL 50,OL 45;in cazul mecanismelor actionate manual si din otel de carbon de calitate sau din oteluri aliate supuse tratamentelor termice adecvate in cazul mecanismelor actionate mecanic.

Piulitele se executa dintru-un material antifrictiune (bronz sau fonta), cu duritate masi mica decat a materialului surubului (cand constructia permite acest lucru), in scopul evitarii uzurii surubului, care de obicei este mai dificil de inlocuit.

Corpurile mecanismelor surub-piulita se executa in constructie turnata (din FO15 sau 20), sau in constructie sudata (din otel).

Celelalte elemente ale mecanismelor surub-piulita se executa din oteluri carbon obisnuite si/sau oteluri carbon de calitate.

1.4. Calculul mecanismului surub-piulita:

La proiectarea unui mecanism surub-piulita,trebuie rezolvate probleme privind structura mecanismului,cinematica mecanismului,calculul de rezistenta a pieselor componente,alegerea si calculul sistemului de actionare,stabilirea formei constructive a ansamblului si a pieselor componente.

1.5. Calculul de rezistenta pentru principalele elemente

ale mecanismelor surub-piulita:

Pe baza solicitarilor rezultate din analiza schemelor de incarcare a elementelor,se executa calculul de dimensionare sau verificare,in sectiunile periculoase ale elementelor.

Suruburile principale ale mecanismelor surub-piulita se dimensioneaza la solicitarea de compresiune (sau tractiune),verificandu-se,dupa adoptarea formei constructive,la solicitari compuse si stabilitate.Relatiile de calcul,intr-o ordine aplicabila in calculul majoritatii suruburilor principale ale mecanismelor surub-piulita sunt date in tabelul 1.7.

La mecanismele surub-piulita telescopice cu dubla actiune,surubul secundar se calculeaza analog surubului principal,pe baza relatiilor din tabelul 1.10.

Calculul piulitelor urmareste in principal stabilirea numarului necesar de spire,iar in cazul piulitelor fixe si a principalelor dimensiuni ale acestora.La mecanismele la care blocarea piulitelor in raport cu corpul se realizeaza prin presare,calculul asamblarilor se efectueaza pe baza relatiilor din tabelul 1.12.

2. Stabilirea schemei cinematice a mecanismului

Schema cinematica trebuie sa asigure mecanismului proiectat desmodromia si posibilitatea realizarii parametrilor cinematici impusi prin tema de proiectare.

Pentru schema structurala aleasa sau impusa,se calculeaza mobilitatea mecanismului si se stabileste legea de transmitere pe baza carei se pot deduce principalele dimensiuni ale mecanismului.

3. Sinteza mecanismului:

3.1. Numarul de elemente cinematice: n

3.2. Familia mecanismului: ν

3.3. Numarul cuplelor de clasa 5: C₅ = 3;

3.4. Suma mobilitatilor cuplelor: F = ∑f;

3.5. Numarul contururilor independente: q = 1;

3.6. Mobilitatea mecanismului:

M = (6-ν) ∙ n - (5 - ν) ∙ C₅, M = 1;

3.7. Numarul de coordinate independente: m = 1;

3.8. Verificarea desmodromiei: M = m.

4. Stabilirea legii de transmitere si a dimensiunilor principale:

4.1. Legea de transmitere H = H(φ₁):

H = H(φ₁);

H = φ₁ ∙ d₂/2 ∙ tgβ₂ = 9.54cm;

4.2. Unghiul maxim de rotatie al surubului φ max:

φ1 = =53.36⁰

4.3. Lungimea filetului surubului l_s:

L_s = H_p + ∙ φ_1max ∙ tgβ₂ = 9.89 cm;

H_p - inaltimea piulitei;

Se adopta l_s = 9.9cm = 99 mm;

5. Calculul surubului principal (otel):

Sarcina maxima Q_max = 3000 daN; Cursa maxima H_max = 50 mm.

Se va folosi filet patrat;materialul:surubul din otel si piulita din bronz,fonta.

Sarcina de calcul:

Q_c = β∙Q;

β = 1.1

Q_c = 1 ∙ 30000 N => Q_c = 3000 daN;

5.1. Diametrul interior:

d₁ = = 25.2 mm;

Se allege din tabelul filetului patrat diametrul cel mai apropiat de cel calculat .

d₁ = 26 mm; D₁ = 26 mm; D= 32.5 mm; d₂ = D₂ = 29 mm; P =6 mm; d = 32 mm.

t₁ = 0.5 ∙ P = 0.3 cm = 3 mm;

a = D-d = 0.025 cm = 0.25 mm;

t = t₁ + a = 0.55 cm = 5.5 mm;

t₂ = t₁ - b = 2.5 cm = 0.25 mm;

e = P/2 = 0.3 cm = 3 mm;

b = 0.6 cm

5.2. Unghiul de inclinare a spirei filetului:

β = arctg

5.3. Unghiul redus de frecare:

arctg

α = 0⁰ pentru filet patrat;

μ = 0.08 otel pe bronz.

5.4. Conditia de autofranare: β <φ : 3.7678⁰ < 4.5739⁰

5.5. Efortul unitar echivalent σ_e [daN/cm²]:

A = σ_e = 146.912 daN/cm²;

σ_e σ_ac

σ_ac = 600 daN/cm²

5.6. Coeficientii de sveltete si respectiv,de siguranta la flambaj (λ,C):

L_f = k ∙ l = 10 cm = 100 mm;

H = l = 50mm = 5 cm;

I_min = = 5.004 cm²;

A == 5.30 cm²;

i_min == 0.971 cm²;

λ

λ = 89 (pentru OL 50);

λ λ (domeniul flambajului plastic);

σ_f λ ∙ 6.2 = 3030.762 daN/cm² (pentru OL 50);

σ_ac = 600 daN/cm²;

C_a = 3 . 5;

C = C_a => 5.05127 > C_a

6. Calculul piulitei fixe (bronz):

6.1. Numarul necesar de spire din conditia de rezistenta la strivire a peliculei de

lubrifiant:

z = 8.4 (8 spire);

p_a = 130 daN/cm²

Efortul unitar efectiv de incovoiere σ_i [daN/cm²]:

σ_i = 70.395 daN/cm²

σ_ai = 400 . 450 daN (pentru bronz);

σ_i < σ_ai

6.3. Efortul unitar efectiv de forfecare in sectiunea de la baza spirei τ_f

τ_f = 12.24 daN/cm²;

τ_af = 300 . 350 daN/cm²;

τ_f ≤ τ_af

6.4. Diametrul exterior D_e [cm]:

D_e == 3.3 cm

σ_at = 400 . 500 daN/cm² (pentru bronz).

= 5 mm;

D_e = 10 + D;

Se adopta D_e = 3.3 cm = 33mm.

6.5. Efort unitar echivalent:

σ_t = 116.632 daN/cm²;

M_ins = Q_max∙ tg(β φ ) = 637.83 daN ∙ cm;

τ_t = = 30.0572 daN/cm²;

σ_e == 131.2126 < σ_at

6.6. Diametrul exterior al gulerului D_g [cm]:

D_g = (0.3 . 1.5) ∙ D_e = 4.95 cm = 49.5 mm

6.7. Inaltimea gulerului:

H_p = P ∙ z = 4.8 cm = 48 mm (inaltimea piulitei);

H_g = (0.2 . 0.25) ∙ H_p = 1.2 cm = 12 mm.

6.8. Efortul unitar de strivire σ_s [daN/cm²]:

σ_s = 280.603 < σ_as

σ_as = 600 daN/cm² .

6.9. Efortul unitar efectiv de incovoiere,in sectiunea de incastrare a

gulerului σ_i [daN/cm²]:

σ_i = 99.471 < σ_ai

σ_ai = 400 . 450 daN/cm².

6.10. Efortul unitar efectiv de forfecare (montaj cu joc):

τ_f = 241.14 < τ_af

τ_af = 300 . 350 daN/cm².

7. Calculul manivelei:

7.1. Lungimea manivelei de calcul L_c L[cm]:

L_c == 29.1951 cm ;

M_fr = μ_fr ∙ Q_max ∙ = 384 daN ∙cm ;

n - numarul de muncitori care actioneaza cricul (n = 1);

k - coeficientul de nesimultaneitate (k = 0.8 pentru n = 2; k = 1 pentru n = 1);

F - forta cu care actioneaza un muncitor (F = 15 . 35daN);

L = L_c + l₀ = 29.6951 cm

La lungimea calculata se adauga lungimea l₀ necesara prinderii manivelei;

L₀ = 50 mm pentru n= 1 (muncitor).

7.2. Diametrul manivelei in sectiunea A-A d₅ [cm]:

d₅ == 1.99 cm;

L_m = (0.25 . 1) ∙ L = 7.4237 cm;

l = 50 . 120 mm;

σ_ai = 1000 . 1200 daN/cm²

7.3. Diametrul prelungitorului d₅, D [cm]:

d₅ == 2. cm;

D = (1.2 . 1.4) ∙ d₅ = 2.6 cm;

σ_i == 529.05 < σ_ai

8. Calculul asamblarii presate corp - piulita:

8.1. Presiunea necesara p [daN/cm²]:

p ≤= 550.74 daN/cm² ;

M_t = M_ins ;

l = H_p - h_g = 3.6 cm ;

μ = 0.02 . 0.06 pentru otel pe bronz.

8.2. Strangerea necesara S [μm]:

S = p∙ d ∙ = 0.02 μm ;

K_a == 4.55 ;

K_b == 10.49 ;

E_a = (1 . 1.1) ∙ 10⁶ daN/cm²; ν_a = 0.33 pentru bronz;

E_b = (2.1 .2.2) ∙ 10⁶ daN/cm² ; ν_b = 0.3 pentru otel.

8.3 Strangerea necesara corecta S_cor [μm]:

S_cor = S + S_n = 21.32 μm;

S_n ≈ 1.2 ∙ (R_{a max} + R_{b max}) ≈ 21.3 μm;

R_{a max} = 10 . 40 μm (netezire prin strunjire);

R_{b max} = 2.5 . 10 μm (strunjire fara alezare,brosare).

9. Calculul randamentului:

η

10. Dimensiunile desenului:

10.1. Surubul:

• Lungimea filetului surubului: l_s = 99 mm;
• Tipul filetului: filet patrat;
• Diametrul exterior: D = 32.5 mm;
• Pasul: P =6;
• Diametrul nominal: d₂ = D₂ = 29 mm;
• Diametrul interior: d₁ = D₁ = 26 mm

10.2. Piulita:

• Diametrul exterior: D_e = 33 mm;

Diametrul gulerului: D_g = 49.5 mm;

• Inaltimea piulitei: H_p = 48 mm;
• Inaltimea gulerului: h_g = 12 mm.

10.3. Manivela:

• Lungimea manivelei: L = 296 mm;
• Diametrul manivelei: d₅ = 19.9 mm.