TRANSMISII MECANICE - STUDIUL SOLUTIILOR SIMILARE

TRANSMISII MECANICE - STUDIUL SOLUTIILOR SIMILARE

1.1. Generalitati.

Transmisiile mecanice sunt mecanisme care servesc la transmiterea energiei, de obicei cu modificarea turatiilor si, prin urmare, a fortelor si momentelor, iar cateodata, cu modificarea felului sau a legii de miscare.

Transmisiile mecanice se folosesc in urmatoarele cazuri:

cand turatia masinii de lucru este diferita de turatia masinii motoare;

cand momentul motor la masina de lucru este diferit cu cel al masinii motoare;

cand se cere o variatie a turatiei masinii de lucru;

cand cu un motor se antreneaza mai multe mecanisme sau masini;

cand axele arborilor masinii de lucru au pozitii diferite de cea a axei arborelui motorului;

cand masina de lucru are o miscare diferita de cea a motorului.

Transmisiile mecanice pot fi cu elemente rigide (contact direct), sau flexibile (contact indirect), miscarea se poate transmite prin angrenare sau prin frecare, iar raportul de transmitere poate fi constant sau variabil.

Cele mai folosite transmisii sunt transmisiile cu angrenaje. Angrenajele se construiesc intr-o mare varietate de forme. In schema urmatoare este prezentata o clasificare a angrenajelor.

Angrenajele montate in carcase inchise se numesc reductoare, deoarece, de obicei, servesc la reducerea turatiei arborelui motor. Uneori reductoarele sunt folosite si ca amplificatoare de turatie (i < 1).

Tabel.1. Clasificarea angrenajelor

Tabel.2. Clasificarea reductoarelor

Criterii pentru alegerea diferitelor tipuri de motoare:

a. La rapoarte de transmitere constante si distante relativ reduse dintre axe se recomanda utilizarea reductoarelor cu roti dintate;

b. La rapoarte de transmitere variabile, se utilizeaza cutiile de viteze si mai rar variatoarele de turatie;

c. Cand se pune problem reglarii automate a turatiei in raport de conditiile de functionare a masinii se pot utiliza variatoarele de turatie.

1.2.Studiu asupra transmisiilor prin curele.

Transmisiile prin curele realizeaza transmiterea puterii de la roata motoare la una sau mai multe roti conduse, prin intermediul unui element flexibil fara sfarsit. Transmiterea miscarii se poate realiza cu alunecare (cazul transmisiilor prin frictiune cu curele late sau trapezoidale) si fara alunecare (cazul transmisiilor sincrone, cu curele dintate).

Aceasta transmisie are cel putin doua roti de curea pe care se infasoara cureaua, montata cu pretensionare.

Fig.1.1.

Avantajele transmisiei prin curele :

Ø         este economica ( nu necesita o precizie ridicata de executie si se intretine usor );

Ø     asigura un nivel redus al vibratiilor;

Ø     fiabilitate marita in exploatare;

Ø     montaj simplu;

Ø     randament ridicat;

Dezavantaje :

Ø     gabarit relativ mare;

Ø     in cazul transmisiilor cu frictiune prin curele late si trapezoidale nu asigura un raport de transmitere constant datorita alunecarilor;

Ø     coeficientul de frecare variaza cu uzura;

Ø     deformatia plastica a curelei;

Ø     sensibilitate la caldura si umiditate.

La transmisiile prin curele trapezoidale fetele de lucru sunt flancurile laterale, asigurand prin pozitie o capacitate portanta superioara si o incarcare pe arbori mai mica. Aceste avantaje apar pe seama cresterii aparente a coeficientului de frecare.

Se disting o multitudine de tipuri in functie de forma geometrica a sectiunii si performantele functionale (putere transmisa, viteza periferica limita, flexibilitate, etc.):

- curele trapezoidale clasice: Y; Z; A; B; C si D, la care l_p /h=1,3.1,4.

- curele trapezoidale inguste: SPZ; SPA; SPB si SPC, la care l_p /h=1.1,1. Aceste tipuri de curele ofera avantajul unei suprafete marite de contact cu locasul rotii, deci o rezistenta mai mare la rupere, comparativ cu curelele clasice.

- curele trapezoidale speciale la care forma concava a flancurilor in stare libera ofera avantajul unei asezari corecte in functionare (stare deformata) si, implicit, o durabilitate superioara.

- curele dublu trapezoidale, care asigura transmiterea miscarii in cazul transmisiilor cu mai multe roti conduse, dispuse pe ambele parti ale curelei.

Asigurarea tensionarii curelei se realizeaza in cele mai multe cazuri prin sistemul de tensionare permanent sau prin sistemul de tensionare automata. Sistemul de tensionare cu role se recomanda in cazul transmisiilor cu curele trapezoidale, cu exceptia cu curele dublu trapezoidale.

Roti pentru transmisii cu curele trapezoidale:

Rotile pot fi de constructie turnata, pentru diametre de maxim 300 mm sau de constructie sudata, pentru diametre mai mari de 300 mm.

Pentru viteze periferice de v=25 m/s rotile se vor echilibra static, pentru viteze v>25 m/s, B/D>0,25 fiind necesara echilibrarea dinamica; dezechilibrul maxim admis nu va depasi 0,03 masa roata.

Foarte apreciate datorita avantajelor functionale si cinematice sunt rotile cu geometrie variabila, simple si duble.

1.3. Studiu asupra reductoarelor cu roti dintate.

Reductoarele cu roti dintate au o larga utilizare datorita avantajelor pe care le prezinta: raport de transmitere constant, posibilitati de realizare a unor transmisii cu incarcari de la cativa newtoni la incarcari foarte mari, gabarit redus, randament ridicat, intretinere simpla si ieftina etc.

Ca dezavantaje se mentioneaza: cost relativ ridicat, executie si montaj de precizie, producerea de zgomot, socuri si vibratii etc.

In ultimul timp se utilizeaza pe scara din ce in ce mai larga reductoarele planetare care asigura randamente corespunzatoare la rapoarte de transmitere mari si gabarit redus.

Reductoarele pot fi de uz general sau speciale. Reductoarele de uz general au un singur lant cinematic - deci un raport de transmitere unic - si o carcasa independenta si inchisa. In aceasta categorie nu intra reductoarele cu angrenaje conice si melcate ce au axele in alta pozitie decat orizontala sau verticala si respectiv unghiul dintre axe diferit de 90.

Simbolizarea reductoarelor si motoreductoarelor de uz general este reglementata STAS 6848.

In scopul uniformizarii numerotarii desenului de ansamblu pentru proiectul de reductor, pe baza STAS-ului 6848, se prezinta in continuare un extras.

Prin serie unitara de reductoare se inteleg reductoarele care au aceeasi schema cinematica, aceeasi solutie constructiva si aceeasi pozitie a arborilor de cuplare (capete de arbori) insa cu dimensiuni diferite, functie de raportul de transmitere.

Simbolul unei serii de reductoare cuprinde cuvantul "Reductor' urmat de simbolul a trei grupe de caracteristici separate prin liniute orizontale, conform tabelului 1 si figurii 3.

Tabelul 1

Reductor ABCDEF-GH-I/JxKxL

A - numarul de trepte;

B - tipul primului angrenaj (tabelul 2);

C - tipul celui de-al doilea angrenaj (tabelul 2);

D - pozitia relativa a axelor primului angrenaj (tabelele 3, 4, 5);

E - pozitia relativa a axelor celui de-al doilea angrenaj (tabelele 3, 4, 5);

F - indicatia suplimentara (tabelul 6);

G - tipul lagarelor (tabelul 7);

H - modul de fixare a carcasei (tabelul 8);

I - pozitia arborilor de cuplare (tabelele 9, 10, 11);

J - distanta axiala sau lungimea generatoarei comune la primul angrenaj;

K - distanta axiala sau lungimea generatoarei comune la cel de-al doilea angrenaj;

L - raportul total de transmitere.

Tabelul 2

Grupa de simbolizarea a schemei cinematice cuprinde:

a/ o cifra egala cu numarul de trepte al reductorului ( 1 5);

b/ una pana la trei litere simbolizeaza tipurile de angrenaje din reductor (conform tabel 2);

c/ una pana la patru cifre simbolizand pozitia relativa a axelor la fiecare angrenaj al reductorului (conform tabel 3, 4 si 5);

d/ o litera care simbolizeaza indicatii suplimentare referitoare la schema cinematica (conform tabel 6).

Tabelul 3

Tabel 4.

Tabel 5.

Tabelul 6.

La stabilirea simbolizarii schemei cinematice a unui reductor, acesta se priveste astfel incat lantul cinematic sa se desfasoare de la stanga la dreapta, adica axa de turatie mica a reductorului sa fie in dreapta sau peste axa de turatie mare, conform figurii 1.2.

Fig. 1.2.

In simbolizarea schemei cinematice a reductoarelor cu mai multe trepte, formate din angrenaje de acelasi tip, simbolul tipului de angrenaj se inscrie o singura data.

Daca toate treptele reductorului au angrenaje cu aceeasi pozitie relativa a axelor (de exemplu 2C1X; 2C3Y, vezi fig. 1.3.).

Simbolizarea schemei cinematice a reductoarelor cu doua trepte, formate din angrenaje de tipuri diferite, cuprinde:

- simbolizarea tipurilor de angrenaje:

KC - angrenaj conic pe prima treapta si cilindric pe treapta a doua;

CM - angrenaj cilindric pe prima treapta si melcat pe treapta a doua;

MC - angrenaj melcat pe prima treapta si angrenaj cilindric pe treapta a doua. - simbolizarea pozitiei relative a axelor angrenajelor conform tabelelor 3, 4 si 5 (de exemplu: 2KC 11 X; 2MC 11 N; 2 CM 71N, fig. 1.4.).

Fig. 1.3.

Fig. 1.4.

Simbolizarea solutiei constructive cuprinde:

a. o cifra, simbolizand tipul lagarelor (tab. 7);

b. doua cifre, simbolizand modul de fixare a carcasei (tab. 8).

Tabelul 7.

Tabelul 8.

Grupa de simbolizare a pozitiei arborilor de cuplare cuprinde doua cifre conform tabelelor 9, 10 si 11.

Tabelul 9.

Tabelul 10.

Exemplu de simbolizare a unei serii de reductoare:

Reductor 2KC11X

cifra 2 simbolizeaza numarul de trepte;

litera K simbolizeaza tipul primului angrenaj din reductor;

litera C simbolizeaza tipul celui de-al doilea angrenaj din reductor;

cifra 1 simbolizeaza pozitia relativa a axelor primului angrenaj din reductor;

cifra 1 simbolizeaza pozitia relativa a axelor celui de-al doilea angrenaj din reductor;

litera X simbolizeaza indicatia suplimentara;

cifra 0 simbolizeaza tipul lagarelor;

cifra 01 simbolizeaza modul de fixare a carcasei;

cifra 01 simbolizeaza pozitia arborilor de cuplare.

Simbolizarea tipodimensiunii unui reductor dintr-o serie unitara cuprinde:

a. simbolizarea seriei de reductoare urmata de o liniuta oblica;

b. simbolizarea tipodimensiunii printr-o marime caracteristica (de exemplu: distanta dintre axe, lungimea generatoarei comune etc), exprimata in mm., urmata de semnul x si valoarea raportului de transmitere.

Obs. Pentru reductoare cu doua trepte, punctul b va cuprinde:

distanta axiala intre arborii de intrare si iesire din reductor (pentru angrenaje cilindrice pe ambele trepte);

lungimea generatoarei comune x distanta axiala (pentru reductoarele conico-cilindrice);

distanta axiala pe prima treapta x distanta axiala pe treapta a doua (pentru reductoarele melcato-cilindrice sau cilindro-melcate);

raportul total de transmitere.

Exemplu de simbolizare a unei tipodimensiuni dintr-o serie unitara de reductoare: Reductor 2 MC 11 N-001-02/80x125x50

unde:

- cifra 80 simbolizeaza distanta axiala a treptei melcate;

- cifra 125 simbolizeaza distanta axiala a treptei cilindrice;

- cifra 50 simbolizeaza raportul total de transmitere.

Tabelul 11.

Parametrii principali ai unui reductor sunt: raportul de transmitere total al reductorului numarul de trepte, rapoartele de transmitere partiale si distantele dintre axe

Raportul de transmitere total rezulta din conditiile functionale. in functie de marimea raportului de transmitere se alege numarul de trepte, iar in functie de pozitia relativa a axelor geometrice ale arborilor de intrare si iesire se alege tipul reductorului (cu roti dintate cilindrice, conice, melcat, planetar, orizontal sau vertical).

La alegerea numarului de trepte ale unui reductor se porneste de la faptul ca la o pereche de roti dintate raportul de transmitere maxim este impus din motive de gabarit.

Domeniul de folosire al reductoarelor de turatie este vast, cuprinzand: constructia de masini de ridicat si transportat, constructia de masini unelte si utilaj tehnologic, utilaje pentru industria chimica, constructii navale etc.

Principalele tipuri de reductoare, precum si caracteristicile acestora sunt prezentate in continuare, variantele posibile fiind prezentate in scheme structurale si in anexe scheme constructive.

Reductoarele cu angrenaje cilindrice sunt cele mai raspandite datorita gamei largi de puteri si rapoarte de transmitere ce se pot realiza cu ajutorul lor. in practica se intalnesc reductoare pentru puteri pana la 100000 kW, la viteze periferice ale rotilor pana la 200 m/s

Reductoarele cu angrenaje cilindrice pot fi construite cu roti dintate cu dinti drepti inclinati sau in V, cu dantura exterioara si, foarte rar, cu dantura interioara. Felul danturii depinde de viteza periferica a rotii si de destinatia transmisiei.

Rotile dintate cu dinti drepti se recomanda: la viteze periferice reduse, cand nu apar socuri si zgomot; in cazul in care nu se admit forte axiale in arbori si lagare; la cutii de viteze ou roti deplasabile etc.

Rotile dintate cu dinti inclinati si in V se recomanda la angrenaje silentioase si la viteze periferice mari. Rotile dintate cu dintii in V se folosesc, de preferinta, 'la reductoare cu dimensiuni mari pe cand cele cu dinti drepti si inclinati la reductoarele mici si mijlocii.

Alegerea numarului de trepte depinde de raportul de transmitere i, care reprezinta raportul dintre turatia motorului sau a arborelui de intrare in reductor si cea a masinii de lucru.

Reductoarele cu o treapta au raportul de transmitere i = 1,2 6,3 (maxim 8) figura 1.5. Se folosesc pentru puteri pana la 515 kW, cand ungerea se face prin barbotare si pana la 950 kW, cand ungerea este fortata. Randamentul este de 0,98 0,99 in cazul variantei cu dinti drepti sau inclinati si 0,97 0,98 la roti dintate cu dinti in V.

Reductoarele cu doua trepte au raportul de transmitere i = 7,140 (maxim 60) si se executa in patru variante. Varianta din figura 1.6. este cea mai raspandita si standardizata.

  Datorita pozitiei rotilor, reactiunile din reazeme sunt diferite, dar, din motive constructive si de exploatare, se aleg rulmenti identici pentru cele doua lagare ale aceluiasi arbore. Pentru a reduce incarcarea arborelui intermediar este avantajoasa utilizarea rotilor dintate cu dinti drepti. La puteri mai mari si rapoarte de transmiterea pana la 60 se utilizeaza reductoare cu roti dintate cilindrice cu dinti in V, varianta din figura 1.7.

Fig. 1.8.

Fig. 1.7.

Fig. 1.6.

Pentru rapoarte de transmitere i = 7,1 56, la distante dintre axe variind intre 160 si 560 mm., cu un randament de 0,97 0,98, se folosesc reductoare cu doua axe geometrice, varianta din figura 1.8. Acestea sunt constructii scurte dar de latime marita. Ambele roti conduse pot ajunge in baia de ulei, arborele condus se afla in continuarea arborelui motor, incarcarea pe dinti se repartizeaza insa neuniform datorita arborelui intermediar, care rezulta mai lung. O constructie de dimensiuni optime se obtine prin alegerea corespunzatoare a celor doua rapoarte de transmitere, a latimii rotilor dintate sau a materialelor celor doua perechi de roti. in schimb un astfel de reductor este mai lat, incarcarea pe dinti este neuniforma, iar treapta de turatie ridicata nu este judicios utilizata, avand dimensiuni mai mari decat este necesar. Prin urmare reductoarele de acest tip sunt recomandate pentru puteri mici si mijlocii.

b

Fig. 1.9.

Reductoarele din figura 1.9, figura 1.10., sunt mult mai raspandite, datorita urmatoarelor avantaje:

repartizare uniforma a sarcinii pe reazemele arborilor;

posibilitatea utilizarii la limita a capacitatii portante a rotilor ambelor trepte;

posibilitatea realizarii cu usurinta a oricarui sistem de iesire a arborelui motor si condus.

Dintre cele doua scheme cinematice, schema din figura 10 a, se utilizeaza mai rar din cauza influentei nefavorabile a deformatiei arborelui asupra treptei de turatie joasa, care este cea mai solicitata. La reductorul din figura 10 b, se utilizeaza de obicei in treapta a doua roti dintate cu dinti in V si in treapta intai, cate doua roti dintate cu dinti inclinati, inclinarea dintilor fiind egala si de sens opus.

O varianta de reductor cu roti cilindrice cu doua trepte cu arbori verticali este prezentata in figura 11.

Reductoarele cilindrice cu trei trepte (fig. 12) se utilizeaza la rapoarte de transmitere i = 40 180 si distante intre axe pana la 1250 mm., cu randament de 0,96 0,97. Aceste reductoare reprezinta combinatii ale variantelor constructive de reductoare cu doua trepte.

Fig. 12

In anexe sunt reprezentate diferite constructii de reductoare cu roti dintate cilindrice.

Reductoarele conice se folosesc pentru transmiterea puterii intre arbori cu axe concurente la rapoarte de transmitere i ■= 1 6 si numai atunci cand se impune utilizarea lor. Rotile conice cu dinti drepti se folosesc la viteze periferice reduse (v< 2 3 m/s), cand unele abateri ale pasului sau profilului nu produc incarcari dinamice mari si zgomot. Rotile conice cu dinti drepti sunt foarte sensibile la defecte de montaj si deformatii sub sarcina. In schimb, rotile conice cu dinti drepti produc cea mai redusa incarcare axiala dintre toate tipurile de roti conice.

Rotile conice cu dinti inclinati (tangentiali) pot lucra la viteze periferice pana la 12 m/s. Ele se folosesc indeosebi la angrenaje cu roti mari, cand nu se pot executa roti cu dinti curbi.

Rotile dintate conice cu dinti curbi sunt recomandate la viteze de la 3 m/s pana la 35 40 m/s. Pentru viteze mai mari, dintii se slefuiesc. in acest caz sunt de preferat rotile conice cu dinti in arc de cerc.

Fig. 13    Fig. 14

In figura 13 este reprezentat un reductor conic cu o treapta. La reductoarele cu mai multe trepte, cand se impune utilizarea unui angrenaj conic, acesta se foloseste. La prima treapta deoarece are capacitatea portanta mai mica. Astfel in figurile 14, 15 si 16 sunt prezentate trei variante de reductoare in doua trepte, la care prima treapta este conica. Aceste reductoare sunt utilizate pentru rapoarte de transmitere i = 440, cu un randament de 0,970,98.

1.4. Studiu asupra cuplajelor permanente mobile.

Cuplajele sunt organe de masini care asigura legatura si transferul de energie mecanica intre doua elemente constructive, de obicei coaxiale, ale unui lant cinematic fara a avea posibilitatea modificarii legii de miscare.

In functie de natura legaturii realizate intre elemente, cuplajele pot fi permanente sau intermitente, la ultimele legatura putand fi stabila sau intrerupta, in timpul functionarii.

In functie de posibilitatea compensarii abaterilor de montaj intre elementele legate cuplajele permanente pot fi fixe sau mobile. La randul lor cuplajele permanente mobile se impart in rigide si elastice, functie de capacitatea de amortizare a socurilor si vibratiilor torsionale.

Pe langa functia importanta de transmitere a miscarii si a momentelor de torsiune cuplajele mai pot indeplini urmatoarele functii :

comanda a miscarii ;

compensare a erorilor de executie si montaj ;

amortizare a socurilor si vibratiilor ;

limitarea a unor parametrii functionali .

Ca rezultat al acestei diversitati de conditii functionale exista astazi o mare varietate de forme constructive de cuplaje.

Cuplajele pot fi : mecanice, hidraulice si electromagnetice.

Cuplajele hidraulice realizeaza transmiterea energiei prin intermediul unui fluid, putand fi hidrodinamice sau hidrostatice, dupa cum utilizeaza energia cinetica sau presiunea fluidului.

Cuplajele electromagnetice transmit momentul de torsiune utilizand fortele de interactiune electromagnetice.

Cuplajele permanente fixe realizeaza asamblarea permanenta, rigida a doi arbori ce trebuie sa fie perfect coaxiali; se admit abateri de 0,002 - 0,05 mm pentru evitarea suprasolicitarii arborilor si lagarelor.

Dupa pozitia relativa a arborilor cuplajele se clasifica in:

cuplaje axiale

cuplaje transversale sau radiale

cuplaje unghiulare

cuplaje combinate

Cuplajele axiale asigura transmiterea momentului de torsiune intre arbori cu lungime variabila, in special pentru compensarea deformatiilor termice.

Cuplajele transversale transmit miscarea de rotatie intre doi arbori montati cu o excentricitate variabila. Varianta cea mai raspandita este cuplajul Oldham.

Cuplajele permanente mobile cu elemente intermediare elastice sunt denumite astfel deoarece au in componenta lor un element elastic care determina proprietatile si calculul de proiectare al cuplajului.

Rolul principal al cuplajelor elastice consta in limitarea vibratiilor de rezonanta si atenuarea socurilor de torsionare prin acumularea elastica temporara a lucrului mecanic si redarea acestuia sistemului prin revenirea treptata a elementului elastic la forma si pozitia initiala.

1.5. Studiu asupra motoarelor electrice trifazate.

Principalele elemente constructive ale unei masini asincrone sunt:

- statorul (miez magnetic 1 si infasurare statorica 3);

- rotorul (miez magnetic 2 si infasurare ritorica 4);

- alte elemente constructive (arbore 5, rulment 6, carcasa 7, ventilator 8 )

1.6. Studiul asupra sistemelor de actionare.

Sistemele de actionare se definesc ca fiind instalatii mecanice formate din motor electric, transmisie mecanica si masina de lucru:

Se deosebesc doua tipuri de S.A., dupa sursa motoare:

S.A. mecanice;

S.A. manuale.

Tipuri de sisteme de actionari

cu reductor cilindric cu o treapta;

cu reductor conico- cilindric cu doua trepte cu reductor normal cu doua trepte