Transmisia surub-piulita

TEMA PROIECT.

CAPITOLUL 1. Caracterizarea transmisiei surub-piulita.

CAPITOLUL 2. Sinteza dimensionala si studiul cinetostatic al

mecanismului.

CAPITOLUL 3. Proiectarea surubului.

3.1 Precizarea solicitarilor si a formelor de deteriorare

posibile.

3.2 Alegerea materialului pentru cuplajul surub-piuluta.

3.3 Predimensionarea filetului. Alegerea tipului filetului si a

dimensiunilor standardizate.

Verificarea conditiei de auto franare.

3.5 Verificarea la flambaj.

3.6 Determinarea numarului de spire aflate in contact.

3.7 Verificarea spirei filetului ( rezistenta la torsiune).

3.8 Verificarea preliminara a partii filetare a surubului.

3.9 Proiectarea celui de al-II-lea reazem al surubului.

3.10 Definitivarea constructiva si verificarea finala a

surubului.

CAPITOLUL 4. Proiectarea sistemului de actionare.

Alegerea sistemului de actionare.

Proiectarea la scara a sistemului.

Proiectarea asamblari dintre parghie si surub.

CAPITOLUL 5. Proiectarea sistemului de preluare-transmitere a fortei de

catre piulita.

Precizarea solicitarilor (la care este supusa piulita).

Dimensionarea piulitei.

Proiectarea sistemului de blocare a piulitei.

CAPITOLUL 6. Proiectarea corpului (celorlalte repere).

CAPITOLUL 7. Evaluarea randamentului transmisiei.

Material grafic, desenul de ansamblu al mecanismului,

desen de executie al surubului, desen de executie al

piulitei.

CAPITOLUL 1.

Caracterizarea transmisiei surub-piulita.

Transmisia surub-piulita, alcatuita dintr-un surub si o piulita aflate in miscare relativa in timpul functionarii, realizeaza transmiterea si transformarea miscarii si a fortei.

Tabelul de mai jos prezinta o sinteza a combinatiilor posibile pentru miscarile elementelor cuplei surub-piulita impreuna cu elementele de utilizare:

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 (care conduc in timp la jocuri mari) si in consecinta viteze de lucru limitate.

CAPITOLUL 2.

2.1 Sinteza dimensionala

Sinteza dimensionala are ca obiectiv principal determinarea lungimii parghiilor.

In figura 1. este prezentat cricul in cele doua pozitii extreme,in care:

- lungime unei parghii

- inaltimea minima sub sarcina

-inaltimea maxima sub sarcina

- cursa

Trebuie determinate 4 necunoscute: .

Se pot scrie doua ecuatii:

Se pot impune urmatoarele marimi:

2.2 Studiul cinetostatic.

Studiul cinetostatic se face in scopul determinarii fortelor care actioneaza in elementele mecanismului.

Mecanismul din structura cricului constituie un sistem static determinat (gradul de mobilitate este 1 si are un singur element conducator -

surubul).

Ecuatia de legatura dintre forta din surub, , si greutatea ridicata, F este:

unde:

F=12700N - greutatea ridicata.

Schema cinematica si functionala.

Legenda: 1- Surub

2- Piulita

3- Cupla

4- Cupla

5- Manivela

6- Parghii

7- Sectoare dintate

8- Lagar axial-radial

CAPITOLUL 3.

Proiectarea cuplei surub - piulita.

3.1 Precizarea solicitarilor si a formelor de deteriorare posibile.

Dimensiunile cuplei surub-piulita, deci ale celor filete in contact-sunt determinate pentru urmatoarele:

• Rezistenta corpului(tijei) surubului la solicitarile compuse si la flambaj(pentru suruburi supuse la compresiune)
• Rezistenta spirelor filetului surubului si al piulitei

• Transmiterea si transformarea miscarii si a fortei
• Asigurarea conditiei de autofranare

Se doreste totodata:

• Un cost redus(material si manopera)
• O buna durabilitate
• Un bun randament

3.2. Alegerea materialului pentru cuplajul surub - piulita.

Necesitatea asigurarii rezistentei la uzare si a unui coeficient de frecare redus presupunem utilizarea unui cuplu de materiale cu bune proprietati antifrictiune.

Deoarece solicitarile corpului surubului sunt relativ mari - materialul acestuia este de regula otelul. Proprietatile antifrictiune ale cuplului de materiale vor fi asigurate in principal, de catre materialul piulitei.

a)      Pentru surub vom folosi ca material OLC 45 avand urmatoarele caracteristici mecanice:   

Limita de curgere

Rezistenta la rupere la tractiune

b)      Pentru piulita vom folosi ca material fonta cenusie cu grafit lamelar

Fc 200, care cu toate ca are o rezistenta mecanica relativ scazuta, are o buna comportare la uzare la presiuni cuprinse intre 3-5MPa iar prezenta grafitului sub forma lamelara confera bune proprietati antifrictiune. Caracteristicile materialului sunt:

Rezistenta la tractiune

Rezistenta la incovoiere

3.3. Predimensionarea filetului. Alegerea tipului

filetului si a dimensiunilor standardizate.

Necunoscutele care trebuie determinate in cazul dimensionarii unei cuple surub-piulita sunt:

tipul filetului;

marimea filetului;

numarul de spire aflate in contact;

Alegerea tipului de filet.

Se va alege filet trapezoidal deoarece are o buna rezistenta si rigiditate; permite eliminarea jocului axial rezultat in urma uzarii; poate transmite sarcini mari, variabile, in ambele sensuri.

Predimensionarea filetului.

Dimensionarea filetului trebuie sa corespunda simultan urmatoarelor cerinte:

rezistenta corpului surubului la solicitarea compusa. Din diagramele de eforturi - pentru constructiile prezentate - rezulta ca surubul este solicitat la compresiune (sau tractiune) si rasucire;

rezistenta spirelor la strivire;

rezistenta spirelor la solicitarea compusa de incovoiere si forfecare;

daca surubul este solicitat la compresiune, sa nu flambeze;

sa asigure conditia de autofranare.

Dimensionarea filetului ar putea fi facuta pornind de la oricare din cerintele de mai sus - cu conditia ca apoi sa se verifice pe rand si celelalte.

In cazul de neverificare trebuie sa aiba loc o modificare a dimensiunilor initial determinate.

Predimensionarea filetului se face din conditia de rezistenta a corpului surubului la solicitarea compusa.

Prdimensionarea la solicitarea compusa, in conditiile de mai sus, se face la compresiune (sau tractiune) pe baza unei forte de calcul

- forta care actioneaza asupra surubului

- factor de majorare a fortei pentru a considera si solicitarea de rasucire.

unde:

- diametrul interior al filetului surubului;

- tensiunea admisibila la compresiune (tractiune),

MPa

- limita de curgere;

- coeficientul de siguranta fata de curgere.

Conform STAS 2114/3-75 adoptam valorile urmatoare:

- diametrul nominal interior al filetului exterior

- diametrul nominal al filetului

- pasul

- diametrul nominal mediu

- diametrul nominal exterior al filetului interior

- diametrul nominal interior al filetului interior

- pentru pasul

3.4. Verificarea conditiei de autofranare.

Asigurarea autofranarii apare ca cerinta in majoritatea constructiilor cu surubri de miscare. La sistemele actionate manual este preferabil ca autofranarea sa se realizeze direct de catre filet.

Filetele asigura autofranare atunci cand unghiul de inclinare a filetului,
este mai mic decat unghiul de frecare redus, :

unde

=

iar

filetul asigura autofranarea.

in care:

- reprezinta unghiul profilului filetului. Pentru filetul trapezoidal

- coeficientul de frecare ce depinde de cuplul de materiale, de calitatea

si starea de ungere a suprafetelor.   

Verificarea la flambaj a parghiilor.

Se calculeaza coeficientul de zveltete si se determina tipul flambajului:

lungimea de flambaj

raza de inertie minima.

- Comparand cu valorile limita, flambajul este elastic.

- Se calculeaza coeficientul de siguranta la flambaj :

- forta critica de flambaj ce se calculeaza dupa cum urmeaza:

-pentru flambajul elastic:

-coeficientul de siguranta admisibil, la solicitarea de flambaj

3.6. Determinarea numarului de spire

in contact.

Numarul minim de spire necesar a fi in permanenta in contact , z, se va determina din conditia de rezistenta la uzare.

In actionarile cu viteze mici, principalul parametru care determina intensitatea uzurii si implicit durabilitatea, sunt tensiunile de contact (presiunea) intre spire.

In ipoteza repartizarii uniforme a sarcinii pe spire si neglijand unghiul de inclinare a spirei, numarul de spire necesare rezulta din relatia:

z = 8 spire

3.7. Verificarea spirei filetului.

Gandind pe modelul fizic al unei grinzi incastrate solicitarile spirei filetului sunt: incovoiere si forfecarea.

Deoarece cele doua eforturi apar in sectiunea de incastrare, se recomanda sa se verifice la solicitare compusa atat spirele piulitei, cat si ale surubului.

Verificarea spirei filetului surubului.

Solicitarea de incovoiere

Solicitarea la forfecare.

MPa

Verificarea spirei filetului piulutei.

3.8. Verificarea preliminara a portiunii

filetate a surubului.

Deoarece dimensiunea filetului determina implicit dimensiunile altor elemente ale sistemului, este util ca inca din aceasta faza, acolo unde este posibil, sa se efectueze si o verificare la solicitare compusa a portiunii filetate a surubului, care este de obicei sectiunea periculoasa, avand diametrul cel mai mic. De regula, solicitarea este de compresiune (tractiune) cu forta , si rasucire cu momentul de insurubare .

Se calculeaza:

3.9. Proiectarea celui de-al doilea reazem

al surubului principal.

Se allege un rulment axial cu bile care indeplineste conditiile:

este capacitatea statica de incarcare a rulmentului;

este alezajul rulmentului, iar d- diametrul exterior al filetului.

Utilizarea unui rulment conduce la cheltuieli suplimentare (materiale, manopera) dar prezinta avantajul unor momente de frecare (rezistente), cel putin de 10 ori mai mici decat in lagarul cu alunecare. Totodata durabilitatea unui asemenea lagar este mult mai mare.

Prezentam mai jos principalele dimensiuni constructive pentru rulmentii axiali cu bile pe un rand:

In figura urmatoare se prezinta rezemarea pe un rulment axial a surubului unui cric auto cu parghii:

Se alege conform STAS 3921- rulment 51106 pentru care se cunosc:

d=30 mm; D=47 mm T=11 mm;

Se estimeaza momentul de frecare din rulment:

MPa

Se verifica la solicitare compusa(tractiune si rasucire):

MPa

MPa

MPa

3.10. Definitivarea constructiva si verificarea

finala a surubului.

Definitivarea constructiva a unui element sau ansamblu de elemente se desfasoara , de regula, prin desen. In aceasta etapa pot insa avea loc si calcule de verificare sau dimensionare. Dimensiunile si elementele de forma, inca neprecizate, se stabilesc in raport cu cerintele si dorintele generale:

indeplinirea rolului functional

siguranta in functionare

tehnologicitate

respectarea standardelor

posibilitatea transportului

economicitatea

estetica etc.

In aceasta etapa trebuie precizate:

trecerea de la capul surubului la capul filetat

lungimea partii filetate

un sistem de limitare a cursei surubului

Trecerea de la capul surubului la corpul filetat se realizeaza obligatoriu printr-o degajare standardizata (Anexa A3). Pentru dimensiunea de filetat care se foloseste se adopta din standard dimensiunile degajarii.

Pentru filetul trapezoidal diametrul degajarii se adopta egal cu valoarea minima a diametrului interior.

Degajarea filetului:

r=0,5

Lungimea partii filetate este mm

Pentru limitarea cursei surubului se foloseste o saiba cu o gaura tesita, fixata printr-un surub cu cap inecat.

Pentru prelucrarea surubului pe strung este necesara centrarea acestuia pe varful papusii mobile. Deci in acest capat al surubului va trebui sa existe o gaura de centrare. Intrucat in aceeasi zona se monteaza si surubul de limitare a cursei - se va folosi o gaura de centrare filetata, care insumeaza ambele functii, pentru care avem urmatoarele dimensiunii conform

STAS 1361-82.

d=M10; ; ;

Conform STAS 2571-90 se stabilesc dimensiunile surubului:

diametru filet M10; k=5 mm; n=2,5 mm; r=2,5; t=2,5 mm; l=30 mm

CAPITOLUL 4.

Proiectarea sistemului de actionare.

Pentru sistemele in discutie actionarea se face, de regula, 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 diagramele de eforturi, s-a folosit pentru momentul rezistent total notatia-

4.1. Alegerea sistemului de actionare.

Actionarea sistemului prin intermediul parghiei simple este impusa din tema de proiect.

4.2. Proiectarea la scara a sistemului de actionare.

Figura de mai sus prezinta principalele elemente dimensionale implicate. Se determina raza la care trebuie aplicata forta muncitorului

mm

Forta dezvoltata de un muncitor variaza in functie de conditia fizica, pozitia fata de dispozitiv si altele. In general, in calcule, se recomanda pentru valori de (100150) N.

Se determina diametrul minim necesar pentru pirghie -. Considerand parghia ca fiind incastrata in capul surubului, ea va fi solicitata la incovoiere cu momentul incovoietor maxim:

Nmm

unde:

mm

Parghia se confectioneaza din OL 60:

Diametrul gaurii mm

Se verifica sectiunea slabita din capul surubului. Pentru verificarea la rasucire a acestei sectiuni de forma mai speciala se poate folosi relatia:

unde

mm

CAPITOLUL 5.

Proiectarea sistemului de preluare - transmitere

a fortei de catre piulita.

Piulita primeste sarcina de la parghii prin intermediul a doua fusuri laterale si o transmite apoi surubului prin contactul spirelor.

5.1. Precizarea solicitarilor.

Valoarea maxima a fortelor care actioneaza asupra parghiilor cat si asupra piulitei si surubului cricului se atinge in pozitia cea mai de jos a cricului - pentru .

Se calculeaza inaltimea piulitei , unde estimeaza tesiturile filetului piulitei:

Fusurile piulitei sunt solicitate la incovoiere, forfecare si strivire de catre fortele si de catre fortele provenite ca reactiune la tendinta de rotire a piulitei cu momentul de insurubare .

Solicitarea corpului piulitei este mai complexa. Pe portiunea din dreapta, pana in fus, piulita tinde sa fie intinsa, in timp ce pe restul lungimii apare tendinta de comprimare. Fortele aplicate pe fusuri produc o puternica solicitare de incovoiere in planul vertical (A-A).

Rasucirea data de momentul de insurubare si efectele de concentrare a tensiunilor, determinate de prezenta filetului si a zonelor de incastrare a fusurilor complica si mai mult situatia.

Dimensionarea piulitei.

Diametrul fusului se poate dimensiona din solicitarea la incovoiere. Folosind schema de forte se pot calcula momentele incovoietoare din zona de incastrare a fusului, date de fortele din planul vertical si orizontal reprezinta grosimea parghiilor si este egal cu 4mm.

Calculele se fac pentru pozitia limita inferioara , unde solicitarile sunt maxime.

Nmm

Se adopta diametrul fusului

MPa

Adoptam

CAPITOLUL 6.

Proiectarea corpului cricului auto.

Pentru proiectarea corpului cricului auto, trebuie proiectate:

• ansamblul care preia greutatea automobilului(cupa);
• elementul de asezare pe sol (talpa);
• latimea parghiilor-

6.1. Proiectarea articulatiilor

dintre parghii-cupa si parghii-talpa.

Materialul bolturilor este OLC 45.

; ;

In figurile urmatoare sunt prezentate solutii ale cupei si talpii (bazei).

Este de preferat ca intre elementele articulatiei sa existe urmatoarele ajustaje: - ajustaje cu strangere intre pirghii si bucse;

- ajustaje cu joc intre bolturi si bucse.

Daca se asigura aceste ajustaje in timpul actionarii cricului, miscarea relativa sub sarcina apare doar intre bucsa si bolt, pe o suprafata(lungime) mare si deci cu solicitari de contact mici, ceea ce este favorabil din punctul de vedere al uzarii.

Solicitarile elementelor sunt:

strivire intre cupa (talpa) si bolt

_{strivire intre bolt si bucsa in zona cupei:}

_{strivire intre bolt si bucsa in zona talpii:}

_{strivire intre bucse si parghii:}

_{forfecarea boltului in planul dintre cupa(talpa) si parghii:}

_{incovoierea boltului (in acelasi plan cu forfecarea):}

6.2. Proiectarea parghiilor.

Parghiile sunt solicitate la compresiune. In zonele de contact din articulatii solicitarea este de strivire.

Latimea parghiilor , se dimensioneaza la compresiune:

Adoptam latimea parghiilor

Parghiile se termina la un capat cu sectoare dintate care au functia de a impiedica rotirea cricului in planul sau (ca un mecanism patrulater) atunci cand forta s-ar aplica excentric pe cupa. Pozitia alezajului , trebuie corelata cu latimea parghiiei,, si cu parametrii angrenajului, astfel incat in pozitia extrema de sus sa mai existe contact intre dinti.

Cele 8 parghii din alcatuirea unui cric nu pot fi identice, din cauza cerintelor legate de angrenarea sectoarelor dintate. In dreptul unui dinte de pe o parghie trebuie sa se afle un gol corespunzator pe cealalta parghie cu care vine in contact. Pentru angrenaj se pot considera:

CAPITOLUL 7.

Evaluarea randamentului transmisiei.

In proiectarea unei masini simple de tipul uni cric, randamentul constituie un principal criteriu de evaluare tehnic-economica.

Conform definitiei cunoscute:

unde

_{- lucrul mecanic util, corespunzator unei rotatii complete a elementului de antrenare, este dat de deplasarea sarcinii F pe o distanta}

_{- lucrul mecanic consumat, corespunzator unei rotatii complete a elementului de antrenare se estimeaza pe baza momentului total, , din diagrama de eforturi.}