View
646
Download
35
Category
Preview:
Citation preview
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
PROIECT DE SEMESTRU ORGANE DE MASINI
Cric cu piuliţă rotitoare
F = 28200 Nh = 321 mm
Student: Margin SorinDr.ing. Gheorghe Kerekes
Cluj-Napoca 2009-2010
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
2.Cuprins3. Memoriu tehnic Pag. 3
3.1 Cele trei soluţii constructive pentru cricul cu piuliţă rotitoare Pag. 33.3 Justificarea şi descrierea soluţiei alese Pag. 33.4 Caracteristici funcţionale impuse Pag. 43.5 Materiale folosite Pag. 43.6 Funcţionare Pag. 53.7 Indici de exploatare, reglaj şi întreţinere Pag. 53.8 Toleranţe, rugozităţi şi condiţii tehnice impuse Pag. 53.9 Norme de protecţia muncii Pag. 6
3.10 Rodajul Pag. 64.Cele doua schite cu variantele constructive Pag. 75. Memoriu justificativ de calcul Pag. 9
5.1 Consideraţii generale Pag. 95.2 Alegerea filetului Pag. 95.3 Materialele alese pentru realizarea şurubului de forţă şi a piuliţei Pag.115.4 Calculul şi determinarea dimensiunilor pentru şurubul de forţă Pag.12
5.4.1 Determinarea numărului de începuturi pentru filetul şurubului de forţă
Pag.13
5.4.2 Verificarea autofrânării Pag.135.4.3 Calculul numărului de spire în contact Pag.145.4.4 Verificarea şurubului de forţă Pag.155.4.5 Verificarea spirelor şurubului Pag.155.4.6 Verificarea şurubului la flambaj Pag.16
5.5 Dimensionarea piuliţei Pag.165.5.1 Verificarea corpului piuliţei Pag.17
5.6 Calculul cupei Pag.18 5.6.1 Verificarea cupei Pag.19 5.6.2 Alegerea şi verificarea dimensiunilor ştiftului care solidarizează cupa de şurubul principal
Pag.19
5.7 Calculul mecanismului de acţionare Pag.205.7.1 Calcului tijei si prelungitorului Pag.20
5.7.2 Verificarea prelungitorului Pag.21Pag.21
Pag.22
Pag22
Pag23
Pag23
5.7.3 Calculul rotii de clichet
5.7.4 Verificarea rotii de clichet 5.7.5 Claculul clichetului
5.7.6 Verificarea clichetului 5.7.7 Calculul boltului
5.8 Corpul cricului Pag.24
5.8.1 Verificarea corpului cricului Pag.256. Bibliografie Pag.267. Desen de ansamblu A0 scara 1:1 Pag.278.Desen de executie pentru surub Pag.28
9.Desen de executie pentru piulita Pag.29
2
2
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
3. Memoriu Tehnic
Obiectul prezentului proiect este proiectarea unui dispozitiv cu şurub şi
piuliţă,mai exact unui cric cu piuliţă rotitoare, destinată atelierelor de lăcătuşerie ori atelierelor
mecanice, unde acesta şi-ar găsi utilitatea. Dispozitivul mai sus amintit este destinat fabricării în
serie mică, executându-se numai la comandă. Dispozitivul este destinat utilizării frecvente, dar
de către un singur muncitor.
3.2. Cele dou ă soluţii constructive pentru cricul cu piuliţă rotitoare
Cele două forme constructive ale cricului cu piuliţă rotitoare sunt prezentate în figurile
5.10 şi 5.11 1). Din punct de vedere constructiv, prima variantă este mai simplă, având corpul şi
tija turnate, fapt care reprezintă un avantaj în cazul seriilor mari de fabricaţie. Mecanismul de
acţionare este cu clichet vertical, roata de clichet fiind montată pe piuliţă prin pană. Mişcarea de
rotaţie a şurubului este împiedicată de proeminenţele în formă de pene ale unei piese montate pe
capătul inferior al şurubului, piesă realizată prin sudare, servind şi la ghidarea şurubului. Piesele
au fost prevăzute cu raze de racordare, iar grosimea pereţilor este uniformă, evitându-se astfel
aglomerările de material. Corpul cricului este prevăzut cu două nervuri de rigidizare, datorită
raportului mare dintre diametrul tălpii şi cel al corpului.
Pentru varianta a doua corpul cricului este sudat, fiind alcătuit din trei piese ce pot fi
obţinute din semifabricate laminate, iar tija cricului cu clichet orizontal se poate tealiza prin
forjare sau turnare. Piuliţa rotitoare este centrată în corpul cricului prin intermediul rulmeantului,
crescând aftfel gabaritul radial.
Principiul de funcţionare, acelaşi în ambele variante cazuri, constă în transformarea
miscării de rotaţie a mecanismului de acţionare în mişcare de translaţie pentru şurubul de forţă,
care se va ridica sau coborî. Cricul este folosit pentru a ridica obiecte grele, cu largă răspândire
în industria de autovehicule.
3.3 Justificarea şi descrierea soluţiei alese
Ambele variante constructive prezintă avantaje şi dezavantaje, motiv pentru care am
decis să aleg din fiecare variantă elementele potrivite în vederea realizării unei soluţii
constructive optime. Mecanismul de acţionare ales este cel cu clichet vertical, prezentând
avantajul simplităţii faţă de cel orizontal. Corpul se va realiza prin turnare, datorită
11) Elemente de proiectare pentru mecanismele cu şurub şi piuliţă, Lito IPCN, 1985, pag. 97-98
3
3
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT productivităţii procesului de fabricaţie pentru această metodă. Şurubul va avea filet
trapezoidal ţinând cont de facilităţile oferite:
-se poate executa prin frezare ;
-rezistenţă şi rigiditate mare a spirei ;
-asigură o bună centrare între şurub şi piuliţă;
-randament mare, apropiat de cel al filetului pătrat ;
-este recomandat la forţe mari ;
-concentratorul de tensiuni la fundul filetului este relativ mic datorită razei mari
de racordare ;
Unicul dezavantaj al acestui tip de filet este că poate prelua sarcini într-un singur sens, pe
flancul activ, care are o înclinaţie de 3°,dar având în vedere cursa relativ mică, direcţia forţei
rămâne constantă.
Prin folosirea unui ştift fixat în partea superioară a şurubului şi piesa realizată prin
sudare, prezentă în prima variantă constructivă, se va realiza împiedecarea rotirii, oprirea la
atingerea valorii maxime şi ghidarea şurubului.
Cupa va fi fixată în partea superioară a şurubului printr-un alezaj cu joc sprijinindu-se pe
capătul şurubului şi fiind fixată de acesta printr-un ştiftul fixat în partea superioară a şurubului.
Roata de clichet se va fixa pe piuliţă prin intermediul unei asamblări de formă
hexagonală, iar tija, de care se prinde şi clichetul utilizând un bolţ, cu ajutorul unei piese inelare
care este asigurată în partea superioară printr-un inel Seeger.
3.4 Caracteristici func ţionale impuse
Dispozitivul trebuie să îndeplinească următoarele condiţii funcţionale:
• mânuire, antrenare, manipulare uşoară ;
• gabarit cât mai redus ;
• curse utile cât mai mici ;
• siguranţă în funcţionare ;
• posibilităţi de producere a accidentelor cât mai reduse ;
3.5 Materiale folosite
La alegerea materialelor în primul rând s-a ţinut seama de fiabilitate şi durabilitate.
Astfel atât pentru şurub, cât şi pentru piuliţă s-a ales OL 50(STAS 500/2 - 80), material, care
posedă calităţi mecanice suficient de bune şi se poate prelucra uşor.
Piuliţa s-a proiectat în aşa fel încât uzura să fie concentrată asupra ei, deoarece este o
piesă mai puţin costisitoare de realizat decât şurubul, fiind destinată să preia cea mai mare parte
4
4
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT din uzura flancurilor filetului, în caz de uzură înlocuindu-se doar piuliţa şi nu întregul
ansamblu şurub-piuliţă.
Corpul şi tija, ambele turnate, sunt executate din Fc 250(STAS 568-82), iar clichetul si roata de
clichet din OL 50(STAS 500/2 - 80) .
3.6 Funcţionare
La rotirea manivelei mişcarea se transmite prin piuliţă, care se sprijină pe rulment, la
şurub. Acesta va face o mişcare de translaţie, cu ajutorul căruia se deplasează cupa.
3.7 Indici de exploatare, reglaj şi întreţinere
Dispozitivul se va manevra de către un singur muncitor, nefiind permisă pentru
manipulare folosirea altor ţevi, bare sau prelungitoare decât cele prevăzute de proiectant, sau a
sistemelor de pârghii.
Este indicat, ca dispozitivul să fie montat pe suprafeţe cât mai plane şi orizontale.
Dispozitivul nu se va folosi pentru sarcini şi dimensiuni mai mari decât cele pentru care a
fost proiectat.
Se vor verifica periodic flancurile filetului, iar în caz că se constată uzura acestora, se va
schimba piuliţa sau şurubul dacă este cazul.
După terminarea lucrului dispozitivul se va curăţa, iar suprafeţele funcţionale se vor unge
cu unsoare consistentă de uz general.
3.8 Toleranţe, rugozităţi şi condiţii tehnice impuse
Piesele componente ale mecanismului nefiind piese de înaltă precizie, s-a ales din clase
de precizie mari. Pentru ajustajul filetat s-a ales precizia 8H/8e, fiind în acord cu destinaţia
dispozitivului şi tehnologia de execuţie. Celelalte toleranţe la dimensiuni s-au ales conform unor
clase şi precizii medii, deoarece s-a considerat că nu este necesară impunerea unor precizii mai
mari.
Toleranţele s-au stabilit pe acelaşi criteriu, fiind impuse numai acolo unde ar fi existat
pericolul unor disfuncţii la montare, demontare şi în funcţionare.
Rugozităţile s-au prescris în funcţie de procedeele tehnologice asupra cărora s-a optat
pentru prelucrarea pieselor componente ale dispozitivului.
Condiţiile tehnice impuse sunt următoarele:
• suprafeţele funcţionale şi ansamblele componente se vor unge cu unsoare
consistentă;
5
5
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
• suprafeţele nefuncţionale se protejează printr-un strat de vopsea;
• pe suprafeţele pieselor turnate nu se admit urme de nisip, zgură sau
bravuri provenite din turnare;
• muchiile necotate se vor teşi la 45°
3.9 Norme de protecţia muncii
Pentru a evita accidentele, proiectantul a luat următoarele măsuri :
verificarea şurubului la solicitări compuse;
asigurarea asamblărilor;
utilizare de materiale corespunzătoare;
verificarea înaintea livrării.
Măsuri impuse beneficiarului :
trebuie respectate regulile de protecţie a muncii din
atelierul de producţie ;
personalul de lucru trebuie să fie instruit corespunzător;
dispozitivul de strângere nu se va supune la şocuri şi
lovituri directe;
la apariţia unei defecţiuni se va retrage dispozitivul din
lucru şi se va înlocui piesa defectă ;
asamblarea şurub-piuliţă se va unge periodic cu unsoare
consistentă tip U 80.
3.10 Rodajul
Se recomandă următoarea schemă de rodaj pentru ansamblul şurub-piuliţă. Rodajul are loc în ambele sensuri, deoarece cricul va lucra în exploatere în
ambele sensuri. Dacă nu se constată defecte (frecare prea mare, gripare), cricul se supune unor
încercări peste cele de regim. Ungerea filetului şurubului şi a piuliţei în timpul rodajului se execută cu
lubrifiantul prevăzut mai înainte. După rodaj cricul se curăţă de praful metalic rezultat în urma rodajului şi de ulei. Se verifică cu atenţie filetele celor doua piese (şurub respectiv piuliţă) După terminarea rodajului se trece la încercări de control, ele se execută de
asemenea la diferite încărcări. La încărcarea de regim se măsoară şi randamentul, care permite a se verifica
obiectiv economicitatea, calitatea prelucrării şi montajul.
6
6
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
7
7
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
8
8
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
5 . Memoriu justificativ de calcul
5 .1 Consideraţii generale
Mecanismele cu şurub şi piuliţă deservesc la dispozitivele ce necesită transformarea
mişcării de rotaţie în mişcare de translaţie şi invers. În cazul cricului cu piuliţă rotatitoare, la
acţionarea mecanismului cu clichet, acesta va roti piuliţa care în funcţie de sensul de rotaţie va
determina ridicarea sau coborârea şurubului.
Avantajele principale ale asamblărilor filetate sunt :
- permit construcţii variate în forme compacte;
- au montare şi demontare uşoară;
- construcţie simplă şi tehnologie de execuţie uşor
realizabilă;
- posibilitatea de transmitere a unor sarcini axiale mari
utilizând forţe de acţionare mici;
- gabarit redus;
- funcţionare lină şi fără zgomot ;
- posibilitatea de a asigura în mod simplu autofrânarea;
- permite utilizarea materialelor ieftine;
- preţ de cost scăzut.
Între dezavantajele mecanimelor cu şuruburi de mişcare se menţionează :
- necesită asigurare împotriva autodesfacerii;
- uzura flancurilor introduce jocuri;
- lipsa autocentrării;
- existenţa unei frecări mari între spirele filetului
şurubului şi piuliţei conduce la uzura pieselor şi la un
randament scăzut ;
- necunoaşterea exactă a forţelor de strângere.
5 .2 Alegerea filetului
Pentru şuruburile de mişcare se poate utiliza doar filetul cilindric cu diferite profile: pătrat,
trapezoidal, ferăstrău şi rotund cu diferite pasuri. Cu cât pasul este mai fin, cu atât autofrânarea
9
9
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT este mai bună însă şi deplasarea şurubului, la o rotaţie completă a piuliţei, adică randamentul,
va fi mai mică.
Pentru cric, ştiind că avem o deplasare relativ mică a şurubului şi direcţia forţei rămâne
constantă, am ales un filet trapezoidal oferind o serie de avantaje.
d – diametrul nominal al filetului; D4 – diametrul exterior ; H1 – înălţimea utilă a filetului ;
d2 ,D2 – diametrul mediu; d3 ,D1– diametrul interior ; P – pasul filetului ;
Notaţiile cu litere mici corescpund filetului exterior, adică şurubului, iar cele cu majuscule filetului
interior, adică piuliţei.
Filetul trapezoidal are o rezistenţă si o rigiditate mai mare ca filetul pătrat. Folosirea
piuliţei reglabile radial (secţionată) permite eliminarea jocului axial creat in urma uzurii flancurilor,
avantaj care impune filetului trapezoidal ca principală soluţie pentru mecanismele surub-piuliţă.
Filetul trapezoidal asigură o buna centrare intre surub şi piuliţă putându-se executa prin
procedeul de frezare.
În cazul mecanismelor cu şurub şi piuliţă care transmit sarcini mari, in ambele sensuri,
direcţia forţei fiind variabilă (sau cu şoc), se recomandă utilizarea filetelor trapezoidale.
Filetul este standardizat în STAS 2114/1-75, putând avea pas normal, fin sau mare.
Valorile dimensiunilor sale se determină conform relaţiilor de calcul, în funcţie de diametrul
nominal şi de pasul filetului. Astfel:
10
10
Figura 5.2.1 Reprezentarea în detaliu a filetului trapezoidal
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT În cazul cricului cu piuliţă rotitoare, piuliţa execută o mişcare de rotaţie iar şurubul o
mişcare de translaţie. În figura 5.2.2 sunt prezentate diagramele de forţă şi de moment care apar
la lucrul sub sarcină al cricului.
5.3 Materialele alese pentru realizarea şurubului de forţă şi a piuliţei
Alegerea materialului pentru şurubul de forţă şi piuliţă ca elemente ale mecanismelor cu
şurub depinde de mai mulţi factori:
- caracteristicile mecanice ale materialului;
- asigurarea condiţiilor funcţionale, tehnologice şi economice în modul cel mai
fovorabil;
- fiabilitatea optimă în contextul unor cheltuieli de producţie minimă.
Caracteristicile mecanice ale materialului pentru şurubul şi piuliţa din construcţia
mecanismelor cu surub sunt:
(Rp 2.0 ) - limita de curgere
(Rm) - limita de rupere
(A) - alungirea
(E) - modulul de elasticitate
Materialul ales (OL50) are clasa de calitate 1 şi este folosit pentru elemente de construcţii
mecanice supuse la solicitări mecanice ridicate, însumând următoarele caracteristici :
Solicitări cu concentratori de tensiune:
11
11
Cupa (1) Şurub (2) Piuliţa rotitoare (3) Corp (4)F Mt F Mt F Mt F Mt
mF
F
L
F 0.5M32
F
0.5M32
0.5M32
F
M tot
M"23
M'23
M 43
F
M24
M34
M = 0.5M3224
M' +M" = M23 23 23
M = M34
23M = Mt1
t2
Figura 5.2.2 Diagrama de eforturi pentru cricul cu piuliţă rotitoare
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
- rezistenţa la tracţiune , [ ]2/51 mmNacat == σσ ;
- rezistenţa la încovoiere, [ ]2/61...56 mmNai =σ ;
- rezistenţa la răsucire, [ ]2/33...31 mmNat =τ ;
- rezistenţa la forfecare, [ ]2/41 mmNaf =τ ;
Solicitari fără concentratori de tensiune:
- tracţiune, [ ]2/140 mmNacat == σσ ;
- încovoiere, [ ]2/161 mmNai =σ ;
- răsucire, [ ]2/91 mmNat =τ ;
- forfecare , [ ]2/112 mmNaf =τ ;
Caracteristicile mecanice pentru OL 50 sunt:
- clasa de calitate (tratament termic) 1
- rezistenţa la tracţiune, [ ]2/610...490 mmNRm = ;
- limita de curgere, [ ]2/280 mmNRpo = ;
- alungirea la rupere, min%21=A ;
Alegerea materialului pentru piuliţă, ca element al culpei de frecare şurub-piuliţă, se va
face în aşa fel încât să se limiteze presiunea de contact dintre spirele piuliţei şi ale şurubului la
valori reduse evitându-se astfel uzura prematură.
Pentru piuliţă am ales OL 50 ,care are următoarele caracteristici:
- clasa de calitate (tratament termic) 1
- rezistenţa la tracţiune, [ ]2/610...490 mmNRm = ;
- limita de curgere, [ ]2/280 mmNRpo = ;
- alungirea la rupere, min%21=A ;
5 .4 Calculul şi determinarea dimensiunilor pentru şurubul de forţă
Valoarea forţei maxime la care va fi supus cricul este de F=28200 N, iar cricul va avea o
cursă maximă de mmh 321max = . Presiunea admisibilă de contact dintre cele două materiale
alese pentru cuplul şurub-piuliţă (OL 50) este 2/13 mmNqa = . Relaţia cu care vom determina
diametrul mediu al şurubului de forţă este:
mmq
Fd
amh
09.2813*75,1*5,0*
282002 ==
⋅⋅⋅=
πψψπ ;
unde: d2 este diametrul mediu al şurubului,
12
12
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
P
H1h =ψ fiind un factor dimensional care pentru filetul trapezoidal este ψ h=0,5
2m d
m=ψ reprezintă factorul de lungime al piuliţei, se ia valoarea 75.1=mψ
Conform tabelului standardizat, diamentrul mediu corespunzător celui calculat este
mmd STAS 292 = , care ne va conduce la alegerea şurubului de forţă cu următoarele caracteristici:
diametrul nominal d = D = 32 mm
pasul filetului, P = 6mm
diametrul mediu mmDd STASSTAS 2922 ==
diametrul interior, d3 = 25mm
diametrul interior, D1 = 26mm
diametrul exterior, D4= 33mm
numarul de inceputuri, n = 1
notaţie: Tr 33x6.
5.4.1 Determinarea numărului de începuturi pentru filetul şurubului de forţă
În cazul cricurilor, la acţionare avem nevoie de autofrânare, deci, numărul de începuturi
impus va fi 1.
5.4.2 Verificarea autofrânării
⋅
=2dπ
Parctgβ care reprezintă unghiul de înclinare al elicei pe cilindrul de diametru d2
Unghiul de frecare
=
1cosα
μarctgρ unde µ =0,1….0,18, este coeficientul de frecare
pentru cuplul de materiale şi calitatea ungerii, iar α 1 este unghiul de înclinare al flancului activ
al filetului ; °=15α1 pentru filet trapezoidal.
În urma calculelor se obţin următoarele valori:
o3.76729*π
6arctg =
=β
°=
= 8,827
cos15
0.15arctg
ρ .
De unde rezultă ρβ < , deci condiţia de autofrânare este îndeplinită.
5.4.3 Calculul numărului de spire în contact
13
13
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
Pentru determinarea numărului de spire în contact se pot folosi următoarele formule:
6
29*75.1
P
d*Ψz 2m == =8,45
Se recomandă ca numărul de spire în contact să fie între 11z6 ≤≤ . Se alege astfel o
valoare de z =9 spire în contact.
Lungimea piuliţei se determină cu formula Pzm ⋅= şi de aici se obţine m = 40 mm.
Forma şurubului la cricul cu piuliţă rotitoare este relativ simplă şi extremităţile aceastuia unde se
face îmbinarea cu cupa şi ghidarea şurubului în corpul cricului vor avea formă cilindrică cu
diametrul mai mic decât diametrul interior al filetului şurubului de forţă.
Pentru a permite rotirea liberă a piuliţei cu frecări şi pierderi de energie minime, s-a
utilizat un rulment axial, ales în funcţie de diametrul nominal al şurubului (32 mm) şi urmărind
dimensiunile standardizate ale rulmenţilor din STAS 3921-86 :
numărul de referinţă, 51107;
diametrul interior, dw = dg = 35 mm;
diametrul exterior, Dw = Dg = 52 mm;
înălţimea rulmentului, H = T = 12 mm ;
Cunoscând şi înălţimea rulmentului se poate determina lungimea şurubului de forţă:
P3TmhL maxf ⋅+++=
unde:
hmax – cursa şurubului de forţă ;
m – înălţimea piuliţei ;
T – înălţimea rulmentului ;
P – pasul filetului şurubului de forţă ;
obţinându-se o valoare de Lf(teoretic) = 321+54+12+18=405mm.
Datorita formei corpului cricului insa s-a ales constructiv Lf =335mm.
La proiectarea extremităţilor şurubului, dimensiunile radiale ale unei extremităţi trebuie
să se înscrie în cercuri cu diametrele mai mici decât diametrul interior al filetului, pentru a putea
fi introdus în piuliţă. Ele rezultă din varianta aleasă pentru construcţie.
5.4.4 Verificarea şurubului de forţă
14
14
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT Pentru a verifica corectitudinea alegerii dimensiunilor şi materialului pentru şurubul de
forţă sunt necesare câteva calcule de verificare, pentru a determina rezistenţa şurubului la diferite
solicitări.
Calculul momentului de torsiune: ( )ρβ +⋅⋅⋅== tgFd2
1TM 2Gt1 ,
Nm35,91)tg(12,59482002922000
1M t1 =⋅⋅⋅= ;
Se determină acum efortul unitar de compresiune: ( ) 21
cdπ
4Fσ
⋅= şi se obţine o valoare de
2c N/mm12,75σ = .
Efortul unitar de răsucire este: [ ]2
2
/ mmNhdz
Ff ⋅⋅⋅
=π
τ , obţinându-se valoarea de:
],77[N/mm92τ 2t =
Se determină acum efortul unitar echivalent:
( ) ( ) 22,62354569,326τ4σσ 2t
2cech =+=⋅+= ][N/mm 2
Prin comparaţie cu [ ]2acat N/mm140σσ == se observă că acech σσ < ,deci şurubul va rezista.
5.4.5 Verificarea spirelor şurubului
Pentru a determina dacă spirele şurubului vor rezista în
timpul solicitărilor, spirele trebuie verificate la următoarele tipuri de solicitări:
încovoiere:22
3
c1
i 3,8)(523,14159
0,5)(3*28200*6
hdπz
a2
H*F*6
⋅⋅⋅+=
⋅⋅⋅
+
=σ =58N/mm2<61N/mm2
H1 este înălţimea utilă, care pentru filetul trapezoidal utilizat este P0,5H1 ⋅= , H1 =
3mmP0,634h ⋅= , fiind grosimea spirei la bază h = 3,8mm
ac = 0,5 mm pentru 6 ≤ P ≤ 12 mm,acesta reprezentând jocul la fund
strivire: 12
a Hdπ
Fq
⋅⋅= = 11,464 N/mm2 < 13 N/mm2
15
15
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
forfecare: 3,8259π
28200
hdzπ
Fτ
3f ⋅⋅⋅
=⋅⋅⋅
= = 10.498 N/mm2 <
41 N/mm2
Comparate cu valorile maxime admisibile ale materialului folosit pentru şurub, se
observă că spirele rezistă.
5.4.6 Verificarea şurubului la flambaj
Flambajul este de fapt pierderea stabilităţii elastice a unui corp solicitat la compresiune
la atingerea unei forţe critice. Pentru a verifica şurubul la flambaj, trebuie să determinăm
coeficientul de zvelteţe al acestuia. Pentru aceasta considerăm [mm]426h2l maxf =⋅= pentru că
ne situăm în cazul barei drepte încastrate la un capăt şi liberă la celalalt. Se determină apoi aria
secţiunii şurubului ( )
4
52π
4
dπA
221 ⋅=
⋅= , care va fi egală cu A = 490,87 mm2. Momentul de
inerţie minim al unei secţiuni cuprinse in porţiunea care se flambeaza, se determină cu formula :
( ) 3
1
41
min 61.22396d
d0.60.4
64
dπI mm=
⋅+⋅
⋅= .
coeficientul de zvelteţe este: 61.22396
490,87426
I
Al
i
lλ
minf
min
f ⋅=⋅== şi de obţine 04.95λ = .
Având în vedere că coeficientul de zvelteţe 100λ60 << , vom utiliza următoarea relatie pentru
determinarea fortei critice de flambaj:
( ) ( ) N23.11815504.951,153504
52πλba
4
dπF
221
f =⋅−⋅=⋅−⋅
= .
Unde a si b au valorile : pentru OL 60 avem a = 350 şi b = 1.15.
Coeficientul de siguranta se va determina cu relatia 19,4F
Fc f == .
5.5 Dimensionarea piuliţei rotitoare
Diamnetrul exterior al piuliţei este acelaşi cu cel am rulmentului, adică D=52 mm, iar
diametrul şi grosimea gulerului, precum şi degajarea pentru ştiftul filetat se determină
constructiv, cunoscand inaltimea piulitei in functie de numarul de spire in contact (54mm), se
alege inaltimea efectiva a piulitei 58mm .
16
16
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
Stiftul filetat care impiedica miscarea de translatie a piulitei, determina constructiv parametrii
degajarii aflate in partea inferioara a gulerului, acesta fiind ales conform DIN 417 cu notatia
M8x10:
Partea filetata potriveste cu filetul practicat in
corpul cricului iar partea caracterizata prin parametrii z=4mm si dp = 5,5mm se aseaza in
degajarea inferioara a piulitei.
Degajarea aflata in partea superioara a gulerului este pentru inelul Seeger (DIN 471 A52),
necesar fixarii mecanismului cu clichet pe corpul piulitei.
5.5.1 Verificarea corpului piuliţei
Pentru a verifica corpul piuliţei trebuie să verificăm rezistenţa acesteia la eforturile
normale şi tangenţiale care apar la încărcarea cricului. Astfel pentru eforturile normale vom
calcula:
( ) )26(52π
820024
DDπ
F4σ
2221
2e
c −⋅⋅=
−⋅⋅=
unde De şi D1 sunt diametrele exterior respectiv interior al piuliţei, şi se obţine o valoare de
7,71σc = ][N/mm 2
17
17
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT Pentru eforturile tangenţiale se va folosi formula:
( ) )26(52π
5235.19100016
DDπ
DM100016τ
4441
4e
et1t −⋅
⋅⋅⋅=−⋅
⋅⋅⋅=
de unde se va obţine 53,3τ t = Nm.
Pentru secţiunile solicitate compus, efortul unitar echivalent are expresia :
][N/mm056,913,53*47,71τ*4σσ 2222t
2cech =+=+= < 140 ][N/mm 2
Verificarea spirelor piuliţei :
încovoiere:22
3
c1
i 3,8)(263,14159
0,5)(3*28200*6
hdπz
a2
H*F*6
⋅⋅⋅+=
⋅⋅⋅
+
=σ bσ =55,77<61N/mm2
P0.634h ⋅= , fiind grosimea spirei la bază h = 3,8mm
ac = 0,5 mm pentru 6 ≤ P ≤ 12 mm,acesta reprezentând jocul la fund
strivire: 12
a Hdπ
Fq
⋅⋅= 11,464 N/mm2 < 13 N/mm2
forfecare: 3,8269π
28200
hdzπ
Fτ
3f ⋅⋅⋅
=⋅⋅⋅
= =10.094 N/mm2 < 41 N/mm2
( ) ( ) 22f
2a /47,69τ3qσ mmNi =⋅++= σν
Pentru OL60 Rm=490…610 N/mm2
zul /4,78σ mmN=ν rezulta ca spirele rezista zulνν σ<σ .
.
5.6Calculul cupei
Pentru calculul cupei se va porni de la
diametrul interior al şurubului, în funcţie de
care vom alege diametrul exterior al capului
şurubului în porţiunea în care se va fixa cupa,
mai mică decât acest diametru.
mmdDcs 253 =< ; aD
cs q
FD
⋅⋅⋅=
ψπ4
;
unde: ψD = 0,96...0,9375
qa = 25...40N/mm2(oţel/oţel)
constructiv vom lua mmDcs 25=
reprezentând diametrul exterior al capătului
şurubului.
Determinăm :
18
18
Fig 5.6 Detaliu secţiune prin cupa cricului
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
• diametrul superior al cupei cu formula :
][70324,2)5.2...4.2(1 mmdd c =⋅== ;
• diametrul inferior al cupei : ];[351025)10...8(2 mmDd csc =+=+=
• înălţimea cupei : ];[45324,1)6.1...4.1( mmdhc =⋅==
• adâncimea găurii, din interiorul cupei, unde introducem capul şurubului :
][35104510 mmhh ccs =−=−= .
5.6.1 Verificarea cupei
Verificarea pentru cupă se va face doar la strivire având în vedere că şurubul nu execută
mişcare de rotaţie care ar putea crea probleme prin apariţia unor tensiuni de forfecare. Astfel:
22 25
2820044
⋅⋅=
⋅⋅=
ππσ
csstr D
F
şi se obţine o valoare de ]/[45,57 2mmNstr =σ care se încadrează în intervalul de valori
admisibile pentru cuplele imobile oţel – oţel (65...100), pentru cupă folosindu-se ca şi material
de fabricaţie OL50.
5 .6.2 Alegerea şi verificarea dimensiunilor ştiftului care solidarizează cupa de
şurubul principal
Diametrul ştiftului se calculează cu următoarea formulă :
][6,73 2*2 5.0)2 5.0.. .1 5.0(" m mDd c s === .
Ţinând seama de dimensiunile cupei şi de diametrul necesar se va alege din STAS 1599-80 un
ştift cilindric cu forma B cu diametrul de 8 mm şi o lungime de l = 60 mm din OL 42 .
Pentru verificare se utilizează relaţiile :
afcs
tf mmN
dD
M τππ
τ <=⋅⋅
⋅⋅=⋅⋅⋅⋅
= ]/[35,36825
675,451000410004 222"
,
19
19
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
;]/[06,38)2535(8
675,4510004
)(
10004 22222
2"1 as
CSC
tS mmN
Ddd
M σσ <=−⋅⋅⋅=
−⋅⋅⋅
=
;]/[81,54258
675,451000610006 222"2 as
CS
tS mmN
Dd
M σσ <=⋅
⋅⋅=⋅
⋅⋅=
unde : ];[675,4535,915.05.0 1 NmMM tt =⋅=⋅=
];/[5,6225025.0)3.0...2.0( 22,0 mmNRpaf =⋅==τ
]./[2002508.08.0 22,0 mmNRpas =⋅==σ
5.7 Calculul mecanismului de actionare
Mecanismul de acţionare ales este cel cu clichet vertical.
fig 5.7.1 reprezentarea mecanismului cuclichet
5.7.1 Dimensionarea tijei şi a prelungitorului
Lungimea tijei se va calcula cu următoarea formulă:
mmFnK
ML
mi
totc 260
35011
35,911000103
=⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅
=
20
20
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT unde:
];[35,911 NmMM ttot ==
];[02 NmM t =
Lc este lungimea de calcul a manivelei ;
NFm 350...150= reprezintă forţa medie cu care acţionează muncitorul;
K, coeficient de simultaneitate, care pentru un muncitor este egală cu 1 ;
ni reprezintă numărul de muncitori care în cazul cricului este 1 ;
l0 este lungimea de prindere, considerându-se de 50 mm ;
Lungimea totală se determină cu formula 0c lLL += , de unde rezultă L =310 [mm]
În cazul mecanismului cu clichet vertical se foloseşte formula:
( )335 )120..100(
)50120260(350113232
⋅+−⋅⋅⋅⋅=
⋅+−⋅⋅⋅⋅
=πσπ ai
mcmi lLLFnKd =(16,3…17,3)mm
unde ])[120...100( 2mmNai =σ (pentru oţelurile carbon);
l=50…120[mm] in cazul in care se foloseste prelungitor;
][1205026025,0)1...25.0( 0 mmlLL cm =+⋅=+⋅= .
Se ia constructiv d5 = 17 mm şi se determină diametrul exterior al ţevii :
5)4,1...2,1( dD ⋅= =(20,4…23,8)mm, de unde se allege D=23mm.
5.7.2 Verificarea prelungitorului
Pentru mecanismul de acţionare cu clichet vertical prelungitorul se verifică la încovoiere
în secţiunea B-B(fig 5.7.1), cu formula:
( )( )
aimmi
i
dDD
LLFnK σππ
σ ≤−⋅
−⋅⋅⋅⋅=−
−⋅⋅⋅=
)1723(23
)120310(350113232
4445
4
şi se obţine o valoare de 357,79=iσ N/mm2 2/120...100 mmNai =<σ .
5 .7.3 Calculul roţii de clichet
Roata de clichet (figura Fig 5.7.2) se va fixa pe piuliţă
printr-un contur hexagonal al găurii interioare.
Diametrul exterior al piuliţei pe care se fixează este de 52mm,
iar lungimea laturii poligonului va fi a=30mm (pentru contur
hexagonal).
21
21
Fig 5.7.2 Roata de clichet
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
Pentru stabilirea diametrului interior se foloseşte formula 8,72*4,1 == dDi care se
consideră 73mm
Alegând numărul de dinţ z=12, diametrul mediu pe care se vor dispune dinţii roţii este :
1225.01
73
25.01ππ ⋅−
=⋅−
=
z
DD i
m =78mm
Pentru a putea obţine profilul exact al roţii de clichet trebuie determinată distanţa dintre centrele
a doi dinţi alăturaţi mmz
Dt m 20
12
78 =⋅=⋅
= ππ, grosimea dinţilor mmtb 105.0 =⋅= şi înălţimea
dinţilor 55.0 =⋅= bh mm.
Diametrul exterior al roţii de clichet se poate calcula ştiind înălţimea dintelui:
832 =⋅+= hDD ie mm.
Lăţimea roţii de clichet se consideră constructiv 7=δ [mm].
5 .7.4 Verificarea roţii de clichet
Roata de clichet va fi confecţionată din OL60 şi trebuie verificată la trei tipuri de
solicitări:
- încovoiere:78710
10535,912310232
3
2
3
⋅⋅⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅⋅⋅⋅
=m
toti Db
hM
δσ
]/[120...100][72.17 22 mmNmmN aii =<= σσ ;
- forfecare:71078
35,9110002102 3
⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅⋅
=δ
τbD
M
m
totf =
]/[95...60][46,33 22 mmNmmN af =<τ
- strivire
]/[100...80][84,4651078
35,9110002102 21
23
1 mmNmmNhbD
Mas
m
tots =<=
⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅⋅
= σσ
- Suprafaţa de contact dintre roata de clichet şi
piuliţa pe care aceasta se montează este solicitată la strivire.
Efortul unitar pe această suprafaţă se va determina cu relaţia:
22
22
a
Mt
Figura 5.7.3 Locaşul roţii de clichet
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
]/[80297306
35,911000121012 2222
1
3
2 mmNan
Mas
tots =≤=
⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅⋅
= σδ
σ ,
unde n1 depinde de forma găurii de fixare din roata de clichet. (n1 = 4 pentru formă patrată şi n1 =
6 pentru formă hexagonală).
5 .7.5 Calculul clichetului
Clichetului vertical rezultă constructiv
în funcţie de dimensiunile tijei:
1l =7mm; c=h=5mm;
2l =15mm h1 =20mm;
4.7.6. Verificarea clichetului
Efortul unitar efectiv de încovoiere:
:
],/[182,4920*5
7*2342*6
*
6 222
1
1
unde
mmNhh
lFia
rci σσ ≤===
ND
MF
m
totrc 2342
78
35,91*1000*2*1000*2 === este sarcina ce actioneaza pe dintele rotii de
clichet;
h – inaltimea dintelui rotii de clichet
2/120...100 mmNia =σ
5 .7.7 Calculul bolţului
23
23
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT Se dimensionează pe baza solicitării de încovoiere şi se verifică la forfecare şi la
strivire cu relaţiile : ];[1,7100
51093161633 mm
hFd
ai
bb =
⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅
=πσπ
2
1*l
lFF rcb = ;
unde : ];/[120...100 2mmNai =σ Se alege conform DIN 1434 boltul cu cap mic de ø8 ;
-Verificarea la forfecare :
];/[95...80]/[74,218
109344 2222
mmNmmNd
Faf
b
bf =<=
⋅⋅=
⋅⋅
= τππ
τ
-Verificarea la strivire :
];/[60]/[32,275*8
1093
*22 mmNmmN
hd
Fas
b
bs =<=== σσ
In functie de diametrul gaurii boltului (d3 =2mm) s-a ales si stiftul conic ce solidarizeaza tija de piesa inelara asezata pe piulita, conform DIN 1B cu notatia B2x24 si conicitate de 1 :50, pentru a nu se dezasambla acciental.
5.8 C orpul
cricului
5.8 constructia si calculul
corpului
Pentru realizarea corpului cricului
(Fig 5.8.1), s-a ales o variantă care se
24
24
Fig 5.8.1. Reprezentarea corpului cricului
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT realizează prin turnarea întregului corp dintr-o piesă. Astfel cricul se toarnă dintr-o fontă
cenuşie, mai exact Fc250 care are următoarele caracteristici:
Solicitări cu concentratori de tensiune:
- tracţiune [ ]2/38...25 mmNat =σ
-compresiune [ ]2/95...63 mmNac =σ
- încovoiere [ ]2/65...42 mmNai =σ
- răsucire [ ]2/46...36 mmNat =τ
- forfecare [ ]2/30...20 mmNaf =τ
Solicitari fără concentratori de tensiune:
- tracţiune [ ]2/106...69 mmNat =σ
- compresiune [ ]2/265...173 mmNac =σ
- încovoiere [ ]2/180...117 mmNai =σ
- răsucire [ ]2/127...83 mmNat =σ
Dimensiunile corpului sunt următoarele:
- grosimea peretelui este de a=7 mm
- grosimea tălpii corpului este b=9 mm ;
- mmDe 52= reprezentând diametrul exterior al piuliţei;
- mmDr 52= reprezentând diametrul exterior al rulmentului, a cărui inel inferior se va
fixa printr-un ajustaz cu strângere H7/g6 care este un ajustaj cu strângere mică.
- mmDD e 60852)10...4(5 =+=+= diametrul interior al corpului în zona şurubului
de forţă;
- diametrul exterior al corpului în zona şurubului care are această valoare datorită
grosimii de 7mm aleasă pentru peretele corpului
mmaDD 741460256 =+=⋅+=
];[350)60..20(321])[60...20(11 mmmmPnH =+=+⋅= se ia 1H =350mm;
unde: 5,536
321max1 ===
P
hn reprezintă numărul de rotaţii relative între şurub şi
piuliţă necesare pentru realizarea cursei maxime;
P - pasul filetului;
maxh reprezintă cursa maximă a şurubului cricului
- înălţimea totală a corpului fiind : ][390540345)5...2(1 mmhmHH g =++=+−+= ;
- ][6057 mmDD == , pentru că interiorul corpului este cilindric, să fie mai uşoară
ghidarea şurubului în mişcare.
Din condiţia de rezistenţă la strivire a materialului suprafeţei pe care se reazămă talpa
cricului se determină diametrul exterior al tălpii cricului, 8D , cu formula:
25
25
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT
mmDF
Das
8,146572
1970044 2278 =+
⋅⋅=+
⋅⋅=
πσπ ; si se alege 8D =146mm;
unde: asσ se alege în funcţie de suprafaţa de sprijin, ]/)[2...2.1( 2mmNas =σ pentru
scândură;
Conform recomandărilor constructive avem condiţia : ][50432
][20 78 mmDD
mm <=−
<
Condiţia fiind îndeplinită, cu recomandarea de a nu folosi cricul pe pământ ci doar pe lemn
şi beton pentru că pe pământ coeficientul de rezistenţă este la limită.
5.8.1 Verificarea corpului cricului
Verificarea la compresiune se face în secţiunea de la partea superioară a cilindrului în
care se mişcă şurubul principal, cu relaţia:
( ) ]/)[100...80(]/[14,19)6074(
2820044 22222
526
mmNmmNDD
Facc =≤=
−⋅⋅=
−⋅= σ
ππσ
Lăţimea canalului proeminentele in forma de pene ale piesei pentru impiedicarea rotirii
surubului(Fig. 5.8.2), s-a considerat de 9 mm, pentru a nu avea o frecare semnificativă.
Fig. 5.8.2 piesa pentru impedicarea miscarii de rotatie
6 Bibliografe
1. Dorina Matieşan, Adalbert Antal, Dumitru Pop, Iacob Olteanu, Felicia Sucală, Aurica Căzilă,
Ioan Turcu, Ovidiu Belcin, Ştefan Bojan, Ovidiu Tătaru - Elemente de proiectare pentru
mecanismele cu şurub şi piuliţă, Lito IPCN, 1985 ;
2. Gh. Hulpe, M. Bulubasa, L. Noveanu – Desen tehnic industrial. IPCN, 1980;
26
26
ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT 3. Traian Itu, Mihai Tripa – Toleranţe şi ajustaje În Ingineria Mecanică. U.T.PRES,
Cluj-Napoca, 2008;
4. Ball & Roller Bearings , Koyo Seiko CO.,LTD, cat.no.203E-1;
5. http://www.keller-kalmbach-shop.de/shop/kataloge/index.php;
6. Curs Organe de maşini;
27
27
Recommended