ANTON DAVIDESCU

ORGANE DE MAINI

CURS DESTINAT STUDENILOR FACULTII DE INSTALAII DIN U.T.C.B.

BUCURETI- 2011

2

3

CUPRINS

NOIUNI INTRODUCTIVE... 1. OSII I ARBORI... 1.1. Definire; rol funcional; materiale............................................................ 1.2. Calculul arborilor i osiilor....................................................................... 1.2.1. Stabilirea regimurilor i a categoriilor de solicitare ale arborilor i osiilor................................................................................................................ 1.2.2. Predimensionarea osiilor i arborilor solicitai la ncovoiere................. 1.2.3. Predimensionarea arborilor solicitai exclusiv la rsucire..................... 1.2.4. Predimensionarea arborilor supui solicitrilor compuse (ncovoiere cu rsucire)....................................................................................................... 2. LAGRE..................................................................................................... 2.1. Definire; clasificarea lagrelor.. 2.2. Lagre cu alunecare................................................................................... 2.2.1. Forme constructive ale fusurilor de alunecare... 2.2.2. Calculul lagrelor cu alunecare radiale.................................................. 2.3. Lagre cu rostogolire (rulmeni)... 2.3.1. Clasificarea rulmenilor ; variante constructive. 2.3.2. Calculul rulmenilor... 2.3.3. Scheme de rezemare a arborilor(sau osiilor) prin intermediul lagrelor de rostogolire.................................................................................................... 3. ASAMBLRI PRIN FILET. 3.1. Aspecte generale; clasificare 3.2. Elementele geometrice ale filetelor; materiale utilizate la fabricarea uruburilor i a piulielor................................................................................. 3.3. Frecarea i condiia de autofrnare........................................................... 4. ASAMBLRI CU PENE........................................................................... 4.1. Asamblri cu pene longitudinale fr strngere........................................ 4.2. Asamblri cu pene transversale fr strngere..........................................

5

7

79

101212

13

15

15161618202123

25

28

28

2931

36

3639

4

5. RECIPIENTE............................................................................................. 5.1. Definire; clasificare; elemente constructive.............................................. 5.2. Calculul grosimii mantalei pentru un recipient cu perei subiri, solicitat pe suprafaa concav........................................................................................ 5.3. Calculul nveliurilor cu perei groi solicitate la interior........................ 5.4. Racorduri.................................................................................................. 5.5. Compensarea orificiilor............................................................................ 5.5.1. Calculul inelelor de compensare............................................................ 5.5.2. Calculul compensatorilor cu tu ngroat sau cu buce 6. ARMTURI... 6.1. Armturi de comand 6.2. Armturi de reinere.................................................................................. 6.3. Armturi de reglare................................................................................... 6.4. Armturi de siguran 7. ETANRI. 7.1. Definire; clasificare................................................................................... 7.2. Etanri cu contact direct.......................................................................... 7.3. Etanri cu element intermediar................................................................ 7.3.1. Pentru suprafee aflate n micare relativ............................................. 7.3.2. Etanri fixe... 7.4. Etanri fr contact. ANEXE BIBLIOGRAFIE

41

41

444951535355

57

57606365

67

676768687072

75

107

5

NOIUNI INTRODUCTIVE Organul de main este o pies simpl sau complex, ce intr n componena mainilor, a instalaiilor, avnd un rol funcional i constructiv bine determinat. Fiecare organ de main poate fi studiat, proiectat i executat n mod independent. Dup destinaie organele de maini pot fi clasificate n:

Organe de maini de uz general Organe de maini speciale

1. Organele de maini de uz general: Organe de asmblare: uruburi, piulie, tifturi, boluri,

pene, arbori i butuci canelai, arcuri. Organe pentru transmiterea micrii:

o Organe auxiliare transmisiilor: osii i arbori, lagre, cuplaje.

o Transmisii mecanice: transmisii prin curele, prin lanuri, angrenaje.

2. Organele de maini speciale: cilindri de motor, pistoane, arbori cotii, trolii, fitinguri, armturi, recipiente, etc.

Disciplina Organe de maini are drept obiectiv, stabilirea bazelor teoretice pentru calculul i construcia organelor, innd cont de cerinele funcionale ale mainii (instalaiei) din care acestea fac parte. Etapele proiectrii unui organ de main sunt urmtoarele:

Stabilirea ncrcrilor( fore, momente) ce acioneaz asupra organului, precum i a condiiilor de lucru cele mai dezavantajoase.

Stabilirea formei constructive i a materialului, lund n considerare cerinele funcionale, tehnologia de fabricare preconizat, standardele i normele specifice n vigoare.

Determinarea rezistenelor admisibile, lund n considerare materialul utilizat, forma piesei, tipul solicitrii (static sau variabil), condiiile de exploatare.

Calculul seciunilor specifice (etapa de predimensionare). Calculul de verificare. Adoptarea unor dimensiuni standardizate Elaborarea desenului de execuie a organului de main.

6

7

1.OSII I ARBORI 1.1. Definire; rol funcional; materiale Osiile i arborii sunt organe de maini ce au rolul de a susine organele aflate n micare de rotaie. Osiile nu transmit i momente de rsucire, fiind solicitate exclusiv la ncovoiere. Suplimentar, arborii au i rol de transmitere a micrii prin intermediul organelor pe care le susin (roi dinate, roi de curea, roi de lan, cuplaje, etc.). Prin urmare arborii sunt supui unor solicitri complexe, de ncovoiere i rsucire. Osiile (fig.1.1) pot fi clasificate (dup gradul de mobilitate) n:

Osii fixe Osii rotative (cele care se rotesc solidar cu organele de main fixate pe

acestea)

Arborii pot fi clasificai (dup domeniul de utilizare) n:

Arbori cu destinaie general (fig.1.2): sunt arbori drepi, de regul cu seciune cilindric (netezi sau n trepte), arbori canelai, arbori pinion, etc.

8

Arbori cu destinaie special: care n afar de rolurile de susinere a organelor de main i de transmitere a momentelor de rsucire, au i rolul de a transforma micarea de rotaie n micare de translaie (arbori cotii, arbori cu came, arbori cu excentric, etc.).

Arborele I: este solicitat la ncovoiere i rsucire pe tronsonul D-C i exclusiv la rsucire pe tronsonul C-B. Arborele II: este solicitat la ncovoiere pe trosonul A-C, la ncovoire i rsucire pe tronsonul C-B i exclusiv la rsucire pe tronsonul B-E. Materialele utilizate la arbori i osii sunt alese n funcie de condiiile de funcionare impuse i de tehnologia de fabricare adoptat.

La arborii supui solicitrilor uoare i medii se utilizeaz oeluri carbon: OL50, OL60, OL70 (SR500); aceste materiale nu necesit alte tratamente termice n afar de normalizare.

9

La arborii supui unor solicitri medii, dar care suplimentar trebuie s ndeplineasc cerine de duritate ridicat pentru unele suprafee, sunt utilizate oelurile carbon de calitate: OLC35, OLC45, OLC50 (SR880); aceste oeluri necesit un tratament termic de mbuntire.

La arborii puternic solicitai sunt utilizate oelurile aliate: 41MoCr11, 40Cr10, 51VMnCr11 (SR791).

n cazul arborilor de dimensiuni mari, avnd forme complexe, se utilizeaz fonte cu grafit nodular: Fgn800, Fgn900, Fgn1000 (SR ISO 1083), precum i fontele maleabile perlitice: Fmp450, Fmp500, Fmp550 (SR ISO 5922). Semifabricatele acestori arbori (realizai din font) se obin prin turnare.

1.2. Calculul arborilor i osiilor Osiile i arborii trebuie s ndeplineasc urmtoarele cerine:

Condiia de rezisten la solicitri:

o n a

n ac c

unde: n -tensiunea nominal; a -tensiunea admisibil; cn- coeficient de siguran nominal; ca- coeficient de siguran admisibil.

Condiii de rigiditate: se refer la limitarea deformaiilor de ncovoiere (sgei- f, sau unghiuri- ), precum i a deformaiilor la rsucire ( )

o n a

n a

n a

f f

Condiii de stabilitate la vibraii: o Evitarea fenomenului de rezonan o Limitarea de formaiilor dinamice (cauzate de prezena vibraiilor)

Condiii de stabilitate la flambaj. Metodica de calcul presupune urmtoarele aproximri succesive: efectuarea unei predimensionri urmat de proiectarea concret, iar apoi efectuarea calculului de verificare. n cursul efecturii calculului de verificare se poate creea situaia de a modifica dimensiunile stabilite anterior. Prin urmare, la proiectarea arborilor i osiilor se vor parcurge urmtoarele etape:

I. Stabilirea sarcinilor a modelului de calcul i a regimurilor i categoriilor de solicitri.

II. Predimensionarea pe baza datelor iniiale, folosind ipoteze i calcule simplificatoare. Calculul se face n toate seciunile importante, stbilind dimensiunile din condiiile de rezisten la solicitrile respective.

III. Proiectarea formei concrete pe baza dimensiunilor stabilite n etapa anterioar, innd seama de urmtoarele criterii:

10

a. Dimensiunea adoptat trbuie s aib o valoare superioar celei calculate s aparin seriei dimensiunilor nominale standardizate.

b. Cerine de asamblare. c. Considerente tehnologice d. Cerine impuse de tehnologia de montaj.

IV. Verificarea la alte condiii: rezistena la oboseal, limitarea deformaiilor, verificarea la vibraii, mpiedicarea flambajului, etc.

1.2.1. Stabilirea regimurilor i a categoriilor de solicitare ale arborilor i

osiilor n tabelul 1.1 sunt prezentate regimurile i categoriile de solicitare la ncovoiere pentru osiile fixe.

n tabelul 1.2 sunt prezentate regimurile i categoriile de solicitare la ncovoiere pentru osii mobile i arbori, iar n tabelul 1.3 regimurile i categoriile de solicitare la rsucire pentru arbori.

11

12

1.2.2. Predimensionarea osiilor i arborilor solicitai la ncovoiere Pentru fiecare seciune, a arborelui sau osiei, se pune condiia de rezisten la solicitarea de ncovoiere (relaia de verificare):

( )ini ai nMW = (1.1) unde: Mi[Nmm]- momentul ncovoietor din seciunea de calcul; W[mm3]- modulul de rezisten axial; (ai)n[N/mm2]- tensiunea admisibil la ncovoiere pentru categoria de solicitare n. n cazul seciunilor circulare pline, de dimametru d, va rezulta:

330,1

32dW d = (1.2)

n cazul seciunilor inelare, cu diametrul interior d0, va rezulta: ( ) ( )3 30 3 3 00,1 1 ;32

d d dW d k kd

= = (1.3) nlocuind expresiile (1.2) respectiv (1.3) n (1.1) vor rezulta relaiile de predimensionare (1.4) i (1.5) ce se refer la seciunile circulare pline respectiv la seciunile inelare:

( )310 i

ai n

Md

(1.4)

( ) ( )3 310

1i

ai n

Mdk

(1.5)

1.2.3. Predimensionarea arborilor solicitai exclusiv la rsucire Pentru fiecare seciune a arborelui, solicitat exclusiv la rsucire, se pune condiia de rezisten (relaia de verificare):

( )rnr ar np

MW

= (1.6) unde: Mr[Nmm]- momentul de rsucire n seciunea de calcul;

13

Wp[mm3]- modulul de rezisten polar; (ar)n[N/mm2]- tensiunea admisibil la rsucire pentru categoria de solicitare n. Modulul de rezizten polar, Wp, va avea urmtoarele expresii pentru seciuni circulare pline, (1.7), iar pentru seciuni inelare (1.8):

330,2

16pdW d = (1.7) ( ) ( )3 30 3 30, 2 1

16pd d

W d k = (1.8)

nlocuind expresiile (1.7) respectiv (1.8) n (1.6) vor rezulta relaiile de predimensionare (1.9) i (1.10) ce se refer la seciunile circulare pline respectiv la seciunile inelare:

( )35 r

ar n

Md

(1.9)

( ) ( )3 35

1r

ar n

Mdk

(1.10)

1.2.4. Predimensionarea arborilor supui solicitrilor compuse (ncovoiere cu

rsucire) Solicitrile compuse sunt cele mai des manifestate n cazul arborilor. Abordarea acestui aspect presupune mai nti stabilirea unei tensiuni echivalente la ncovoiere, ei. Aceasta, conform relaiei de verificare, va fi comparat cu tensiunea admisibil la ncovoiere:

( ) ( ),ei ni nr ai nf = (1.11) Rezistena materialelor a stabilit mai multe ipoteze de rezisten la rupere. n cazul oelurilor, cea mai potrivit este ipoteza III-a (aplicabil materialelor tenace), conform acestei ipoteze va rezulta:

( )22 ''4ei ni III nr = + (1.12) ( )22 ''ei i III rM M M= + (1.13)

unde: ''III - coeficient de corecie corespunztor teoriei a III-a din rezistena materialelor. Acesta se determin prin urmtoarea expresie:

14

( )( )'' 2

ai nIII

ar n

= (1.14) innd cont de relaiile (1.11), (1.12) i (1.13) va rezulta relaia de verificare :

( ) ( )2 2 2'' 2 ''142

i eirei III i III r ai n

M MM M MW W W W

= + = + = (1.15) Dac n aceast relaie vom introduce expresiile modulului de rezisten axial (1.2) respectiv (1.3), vor rezulta relaiile de predimensionare (1.16) i (1.17) utilizate la seciuni circulare pline, respectiv la seciuni inelare :

( )310 ei

ai n

Md

(1.16)

( ) ( )3 310

1ei

ai n

Mdk

(1.17)

15

2.LAGRE 2.1. Definire; clasificarea lagrelor. Lagrele sunt organe de maini care preiau ncrcrile radiale i axiale ale unui arbore (sau osie), permind acestuia doar micare de rotaie sau oscilaie n jurul axei sale i totodat asigurnd sprijinirea arborelui (sau osiei). Lagrele pot fi clasificate utiliznd mai multe criterii:

Dup tipul frecrii: o Lagre cu alunecare o Lagre cu rostogolire

Dup direcia sarcinii: o Lagre radiale o Lagre radial-axiale o Lagre axiale

Dup regimul de frecare-ungere: o Lagre cu frecare uscat limit o Lagre cu frecare mixt o Lagre cu frecare fluida

La lagrele cu alunecare rezemarea arborelui se realizeaz prin intermediul unei cuple cinematice format format dintr-o poriune a arborelui, numit fus de alunecare, i piesa de rezemare a lagrului, numit cuzinet (fig.2.1).

Lagrele cu rostogolire (rulmenii) sunt organe de maini care asigur sprijinirea arborelui prin intermediul unor corpuri de rostogolire (bile sau role) plasate ntre dou elemente ale rulmentului, numite inele. Unul dintre inele se asambleaz la organul rotitor (arbore sau osie), iar cellalt la partea fix (carcasa). n acest fel micarea de rotaie a arborelui este realizat prin frecare de rostogolire (fig.2.2).

16

2.2. Lagre cu alunecare Lagrele cu alunecare se utilizeaz mai rar (n comparaie cu rulmenii), i numai n anumite condiii specifice cum ar fi:

La ncrcri specifice mari, atunci cnd funcionarea are loc n prezena unor ocuri i vibraii importante.

La dimensiuni de montaj mari. n condiii de montaj care necesit demontarea lagrului n plan radial ( de

exemplu la sprijinirea arborilor cotii). 2.2.1. Forme constructive ale fusurilor de alunecare Fusurile radiale cilindrice ale arborilor, pot asigura (sau nu) i sprijinirea axial a arborelui. n funcie de aceast posibilitate a sprijinirii axiale, putem distinge trei variante constructive de fusuri :

a) Fus radial cilindric fr umeri (fig.2.3). n acest caz arborele are dou grade de libertate i anume : rotaia n jurul axei longitudinale i deplasarea axial spre stnga i spre dreapta.

b) Fus radial cilindric cu un umr de sprijin (fig.2.4). i la aceast soluie constructiv arborele are dou grade de libertate : rotaie n jurul axei i deplasare axial. ns deplasarea axial se poate face ntr-un singur sens ( n exemplul din fig.2.4 deplasarea axial a arborelui este posibil numai spre dreapta). Pentru a se realiza o sprijinire axial corect este necesar ndeplinirea condiiei rc>rf ( rc- raza de racordare a cuzinetului; rf- raza de racordare a fusului).

c) Fus radial cilindric cu doi umeri de sprijin (fig.2.5). n acest caz arborele deine un singur grad de libertate : rotaie n jurul axei longitudinale. Deplasrile axiale sunt mpiedicate de prezena celor doi umeri de sprijin. Rezemarea axial corect impune prezena unui joc axial ja=0,20,5mm. Acest joc axial are rolul de a prelua efectele fenomenului termic, ce se manifesta la orice cupl cinematic.

17

18

2.2.2. Calculul lagrelor cu alunecare radiale Dimensiunile fusurilor sunt cele care determin i dimensiunile lagrelor. La calculul fusurilor trebuiesc ndeplinite urmtoarele cerine (criterii):

1. Condiia de asigurare a ungerii; 2. Condiia de limitare a nclzirii; 3. Condiia de rezisten; 4. Condiia de bun rezemare.

Primele dou condiii pot fi tratate fie printr-un calcul simplificat (aproximativ), fie utiliznd un calcul foarte precis.

La calculul simplificat este pus condiia ( ) ( ). .m nom admp v p v , unde pm este presiunea medie fus/cuzinet, iar v reprezint viteza tangenial a fusului. Acest calcul un ine cont de diagramele reale ale presiunii fus/cuzinet.

La calculul exact se ine cont de teoria hidrodinamic a ungerii, algoritmul de calcul va asigura o funcionare optim, din punct de vedere tribologic, a cuplei cinematice fus-cuzinet.

19

Condiia de bun rezemare este determinat de limitarea deformrii prin ncovoiere a arborelui pe reazeme. Deci va fi limitat sgeata unghiular la covoiere a arborelui, astfel nct s fie ndeplinit condiia: n a < ( n- sgeat nominal; a- sgeat admisibil). A. Calculul fusurilor de capt din condiia de rezisten Considernd schema de ncrcare a unui fus de capt, din fig. 2.6, i innd cont de faptul c acesta este supus exclusiv la ncovoiere, atunci poate fi scris condiia de verificare la rezisten:

ni ai (2.1) ( )ini ai nMW = (2.2)

Dar: 3

31 ; 0,12 32i

l dM R W d = = (2.3) nlocuind relaiile (2.3) n (2.2) va rezulta relaia de predimensionare:

( )135

ai n

R ld

(2.4)

Se poate ine cont de valorile uzuale ale raportului: 0,5...0,8.lkd

= = astfel nct relaia (2.4) permite determinarea celor dou dimensiuni caracteristice ale unui lagr, lugimea fusului i diametrul acestuia.

B. Calculul fusurilor intermediare din condiia de rezisten Fusurile intermediare sunt acelea care sunt solicitate la ncovoiere i rsucire, prin urmare sunt supuse solicitrilor compuse. Dac se analizeaz schema de ncrcare din fig.2.7, atunci este oportun condiia de verificare la rezisten:

20

( )eiei ai nMW = (2.5) Dar

330,1

32dW d = i astfel ( )310 eiei ai nMd

= (2.6) Momentul echivalent (respectnd ipoteza a-III-a la rupere) se poate determina utiliznd expresia:

( )22 ''ei i III rM M M= + (2.7) Relaia de predimensionare a fusului va avea forma:

( )310 ei

ai n

Md

(2.8)

2.3. Lagre cu rostogolire (rulmeni) Lagrele cu rostogolire prezint o serie de avantaje n raport cu cele de alunecare, i anume:

Pierderi mai reduse prin frecare Pornire mai uoar Dezvoltare de cldur mai redus Fusurile arborilor nu se uzeaz Nu necesit rodaj Consum mic de lubrifiant Dimensiuni mici ale fusului (lungime) Tipizare la scar internaional

21

2.3.1. Clasificarea rulmenilor ; variante constructive Se poate face o clasificare a rulmenilor, utiliznd urmtoarele criterii:

1. Dup direcia sarcinilor preluate de rulment a. Rulmeni radiali (preiau ncrcri radiale, dar i axiale ce au valori

reduse) b. Rulmeni radiali-axiali c. Rulmeni axiali-radiali d. Rulmeni axiali

2. Dup forma corpurilor de rostogolire a. Rulmeni cu bile b. Rulmeni cu role cilindrice c. Rulmeni cu role conice d. Rulmeni cu role butoi e. Rulmeni cu ace (diametrul rolelor nu depete 5mm)

3. Dup numrul rndurilor corpurilor de rostogolire a. Rulmeni pe un rnd b. Rulmeni pe dou rnduri c. Rulmeni pe mai multe rnduri (foarte rari)

Rulmeni radiali cu bile pe un rnd Aceti rulmeni (fig. 2.8) preiau n principal sarcini radiale (R) dar i sarcini axiale (A) cu valori mici (maximum 20% din valoarea sarcinilor radiale).

Rulmeni radiali-axiali cu bile pe un rnd Cile de rulare ale acestor rulmeni sunt mai adnci, permind preluarea unor ncrcri axiale mai mari dect la rulmenii precedeni, dar aceste sarcini axiale sunt preluate numai ntr-un singur sens (fig. 2.9).

22

Rulmeni radial-axiali cu role conice pe un rnd Corpurile de rostogolire au form de trunchi de con, de asemenea cile de rulare sunt tronconice (fig. 2.10). Aceti rulmeni preiau att sarcini radiale ct i sarcini axiale mari (comparabile valoric cu cele radiale). Sarcinile axiale sunt preluat ntr-un singur sens.

Rulmeni axiali cu bile pe un rnd Corpurile de rostogolire (bilele) se rostogolesc ntre dou ci de rulare prelucrate pe suprafeele frontale ale celor dou inele. Inelul superior este rotitor (solidar cu arborele) iar cel inferior este fix (solidar cu carcasa). Aceti rulmeni preiau numai sarcini axiale (A), ntr-un singur sens (fig. 2.11).

23

Rulment radial-axial cu bile pe dou rnduri Acest tip de rulment(fig.2.12) este capabil de a prelua sarcini radiale mult mai mari dect rulmenii radiali-axiali cu bile pe un rnd. Sarcinile axiale sunt comparabile ca mrime cu cele radiale.

Fig.2.12 : Rulment radial axial cu bile pe

dou rnduri

Rulment radial-oscilant cu bile pe dou rnduri La aceti rulmeni( fig.2.13) contactul dintre bile i calea de rulare a inelului exterior se realizeaz punctiform, deci sarcinile axiale preluate au valori mici. Inelul interior fa de cel exterior poate oscila, permind astfel preluarea deformaiilor de ncovoiere ale arborelui. Sgeata unghiular a deformaiei la ncovoiere poate avea valori limit 02...3 . 2.3.2. Calculul rulmenilor A. Criteriul sarcinii statice admisibile Una din cauzele de deteriorare a rulmenilor este depirea local a limitei de curgere a materialului, situaie ce poate produce striviri locale ale corpurilor de rostogolire sau ale cilor de rulare. Se poate admite ca nefiind periculoas o

24

deformaie plastic , n relaie cu diametrul corpurilor de rostogolire, Dw, de urmtoarea form :

410 wD (2.9)

Din aceast condiie se are n vedere limitarea ncrcrilor la valori mai mici, cel mult egale, cu acele sarcini care ar putea produce deformaii periculoase. Aceast relaionare este de forma :

0 0P C (2.10) unde : P0(Fr,Fa)- sarcina static echivalent C0- sarcina static de baz.

Fig.2.13 : Rulment radial-oscilant cu bile pe dou

rnduri

B. Criteriul durabilitii la uzura de oboseal Acest criteriu are la baz evitarea uzurii de oboseal de tip pitting (ciupituri), pentru o anumit durabilitate dat, exprimat n ore de funcionare (Lh). Pentru rulmenii radiali i radial-axiali durabilitatea nominal poate fi exprimat prin:

10

p

r

r

CLP

= (2.11)

unde: L10-durabilitatea nominal a rulmentului pentru o fiabilitate de 90%,

exprimat n milioane de rotaii. Cr- sarcina radial dinamic de baz, determinat experimental. Pr- sarcina real dinamic echivalent, corespunztoare ncrcrii lagrului:

,r r aP X F Y F= + unde coeficienii X i Y au valorile indicate n SRISO 281-1994 n funcie de tipul rulmentului.

25

p- exponent cu valorile: p=3 pentru rulmenii cu bile; p=10/3 pentru rulmenii cu role.

Din relaia (2.11) se poate determina sarcina radial dinamic necesar, Cnr:

1

10p

nr rC L P= (2.12) Valoarea acestui parametru, pentru alegerea rulmentului, se compar cu CrSTAS:

rSTAS nrC C (2.13) 2.3.3. Scheme de rezemare a arborilor(sau osiilor) prin intermediul lagrelor de rostogolire. O regul important, ce necesit maxim atenie, este urmtoarea: sprijinirea axial a arborelui n ambele sensuri, trebuie s se realizeze ntr-un singur loc pentru a se evita apariia unor suprasolicitri, ce pot depi capacitatea nominal a rulmentului. Pot fi considerate urmtoarele categorii de rulmeni:

1. Pentru rulmenii radiali sau radiali axiali: Categoria A: pot prelua sarcini axiale n ambele sensuri. Categoria B: pot prelua sarcini axiale ntr-un singur sens. Categoria C: nu pot prelua sarcini axiale.

2. Pentru rulmenii axiali: Categoria D: pot prelua sarcini axiale n ambele sensuri. Categoria E: pot prelua sarcini axiale ntr-un singur sens.

Scheme de rezemare de tip I La astfel de scheme de rezemare sarcinile axiale sunt preluate n ambele sensuri ntr-un singur reazem. n figura 2.14 sunt prezentate ase variante derivate privind schemele de tip I (schema I.1...schema I.6). n aceste scheme sunt utilizai rulmeni din categoriile: A,B,C i D. Scheme de rezemare de tip II Sarcinile axiale sunt preluate tot n ambele sensuri, dar pe dou reazeme diferite. La aceste soluii de rezemare este necesar existena unui joc axial (jA=0,2...0,3mm) pentru compensarea dilatrii liniare a arborelui. n lipsa unui astfel de joc axial, prin dilatarea pe direcie axial a arborelui, s-ar introduce eforturi axiale suplimentare pe rulmeni, conducnd la scderea fiabilitii acestora. n figura 2.15 sunt prezentate dou variante derivate privind schemele de tip II (schemele II.1 i II.2). n aceste scheme sunt utilizai rulmeni din categoria B.

26

Fig.2.14: Scheme de rezemare de tip I

a)schema I.1; b)schema I.2; c)schema I.3; d)schema I.4; e)schema I.5; f)schema I.6.

27

Fig.2.15: Scheme de rezemare de tip II

a)schema II.1; b)schema II.2.

28

3. ASAMBLRI PRIN FILET 3.1 Aspecte generale; clasificare. Organele de maini pot fi asamblate ntre ele i prin utilizarea filetelor. Asamblrile filetate fac parte din categoria asamblrilor demontabile. Una dintre piese este prevzut cu filet interior- ntlnit de cele mai multe ori sub form de piuli- iar cealalt este prevzut cu filet exterior- pies care este ntlnit n multe cazuri sub form de urub. Elementul principal al unei asamblri filetate este filetul. Filetul este o nervur elicoidal cu pas constant, dispus pe o suprafa cilindric (cel mai frecvent) sau conic. Un filet este generat de un profil oarecare, ce se deplaseaz pe o elice. Aceast elice poart numele de elice directoare , iar profilul ce genereaz filetul poart numele de profil generator. n unele cazuri filetele pot fi generate pe mai multe elice paralele nfurate n acelai sens. Acestea sunt filetele cu mai multe nceputuri. n figura 3.1 este prezentat o elice cilindric directoare, precum i elementele acesteia.

nlimea la care va ajunge elicea, dup ce a efectuat o rotaie complet, poart numele de pas, p (pasul elicei). Unghiul de nclinare a spirei elicei, , este unghiul pe care l formeaz linia elicoidal cu un plan perpendicular pe axa cilindrului de nfurare. ntre p, i d (diametrul cilidrului de nfurare) exist relaia:

ptgd

= (3.1)

29

Clasificarea filetelor se poate face utiliznd diferite criterii, unele dintre acestea fiind prezentate n continuare:

1. Dup forma elicei directoare a. Filete cilindrice b. Filete conice

2. Dup sensul de nfurare a elicei a. Filete pe dreapta b. Filete pe stnga

3. Dup numrul de nceputuri a. Filete cu un nceput b. Filete cu mai multe nceputuri

4. Dup profilul generator a. Filete cu profil triunghiular b. Filete cu profil ptrat c. Filete cu profil fierstru d. Filete cu profil trapezoidal e. Filete cu profil rotund

5. Dup mrimea pasului a. Filete cu pas fin b. Filete cu pas normal c. Filete cu pas mare.

Utilizarea filetelor pe scar larg, drept soluie de realizare a unei asamblri demontabile, este legat de avantajele pe care le asigur acestea:

Gabarit redus. Fore de strngere mari n condiiile unei fore de acionare (fora necesar realizrii asamblrii filetate) relativ redus.

Asigurarea etanrii (la filetele pentru evi, filete conice, semiunghiul conului de nfurare are valoarea 104724).

Tehnologie de execuie simpl. Dar asmblrile filetate prezint i unele dezavantaje:

Filetul este un puternic concentrator de tensiune (la asamblrile solicitate dinamic trebuiesc luate msuri privind rezistena materialului la uzura de oboseal).

Exist riscul de autodeurubare la acele asamblri care funcioneaz n prezena vibraiilor (trebuiesc luate msuri suplimentare de mpiedicare a autodeurubrii- soluii exist).

3.2. Elementele geometrice ale filetelor; materiale utilizate la fabricarea uruburilor i a piulielor. Elementele geometrice ale filetelor sunt urmtoarele:

30

- unghiul profilului filetului; p- pasul filetului; d- diametrul exterior al urubului (diametrul nominal al asamblrii filetate); D- diametrul interior al piuliei; d2, D2- diametrul mediu al urubului, respectiv al piuliei; d1, D1- diametrul interior minim al urubului, respectiv exterior minim al piuliei;

H1, H2,- nlimea total, respectiv nlimea util a filetului; - unghiul de nfurare al elicei.

n figura 3.2 sunt exemplificate aceste elemente geometrice pentru filete triunghiulare, ptrate i trapezoidale.

Materialele din care sunt fabricate uruburile (n mod uzual) sunt oelurile de diferite mrci: nealiate, slab aliate sau aliate. ntruct la uruburi intereseaz n special rezistena la rupere (r) i limita de curgere (c), prin STAS 2700/3-89, oelurile au fost mprite n grupe de caracteristici mecanice. Acestea sunt notate

31

prin intermediul a dou grupe de cifre (desprite de un punct). Marcajul imprimat pe capul urubului reprezint grupa de caracteristici mecanice a oelului din care este fabricat urubul. Aceste grupe sunt:

3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.8; 8.8; 10.9; 12.9

Prima cifr exprim 1 [ ]100 r

MPa . A doua cifr exprim 10 cr

. De exemplu pentru

grupa 5.6 , oelul urubului are r=500[Mpa] iar c=300[Mpa]. Piuliele sunt executate de regul din aceleai materiale ca i uruburile i sunt mprite, de asemenea, n grupe de caracteristici mecanice (conform STAS 2700/4-89) dup cum urmeaz:

04; 05; 4; 5; 6; 8; 10; 12

Numrul prin care este simbolizat grupa exprim: 1 [ ]100 r

MPa . Primele dou grupe ( 04 i 05) sunt grupe cu portan moderat, nerecomandat asamblrilor filetate supuse unor solicitri dinamice. 3.3. Frecarea i condiia de autofrnare Un interes deosebit la asamblrile cu filet, este acela al determinrii momentelor necesare strngerii (Mrs) i desfacerii (Mrd) n legtur cu fora axial (F- fora de strngere a urubului) i cu elementele geometrice ale filetului). A. Determinarea momentului de frecare dintre urub i piuli Deplasarea piuliei fa de urub (alunecarea relativ ntre flancurile filetului urubului i cele ale filetului piuliei), poate fi modelat ca fiind deplasarea pe un plan nclinat (desfurata plan a spirei mediane), a unui corp cu greutatea F, deplasare produs de aplicarea n plan orizontal a unei fore Ft (for tangent la cilindrul median de diametru d2). Se consider sarcina F ca fiind aplicat axial, i fiind preluat prin intermediul presiunii de contact, p, pe ntreaga suprafa a spirelor aflate n contact. Schematizarea contactului urub-piuli este ilustrat n figura 3.3. Piulia se afl n echilibru dac este ndeplinit condiia:

0;(3.2)t fN F F F+ + + =JJG JG JJG JJG

Se poate considera poligonul forelor pentru stngerea piuliei (figura 3.4.b), respectiv poligonul forelor pentru desfacerea piuliei (figura 3.4.a). De la analiza grafic a celor dou poligoane se va putea determina fora tangenial necesar Ft pentru ambele situaii: strngere Fts i desfacere Ftd

32

( )2tsF F tg = + (3.3) ( )2dF F tg = (3.4)

Cunoscnd astfel expresiile forelor tangeniale, se poate determina momentul de rsucire pentru strngerea/desfacerea piuliei utiliznd relaia:

( )2 2, , 22 2rs d ts dd dM F F tg = = (3.5)

unde: - semnul (+) este utilizat la Mrs; - semnul (-)este utilizat la Mrd;

33

- este unghiul de frecare: =Ff/N=tg. Informativ coeficientul de frecare =0,0180,18 pentru contact lubrifiat iar pentru contact nelubrifiat =0,150,38 n cazul cuplului de materiale oel-oel. Aceste ipoteze de calcul sunt valide pentru filete la care flancurile profilului sunt perpendiculare pe axa filetului (filet ptrat). n cazul filetelor cu flancuri nclinate (triunghiular, trapezoidal, fierstru) este necesar o corecie, iar pentru aceasta vom considera schematizarea din figura 3.5.

Din analiza fig.3.5 se poate calcula fora de frecare 'fF cu relaia: ' '

cos2

f NNF F N = = = (3.6)

n care - coeficient de frecare aparent. '

cos2

= (3.7)

Prin nlocuirea lui cu i a lui cu , se pot obine din relaiile (3.3),(3.4) i (3.5) expresiile forelor tangeniale necesare strngerii i desfacerii (Fts,d), precum i expresiile momentelor de rsucire (Mrs,d), n cazul filetelor cu flancuri nclinate fa de ax: ( )' ', 2ts dF F tg = (3.8)

( )' '2, 22rs d dM F tg = (3.9)

34

B. Condiia de autofrnare Dac unghiul elicei, 2, are valori ridicate atunci piulia se poate deuruba sub aciunea sarcinii F. Pentru a nu se ntmpla acest lucru, va trebui ca fora tangenial s aib valoare suficient de mare (mbinare filetat cu autofrnare). Rezult condiia de autofrnare:

'2 (3.10)

Aceast condiie este valabil numai pentru asamblri filetate solicitate static. n cazul solicitrilor dinamice, chiar dac este ndeplinit condiia (3.10), asamblarea se poate slbi datorit influenei ocurilor, vibraiilor. C. Momentul de frecare dintre piuli i suprafaa de reazem Momentul necesar strngerii piuliei pe o suprafa de reazem, presupune nvingerea momentului de frecare din spirele asamblrii, dar i a momentului de frecare dintre suprafaa frontal a piuliei i suprafaa de reazem. Fora axial de strngere, F, d natere unei presiuni de contact pe suprafaa inelar cuprins ntre piuli i suprafaa de sprijin. Presiunea de contact, p1, poate avea expresia:

( )1 2 214

g

FpD d

= (3.11)

Pentru analiza acestei situaii poate fi studiat schema asamblrii din figura 3.6.

35

Momentul de rsucire necesar nvingerii frecrii dintre piuli i suprafaa de reazem, Mrr va fi:

11 / 2 3 32 3 2

2 122 1 2 1 2 2 20

1/ 2 02

3 3gg

DD

grr

d gd

D dr FM p r dr d pD d

= = = (3.12) Momentul total de rsucire necesar strngerii sau desfacerii piuliei va fi:

, ,trs d rs d rrM M M= + (3.13)

36

4. ASAMBLRI CU PENE Pentru transmiterea momentului de torsiune de la arbore la elementele susinute de acesta (roi dinate, roi de curea, cuplaje, etc), este necesar realizarea unei asamblri demontabile de tip arbore-butuc. La o astfel de asamblare, piesa cuprins este arborele iar piesa cuprinztoare este butucul. Dup modul de transmitere a momentului de torsiune, asamblrile arbore-butuc pot fi clasificate n urmtoarele categorii:

1. Asamblri prin form (pene longitudinale, pene transversale, caneluri); 2. Asamblri prin strngere (strngere pe con, inele tronconice, strngere

elastic propriuzis); 3. Asamblri prin form i strngere (pene longitudinale sau transversale cu

strngere). Alegerea unei anumite modaliti de asamblare arbore-butuc ine cont de de urmtoarele criterii principale:

Mrimea i caracterul ncrcrii; Tipul asamblrii (fix sau cu posibiliti de deplasare axial sau unghiular); Frecvena demontrii.

4.1. Asamblri cu pene longitudinale fr strngere Penele longitudinale sunt de dou tipuri:

A. Pene paralele B. Pene disc

A. Penele paralele au form paralelipipedic, cu capete rotunde sau drepte (fig.4.1). Sunt standardizate n trei forme: forma A- cu ambele capete rotunjite; forma B- cu ambele capete drepte; forma C- cu un capt rotunjit i un capt drept, aceast form fiind utilizat exclusiv la capetele de arbori.

Fig.4.1: Pene paralele a-forma A; b-forma B; c-forma C

37

Penele paralele se monteaz longitudinal, n canale executate n arbore i n butuc. ntre faa superioar a penei i fundul canalului din butuc exist un joc, datorat dimensiunilor nominale diferite. Asamblarea cu pan paralel (forma A) este prezentat n figura 4.2.

Fig. 4.2: Asamblare cu pan paralel forma A

Canalele din arbore pentru penele paralele forma A i forma C se execut prin frezare cu frez deget, iar cele pentru forma B se execut prin frezare cu ajutorul frezelor disc. Canalul din butuc este deschis i poate fi executat prin mortezare sau broare (la producia de serie mare). Penele paralele se execut din oeluri carbon sau oeluri carbon de calitate, avnd rezistena la rupere r=500...600MPa. Momentul de torsiune se transmite ntre arbore i pan, respectiv ntre pan i butuc, pana fiind solicitat la strivire i forfecare. Calculul penei presupune parcurgerea urmtoarelor dou etape:

1. Predimensionarea penei din condiia de contact (rezisten la strivire); 2. Verificarea penei alese, din condiia de rezisten la forfecare.

1. Se aleg (din standard) dimensiunile seciunii transversale ale penei: b- limea penei i h-nlimea penei. Aceste dimensiuni sunt alese n funcie de valoarea diametrului arborelui, d. Utiliznd ipoteza simplificatoare: t1=t2=h/2, va rezulta lungimea necesar a penei:

4 [ ]tnecak

Ml mmh d

(4.1)

38

unde: Mt[Nmm]- momentul de torsiune transmis de asamblarea arbore-butuc, ak[MPa]- tensiunea admisibil la strivire. Se va adopta: STAS necl l . 2. Verificarea la forfecare a penei se face utiliznd relaia:

2 tnf af

STAS

Mb l d

= (4.2) unde: nf[MPa]- tensiunea nominal la forfecare; af[MPa]- tensiunea admisibil la forfecare a penei. B. Penele disc se obin din secionarea unui disc de grosime b i diametru D pe nlime h (fig.4.3).

Fig.4.3: Pan disc

Aceste pene se utilizeaz la montarea butucilor, mai ales pe capete de arbore cilindrice sau conice, deoarece este necesar un canal de pan adnc n arbore, canal ce micoreaz seciunea arborelui i introduce un concentrator de tensiune ridicat. Penele disc sunt utilizate la transmiterea momentelor de torsiune mici sau atunci cnd ntre arbore i butuc se pot creea dezaxri unghiulare pe direcie longitudinal cu valori ridicate. O asamblare cu pan disc este prezentat n figura 4.4.

Fig.4.4: Asamblare cu pan disc

39

Penele disc sunt solicitate, ca i cele paralele, la strivire i forfecare. Calculul penelor disc presupune verificarea la strivire precum i verificarea la forfecare. Din standard se aleg dimensiunile penei: b, h, D i t1 n funcie de diametrul arborelui, d.

Verificarea la strivire:

( )12 t

nk akM

d D h t = (4.3)

Verificarea la forfecare: 2 t

nf afM

d D b = (4.4) 4.2. Asamblri cu pene transversale fr strngere Penele transversale sunt perpendiculare pe axa pieselor care se asambleaz i ntre care exist tendina de deplasare relativ axial sau de rotaie. Materialele utilizate la fabricarea penelor transversale sunt:

Oelurile carbon OL50, OL60 i OL70 care nu necesit tratament termic secundar;

Oelurile carbon de calitate OLC35 i OLC45 care sunt utilizate cu un tratament termic de mbuntire;

Uneori se folosesc i oeluri aliate. Penele transversale au seciuni dreptunghiulare (bxh) cu margini rotunjite. Forma penei, pe direcie longitudinal, poate fi trapez isoscel sau dreptunghi. O asamblare cu pan transversal, utilizat la transmiterea momentului de torsiune, este prezentat n figura 4.5.

Fig.4.5: Asamblare cu pan transversal ce transmite moment de torsiune

40

O asamblare cu pan transversal (asamblare tip tij-manon) pentru transmiterea forelor axiale este prezentat n figura 4.6.

Fig.4.6 : Asamblare tip tij-manon cu pan transversal

41

5. RECIPIENTE 5.1. Definire; clasificare; elemente constructive Recipientele: nveliuri metalice sau nemetalice, care depoziteaz fluide n condiii de siguran a etanrii i a rezistenei. Recipiente sub presiune: acele recipiente la care presiunea fluidului coninut depete presiunea atmosferic. Prin faptul c un accident provocat de avarierea unui recipient sub presiune, din varii cauze (proiectare greit, fabricare defectuoas, mentenan necores-punztoare, exploatare necorespunztoare), poate conduce la urmri grave (pagube materiale importante i victime umane), este obligatorie (caracter de lege) respectarea prescripiilor tehnice ISCIR (Inspecia de Stat pentru Controlul Recipientelor Sub Presiune i a Instalaiilor de Ridicat). Normativul C4-ISCIR reglementeaz proiectarea i construcia recipientelor sub presiune. Clasificarea recipientelor se poate face dup diferite criterii, cteva dintre acestea (cele mai importante) fiind prezentate n continuare:

1. Dup poziia de funcionare Recipiente verticale Recipiente orizontale

2. Dup gradul de mobilitate Recipiente fixe (instalate pe reazeme fixe) Recipiente mobile (instalate pe o platform mobil)

3. Dup raportul nD

= (unde: -grosimea mantalei; Dn-diametrul mantalei) Recipiente cu perei subiri: 0,1 < Recipiente cu perei groi: 0,1

4. Dup forma recipientului Recipiente cilindrice Recipiente conice Recipiente sferice

5. Dup suprafaa pe care se exercit presiunea Recipiente solicitate pe suprafaa concav (la interior) Recipiente solicitate pe suprafaa convex (la exterior)

6. Dup tehnologia de execuie Recipiente obinute prin sudare (manta, funduri). Acestea sunt utilizate la

presiuni nominale, Pn[bar], de ordinul zecilor. Recipiente obinute prin forjare. Acestea sunt utilizate la presiuni

nominale, Pn[bar], de ordinul sutelor.

42

Recipiente cu manta multistrat. Mantaua este fabricat din elemente inelare concentrice, asamblate ntre ele prin fretare. Aceste recipiente sunt utilizate la presiuni nalte, de ordinul miilor de bari.

Elementele constructive ale recipientelor sunt urmtoarele (Fig.5.1 i Fig.5.2):

Fig.5.1: Recipient vertical

Fig.5.2: Recipient orizontal

1. Mantaua recipientului -poz.1- (corpul recipientului) este executat din tabl, prin roluire cu ajutorul unor valuri. Obinerea corpului cilindric este finalizat

43

prin sudarea pe generatoare (sudur cap la cap) a semifabricatului roluit. Roluirea se face la rece dac 20

2nD s

s+ > , unde s[mm] este grosimea tablei iar

Dn[mm] este diametrul interior al mantalei, sau la cald, dac 202nD s

s+ .

Mantaua poate fi executat i din virole, asamblate ntre ele prin sudur. Fiecare virol (element inelar) se obine din tabl, prin roluire, sudat pe generatoare. 2. Fundurile recipientului poz.2- (de regul elipsoidale) pot fi obinute din tabl, debitat sub form de disc, care apoi este ambutisat (procedeu de deformare plastic) pentru a cpta profilul eliptic. Pentru diametre mari fundurile pot fi executate din tabl debitat n form de segmente de cerc (fig.5.3a) sau n form de petale (fig.5.3b). Aceste elemente (segmente sau petale) sunt deformate plastic prin ambutisare sau forjare iar apoi sunt asamblate prin sudur, rezultnd subansamblul sudat denumit fund.

Fig.5.3: Construcia fundurilor de recipient

a-din segmente de cerc; b- din petale

3. Gura de verificare (sau gura de vizitare)-poz.3- are rolul de a permite inspecia interioar a recipientului. Gura de verificare are dimensiuni standardizate (400...600 mm) i este alctuit dintr-un corp cilindric (sudat la manta) i un capac de nchidere. Fixarea capacului la corpul gurii se face cu uruburi i piulie, iar etanarea capac-gur se realizeaz prin intermediul unei garnituri de etanare. 4. Sistemul de rezemare a recipientului poz.4- este constituit din suporturi de sprijin i au rolul de a asigura stabilitatea poziiei recipientului. Suporturile de sprijin pot fi de tip picior ( 3 sau 4 picioare sudate la fundul inferior al recipientului), pentru recipientele verticale, sau de tip a (2 suporturi sudate la manta), pentru recipientele orizontale. 5. Sistemul de ridicare poz.5- este necesar manipulrii recipientului la operaiile de tranport i montaj. n cazul recipientelor verticale sunt utilizate trei urechi de ridicare, sudate la fundul superior al recipientului. n cazul recipientelor orizontale sunt utilizai patru butoni de ridicare, sudai cte doi la extremitile mantalei, poziionai diametral opui.

44

6. Racorduri poz.6. Racordurile sunt elementele de legtur ale recipentului cu restul instalaiei sau cu mediul nconjurtor (racordul de aerisire, racordul de golire, racordul supapei de siguran). De regul racordul este alctuit dintr-un tu tubular (eav), ce are asamblat( prin sudur) la unul din capete o flane, iar prin intermediul celuilat capt este sudat la recipient (la manta sau la funduri).

5.2. Calculul grosimii mantalei pentru un recipient cu perei subiri, solicitat pe suprafaa concav Recipientele cele mai rspndite, cilindrice sau sferice, au profile de rotaie, adic profile obinute prin rotirea unei curbe (curb meridian) n jurul unei axe de simetrie. Mantaua unui astfel de recipient poart numele de nveli de rotaie. Orice seciune (perpendicular pe axa de rotaie) printr-un nveli de rotaie este un cerc. O ipotez simplificatoare pentru calculul nveliului, este aceea de al considera cu un comportament tip membran, deci solicitat exclusiv la ntindere. Se va aplica n aceast situaie teoria de membran (distribuia uniform a tensiunilor pe grosimea plcii), utiliznd ecuaiile Laplace. Considerm un model de calcul materializat de un nveli de rotaie solicitat pe suprafaa concav, model prezentat n fig.5.4.

Fig.5.4: nveli de rotaie

Cu ajutorul a dou meridiane (m1, m2) i a dou paralele (p1, p2) se izoleaz un element ABCD al nveliului (fig.5.5). Curba meridian, BC, este curba principal, are centrul de curbur O1 i raza de curbur 1 ( raz ce aparine planului vertical O1BC). n planul O2AB (plan perpendicular pe O1BC i care conine o paralel la normala elementului ABCD) se afl curba AB, ce are raza de curbur 2 .

45

Fig.5.5: Suprafa elementar

Dac notm cu 1 unghiul format ntre planul O2AB i axa de rotaie OO, atunci vor fi evidente expresiile:

1 1 2 2;BC d AB d = = (5.1) '2 2 1sinr O B = = (5.2)

Prin izolarea elementului ABCD de nveli i introducerea tensiunilor longitudinale

1 , precum i a celor transversale 2 , se va obine sistemul de fore ce acioneaz asupra elementului. n centrul elementului acioneaz fora Fp iar pe feele rezultate prin decuparea elementului acioneaz forele 1F i 2F .

1 1 2 2 2 2 1 1 1 2 1 2; ; pF d F d F p d d = = = (5.3) Proiecia acestor fore pe direcia normalei conduce la expresia:

1 21 22 sin 2 sin 02 2 p

d dF F F + = (5.4)

unde putem face aproximrile:

46

1 1 2 2sin ;sin2 2 2 2

d d d d (5.5) nlocuind (5.3) i (5.5) n (5.4) va rezulta:

1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 1 2 0d d d d p d d + = (5.6) Aceast ecuaie, n urma simplificrilor, devine (ec. Laplace):

1 2

1 2

p + = (5.7)

n ec. Laplace, p este pozitiv cnd acioneaz n sens opus centrului de curbur. Cnd p are sensul spre centrul de curbur se va introduce n membrul drept al ecuaiei (5.7) semnul minus. Pentru a obine i o a doua ecuaie (necesar determinrii celor dou necunoscute ( 1 i 2 ) vom studia corpul I obinut prin secionarea nveliului de rotaie (din fig.5.4) cu un plan perpendicular pe axa de rotaie, plan de urm EE. Izolm acest corp, fig.5.6, prin introducerea Forei 1N

de expresie:

1 12N r = Proiecia forelor ce acioneaz asupra corpului I (izolat) pe axa OO va conduce la ecuaia de echilibru:

21 12 sin 0r r p = (5.8)

112 sin

r p = (5.9)

Utiliznd expresia (5.2) n (5.9) va rezulta:

21 2

p = (5.10)

47

Fig.5.6: Corpul I, izolat

Observaii:

1 i 2 au fost obinute (rel. 5.7 i 5.10) numai din condiiile de echilibru, neglijnd deformaiile.

nveliul este supus unei stri plane de tensiuni (1 i 2). Cea de-a treia tensiune 3( pe direcie normal) este 3=p (la interiorul elementului) se neglijeaz ntruct recipientele cu perei subiri se construiesc pentru presiuni mici (de ordinul zecilor de bari) valori ce sunt inferioare cu cel puin un ordin de mrime dect tensiunile admisibile de rupere ale oelurilor.

Cazul recipientelor cilindrice Pentru recipiente cilindrice vom avea:

1 2; 2D = =

Astfel din relaiile (5.10) i (5.7) vor rezulta expresiile tensiunilor:

1 4p D

= (5.11)

48

2 2p D

= (5.12) Se observ c 2 12 = , deci mbinrile prin sudur aflate pe direcii longitudinale (paralele cu axa mantalei) sunt solicitate la valori duble fa de cele tranversale. Utiliznd teoria IV din rezistena materialelor, tensiunea echivalent este:

( ) ( ) ( )2 2 21 2 2 3 3 112ech = + + (5.13) ntruct 3=0 atunci vom avea:

2 21 1 2 2ech = + (5.14)

Utiliznd expresiile (5.11) i (5.12) n (5.13) se obine:

34ech at

p D = (5.15)

unde: este coeficientul de calitate a sudurii; at este tensiunea admisibil de rupere la traciune a oelului din care este fabricat recipientul. Dac n (5.15) vom nlocui D (diametrul mediu) cu D=Di+, va rezulta relaia de dimensionare a recipientului cilindric(grosimea mantalei):

2,31i

at

p Dp

(5.16)

49

5.3. Calculul nveliurilor cu perei groi solicitate la interior n mod convenional un nveli este considerat cu perei groi dac este ndeplinit condiia:

0, 2b a a = (5.17) unde: a- raza interioar a nveliului b- raza exterioar a nveliului - grosimea nveliului Utilizarea recipientelor cu perei groi este destinat exclusiv domeniului presiunilor nalte. Datorit simetriei axiale a nveliului, deci i a ncrcrilor, orice element inelar decupat prin dou plane perpendiculare pe axa tubului se comport identic. Prin urmare, determinarea strilor de tensiuni constituie o problem plan, problem ce poate fi studiat pe un in inel plan (fig.5.7), inel de lungime ( msurat pe direcia axei nveliului) egal cu unitatea.

Fig.5.7: Starea de tensiuni dintr-un inel plan cu perei groi

Alegnd coordonatele polare r i , pe feele unui element infinitezimal dA r dr d= se vor manifesta numai eforturile unitare normale: r (pe direcie radial) i t ( pe direcie tangenial). Considernd presiunea exterioar nul (pe=0), din teoria vaselor cu perei groi (ecuaiile Lame) vor rezulta expresiile acestor eforturi:

50

2 2

2 2 21i

ra p bb a r

= (5.18) 2 2

2 2 21i

ta p bb a r

= + (5.19) Prezint interes studiul acestor eforturi pentru condiiile limit. Astfel vom considera valoarea minim a razei r (cazul r a= ), respectiv valoarea maxim a razei r (cazul r b= ). Pentru valoarea minim a razei r (r=a) vom avea:

int2 2

int 2 2

r i

t i

pb a pb a

= +=

(5.20)

Pentru valoarea maxim a razei r (r=b) vor rezulta expresiile:

2

2 2

0

2rext

text ia p

b a

==

(5.21)

Din analiza expresiilor (5.20) i (5.21) se constat c efortul unitar normal pe direcie tangenial, t , are valoarea maxim pe suprafaa interioar a nveliului

max intt t = . Utiliznd teoria I-a din rezistena materialelor, teoria tensiunii maxime, va rezulta relaia de verificare:

2 2

max 2 2echiv t i atb a pb a

+= = (5.22) unde: at - rezistena admisibil de rupere la traciune. Pentru o aplicaie practic, unde se cunosc presiunea interioar, pi=Pn, diametrul nominal al nveliului, Dn=2a, i at , poate fi calculat grosimea nveliului

b a = , prin utilizarea ecuaiei (5.22).

51

5.4. Racorduri Racordurile sunt elemente componente ale unui recipient i au rolul de a face legtura dintre recipient i instalaia din care face parte recipientul, sau legtura recipientului cu aparate de siguran, de control ai unor parametri funcionali, sau cu mediul nconjurtor. Astfel un recipient este echipat cu un racord de intrare a fluidului, un racord de ieire, un racord de aerisire (montat la cota cea mai nalt a recipientului) avnd Dnaer=max(Dnintr.,Dniesire), un racord de golire, un racord al supapei de siguran, un racord al manometrului, racorduri pentru indicatorul de nivel al fluidului din recipient. Din punct de vedere constructiv, racordurile utilizate la recipientele metalice pot fi:

Racord tip tu sudate lung (SSL) Racord tip tu sudat scurt (SSS)

n mod uzual racordul SSL este alctuit dintr-un tu de oel sudat la unul din capete la recipient. La extremitatea opus racordul poate fi prevzut cu o flan sudat la tu (fig.5.8.a), sau pentru diametre mici, (Dn

52

tuurilor montate cu axa orizontal, trebuie s existe o depire interioar (l2= 3...5mm), cu rolul de a mpiedica prelingerea condensului pe manta, fenomen care ar putea provoca apariia prematur a amorselor de coroziune. Racordurile de tip tu sudat lung, care au diametre nominale mici, se construiesc cu nervuri de consolidare. Racordurile SSS pot fi de tip muf (fig.5.9.a) sau de tip bosaj (fig.5.9.b). Racordurile tip muf sunt prevzute cu filet interior (filet de etanare-G), iar racordurile tip bosaj sunt alctuite dintr-o pies tubular sudat la unul dintre capete la recipient iar la cellalt capt configurat ca i o flan, cu deosebirea c gurile de fixare sunt guri filetate.

Fig.5.9: Racorduri sudate scurte a-racord tip muf; b-racord tip bosaj

53

5.5. Compensarea orificiilor Amplasarea racordurilor la un recipient este posibil prin executarea unor perforri (orificii) ale mantalei sau fundurilor recipientului. Amplasarea gurii de verificare (vizitare) la recipient presupune de asemenea executarea unui alezaj strpuns n mantaua recipientului. Prin prezena acestor orificii se produce o scdere a rezistenei mecanice a recipientului, pe de o parte, dar i apariia unor concentratori de tensiune, nsemnai ca valoare (valori care pot depi chiar de cinci ori valoarea tensiunilor nominale), pe de alt parte. Soluia care permite exploatarea n siguran a unui recipient este utilizarea unui compensator local amplasat n zona afectat de prezena orificiului. Aceast zon este plasat n perimetrul unui dreptunghi ABCD (fig.5.10) avd centrul pe axa orificiului. n general orificiile cu Dn>50 se compenseaz printr-un inel de compensare sudat n zona orificiului, iar n cazul orificiilor cu Dn

54

- coeficientul de calitate a sudurii; s- grosimea recipientului;

Fig.5.10: Compensator inelar

Suprafaa compensatorului Ac se determin cu relaia:

( )12c cA D d c h= + (5.25) unde: Dc- diametrul exterior al compensatorului inelar; h- grosimea inelului de compensare; nlocuind (5.24) i (5.25) n (5.23) va rezulta:

( ) ( )1 12 2cD d c h d c s + + (5.26) ( )1

1

22c

s d cD d c

h + + + (5.27)

Dac va fi neglijat coroziunea, deci c1=0, utiliznd =0,85 i adoptnd h=s, atunci va rezulta:

1,85cD d (5.28)

55

ntruct n exploatare coroziunea nu poate fi neglijat ( 1 0c ), n mod uzual se utilizeaz un inel de compensare cu diametrul exterior:

2cD d= (5.29) Inelul compensator se poate monta la exteriorul recipientului (soluie uzual) sau la interior. Poate fi utilizat i soluia de consolidare (compensare) cu ajutorul a dou

inele de compensare cu grosimea 2s , unul sudat la exterior iar cellalt la interior.

5.5.2. Calculul compensatorilor cu tu ngroat sau cu buce

Fig.5.11: Compensare cu tu ngroat

Considernd schema de compensare din figura 5.11, i admind c suprafaa ce trebuie compensat, A0, se determin cu relaia (5.24), vom calcula suprafaa compensatorului, 'cA , utiliznd expresia:

'1 12 3,5 ( ) 7 ( )cA s s c s s c= = (5.30)

unde: s=sb-st ngroarea necesar; sb- grosimea final a bucei; st- grosimea iniial a tuului Din condiia de compensare ' 0cA A va rezulta:

1 17 ( ) ( 2 )s s c d c s + (5.31)

56

( )1 1( 2 )

7d c ss

s c+ (5.32)

Dac presupunem c1=0 i =0,85 va rezulta:

0,12s d (5.33) n mod uzual se utilizeaz o ngroare de mrimea:

(0,15...0, 20)s d = (5.34) Aceast soluie de compensare poate fi realizat fie prin utilizarea unui tu cu perete mai gros, fa de cel normal, sau prin utilizarea unei buce speciale. Aceast buce asigur o trecere treptat de la grosimea bucei (majorat pentru compensare) la grosimea evii cu care se racordeaz. Trecerea se poate face printr-o conicitate (fig.5.12a) sau printr-o suprafa curb (fig.5.12b).

Fig.5.12: Compensator tip buce a-conic; b-racordat

57

6. ARMTURI Organele de maini ce se monteaz pe conducte sau pe recipiente i care au rol de comand, reglare, reinere sau siguran a circulaiei fluidului, poart numele de armturi.

Armturile de comand: au rolul de a modifica debitul fluidului la trecerea acestuia prin armtur. Acest lucru se produce prin variaia seciunii de trecere a fluidului, ntre o valoare minim (egal cu zero) i o valoare maxim. Aceste armturi se numesc i robinete.

Armturile de reinere: au rolul de a permite circulaia fluidului numai ntr-un singur sens (sunt cunoscute i sub numele de supape de sens sau clapete).

Armturile de reglare: sunt destinate meninerii la valori prestabilite a unor parametri funcionali (presiune, temperatur, debit) ai fluidului. Aceste armturi reprezint organele de execuie ale unui circuit de automatizare.

Armturile de siguran: au rolul de a limita presiunea fluidului din circuit la o valoare maxim (admisibil).

6.1. Armturi de comand Acestea sunt armturile cele mai utilizate n domeniul lucrrilor de instalii. Se impun urmtoarele cerine principale:

a. poziia nchis a armturii s asigure o blocare sigur a circulaiei fluidului prin armtur;

b. poziia deschis a armturii s introduc rezistene hidraulice minime, referitor la circulaia fluidului prin armtur;

c. s existe compatibilitate maxim ntre materialele armturii i fluidul comandat de armtur;

d. rezistena mecanic a armturii trebuie s fie n concordan cu solicitrile la care este supus aceasta;

e. fiabilitate ridicat f. cheltuieli minime de mentenan

Considernd poziia relativ ntre direcia de curgere a fluidului (prin armtur) i direcia de deplasare a elementului de reglare, drept un criteriu de clasificare a armturilor de comand, atunci putem deosebi trei tipuri de robinete:

1. Robinete cu ventil: elementul de reglare se deplaseaz pe aceai direcie cu fluidul.

2. Robinete cu sertar: elementul de reglare se deplaseaz pe direcie perpendicular curgerii fluidului. Aceste robinete poart i numele de vane.

3. Robinete cu cep: elementul de reglare se rotete n jurul axei sale, direcia de circulaie a fluidului prin robinet este

58

perpendicular pe aceast ax. Un astfel de robinet este cunoscut i sub numele de cana.

1. Robinetele cu ventil Acestea sunt utilizate la presiuni nominale Pn

59

2. Robinetele cu sertar Acestea sunt utilizate la presiuni nominale Pn

60

3. Robinetele cu cep Se utilizeaz la presiuni mici, Pn

61

Rolul funcional al armturilor de reinere este acela de a permite fluidului ce traverseaz armtura, s circule numai ntr-un singur sens. Dup cum elementul de reinere poate fi: o valv, un ventil sau o bil, se pot diferenia urmtoarele variante constructive de armturi de reinere: 1. Armturi de reinere cu valv Elementul de reinere (valva) are form de taler (clapet) i poate oscila, prin intermediul unui bra, n jurul unei articulaii fixe la corpul armturii. La axul clapetei poate fi fixat o prghie ce are ataat la cealalt extremitate o greutate G. Sub aciunea acestei greuti clapeta este meninut, cu for mai mare de etanare, nchis pe scaunul armturii. Sub aciunea presiunii fluidului clapeta se deschide permind circulaia fluidului ntr-un singur sens. Avantajele acestei variante constructive: sunt sensibile la variaii de presiune, avnd un timp de rspuns bun, rezistena hidraulic este mic. Dezavantaje: etanare deficitar, mai ales la presiuni mici (soluia: ataarea prghiei suplimentare). n figura 6.4 este prezentat schema constructiv a armturii de reinere cu valv.

Fig. 6.4. Armtur de reinere cu valv

1-capac; 2-braul valvei; 3-valv; 4-corpul armturii.

62

2. Armturi de reinere cu ventil Elementul de nchidere este asemntor unui robinet cu ventil. Presiunea fluidului acioneaz asupra ventilului (pe suprafaa inferioar a acestuia) deplasndul n sus i asfel elibernd seciunea de trecere a fluidului. Atunci cnd fluidul acioneaz n sens invers, se creeaz o presiune cu sens descendent asupra ventilului care va produce obturarea secinii de trecere. n acest mod nu este posibil traversarea armturii de ctre fluid dect ntr-un singur sens. n figura 6.5 se prezint schema constructiv a unei armturi de reinere cu ventil

Fig. 6.5. Armtur de reinere cu ventil

1-capac; 2-ventil; 3-corpul armturii.

3. Armturi de reinere cu bil Elementul de reinere este o bil, care sub aciunea greutii proprii obtureaz seciunea de trecere. Atunci cnd se manifest presiune sub bil, ea este mpins n ghidajul din capacul armturii i este degajat seciunea de trecere. Prin acest mod de aciune al bilei, practic fluidul va circula prin armtur numai ntr-un singur sens. n figura 6.6 este prezentat schematic o armtur de reinere cu bil.

63

Fig. 6.6: Armtur de reinere cu bil

1-capac; 2-ghidajul bilei; 3-bil; 4-scaun de etanare;4-corpul armturii.

6.3. Armturi de reglare Armturile de reglare fac parte component a unui sistem automat, ele reprezentnd organul de execuie. Organul complex denumit armtur de reglare este alctuit din dou subansamble de construcie special, anume organul de reglare (OR) i organul de comand (OC). Aceast armtur(fig.6.7) permite meninerea debitului fluidului la valori constante. Armtura primete de la sistemul de comand un semnal de intrare (SI), n cazul acestei armturi, un semnal pneumatic. Organul de comand, servomotorul liniar cu membran elastic, sub aciunea semnalului de intrare va produce deplasarea pe vertical a tijei ventilului (deplasare descendent). Astfel organul de reglare va micora valoarea debitului ce este vehiculat prin armtur. Pentru semnal de intrare nul, datorit resortului elicoidal de compresiune, membrana elastic va avea poziia cea mai ridicat, deci i tija ventilului va avea aceiai poziie extrem, prin urmare debitul va avea valoarea maxim. Un senzor de debit plasat n avalul armturii de reglare monitorizeaz continuu valoarea debitului, o transform n semnal pneumatic, semnal ce se ntoarce la armtur. Datorit acestei bucle de rspuns este posibil meninerea unui parametru funcional al fluidului (n cazul prezentat, debitul) la valori constante prin intermediul armturilor de reglare.

64

n figura 6.7 este prezentat schema constructiv a unei armturi de reglare cu dublu ventil.

Fig. 6.7. Armtur de reglare cu dublu ventil

OC-organ de comand cu servomotor liniar; OR- organ de reglare; 1-membran elastic; 2-resort elicoidal de compresiune;3-tija ventilului dublu

n figura 6.8 este prezentat schema de principiu a unei armaturi, de reglare a debitului, cu clapet.

Fig. 6.8. Armtur de reglare cu clapet

OC- organ de comand; OM- organ de reglare; SM- servomotor unghiular; 1- corp armtur; 2- clapet(fluture).

65

Organul de comand este un servomotor unghiular. Semnalul de intrare (SI) este un semnal electric, ce comand rotaia axului servomotorului cu un anumit unghi. Prin urmare, clapeta (ce aparine organului de reglare-OR) va cpta o anumit poziie, nclinat fa de planul vertical, permind circulaia fluidului cu un anumit debit. Modificarea semnalului electric conduce implicit la modificarea debitului n avalul armturii. 6.4. Armturi de siguran Prezena unei armturi de siguran n circuitul unei instalaii sub presiune este indispensabil, sub aspectul exploatrii n condiii de securitate a acelei instalaii, fr producerea unei avarii din cauza depirii unor valori maxime pentru anumii parametri funcionali. Referitor la armturile de siguran ce limiteaz presiunea din instalaie, supape de siguran, acestea trebuie s rspund urmtoarelor cerine principale:

S se deschid la presiunea de reglare, astfel permind evacuarea unei cantiti de fluid din instalaie, cu consecina: scderea presiunii;

La scderea presiunii sub presiunea de reglare, armtura trebuie s se nchid etan;

S aib grad nalt de sensibilitate(diferena dintre presiunea de nchidere i cea de deschidere s fie mic);

S aib fiabilitate ridicat; S aib costuri reduse de mentenan.

n timpul funcionrii normale a instalaiei, ventilul supapei de siguran este permanent nchis sub aciunea unei fore de nchidere( reglabil). Atunci cnd presiunea fluidului din instalaie, prin aciune asupra suprafeei active a ventilului nvinge fora de nchidere( +greutatea ventilului+ forele de frecare), supapa de siguran se deschide automat, permind fluidului s prseasc incinta, restabilind astfel presiunea normal de funcionare, apoi se nchide automat. Dup modul de asigurare a forei de nchidere, supapele de siguran pot fi:

Cu contragreutate; Cu arc; Cu impuls.

n figura 6.9 este prezentat schema constructiv a unei supape de siguran cu contragreutate. Contragreutatea, 2, poate fi montat pe prghia 1 la distane diferite de articulaia prghiei, asfel se pot stabili diferite presiuni de reglare. Construcia este simpl i fiabil.

66

n figura 6.10 se prezint schema constructiv a supapei de siguran cu arc(resort elicoidal de compresiune). i la aceast supap este posibil modificarea presiunii de reglare, prin modificarea forei de pretensionare a resortului elicoidal.

Fig.6.9. Supap de siguran cu contragreutate

1-prghie; 2-contragreutate; 3-capac armtur; 4-tija ventilului; 5-ventil; 6-corp armtur.

Fig.6.10. Supap de sigu- ran cu arc

1-capac armtur; 2-arc; 3- presgarnitur; 4-garnitur; 5-tija ventilului; 6-ventil; 7-corp armtur.

67

7. ETANRI 7.1. Definire; clasificare. Etanrile sunt definite ca sisteme mecanice concepute cu rolul de a mpiedica pierderile de fluid ntre dou spaii bine determinate, sau rolul de a mpiedica ptrunderea unor impuriti ntr-o incint n care se afl un fluid. Etanrile pot fi clasificate dup urmtoarele criterii:

1. Dup micarea relativ a suprafeelor etanate a. Fixe b. Semimobile

i. Pentru micare de rotaie ii. Pentru micare de translaie

iii. Pentru micare elicoidal c. Mobile

2. Dup tipul contactului a. Cu contact direct b. Cu element intermediar

i. Cu inele ii. Cu manete

iii. Cu cutii de etanare( presgarnituri) iv. Cu segmeni v. Cu garnituri de etanare

c. Fr contact i. Cu labirint( icane)

ii. Cu canal elicoidal iii. Etanri ermetice( zvor pneumatic sau hidraulic)

d. Combinate 3. Dup forma suprafeei etanate

a. Suprafa plan b. Suprafa cilindric c. Suprafa conic d. Suprafa sferic

7.2. Etanri cu contact direct Cele dou suprafee, ntre care poate exista o micare relativ sau nu, vin n contact direct. Etanarea se produce printr-un grad ridicat al preciziei de prelucrare a celor dou suprafee. Se impune o precizie ridicat a formei suprafeelor n contact( att din punct de vedere macrogeometric ct microgeometric), precum i precizie

68

ridicat a poziiei relative dintre cele dou suprafee( paralelism pentru suprafeele plane sau coaxialitate pentru suprafeele de revoluie). Obinerea unei precizii ridicate necesit uneori rodajul suprafeelor n contact, aa numitul rodaj tehnologic, operaie efectuat de ctre productor. Astfel de etanri, din cauza costurilor impuse de utilizarea unor tehnologii complexe de fabricare, sunt utilizate numai n situaii bine justificate. 7.3. Etanri cu element intermediar 7.3.1. Pentru suprafee aflate n micare relativ Etanarea dintre cele dou suprafee n micare relativ se realizeaz prin utilizarea unui element de etanare, de regul nemetalic. La etanrile smimobile, elementul de etanare este fix iar la etanrile mobile, elementul de etanare este mobil.

A. Etanare semimobil cu inel de psl Inelul( vezi figura 7.1) de psl (2) este fixat n canalul prelucrat din carcas (1). Arborele (3) se afl n micare de rotaie, inelul de psl aflnduse n contact cu suprafaa cilindric a arborelui. Aceast soluie de etanare este utilizat n special pentru a nu permite ptrunderea impuritilor din mediul exterior ntr-o incint ce conine cuple cinematice lubrifiate. Se utilizeaz la viteze de rotaie relativ mici, 5 /v m s< i pentru diferene de presiune 0,5 .e ip p p bar = <

Fig.7.1. Etanare cu inel de psl

1-carcas ; 2-inel de psl ; 3-arbore.

69

B. Etanare semimobil cu manet de etanare(simering)

Fig. 7.2. Etanare cu manet de etanare

1-carcas ; 2- manet de etanare ; 3-arc ; 4-arbore.

Maneta (vezi figura 7.2) de etanare (2) este executat din cauciuc( uneori are o armtur metalic) ea fiind presat n locaul carcasei (1). Maneta (simeringul) este prevzut cu un arc elicoidal de ntindere (3), ce asigur o anumit for de strngere a manetei pe suprafaa cilindric a arborelui (4) aflat n micare de rotaie. Simeringurile sunt utilizate n aceleai condiii ca i inelele de psl, avnd o fiabilitate mai mare dect acestea din urm ( 15 /v m s< ).

C. Etanare semimobil cu presgarnitur.

Fig.7.3. Etanare cu pres- garnitur

1-arbore ; 2-urub ; 3-presgarnitur ; 4-pachet de garnituri ; 5-carcas.

70

n figura 7.3 este prezentat soluia de etanare cu presgarnitur. Pachetul de garnituri executate din cauciuc sau alte materiale cu proprieti elastice, este fixat n locaul prelucrat n carcas. Prin strngerea uruburilor se produce apropierea presgarniturii de carcas, deci se va produce o presiune de deformare elastic a pachetului de garnituri ceea ce conduce la creterea presiunii de etanare. Astfel de sisteme de etanare se utilizeaz pentru e ip p p = de ordinul zecilor de bari. Au avantajul c n perioada de exploatare, pe msura uzrii garniturilor, aceast uzur poate fi compensat prin strngerea uruburilor.

D. Etanare mobil cu segmeni.

Fig.7.4. Etanare cu segmeni

1-segment ; 2-cilindru ; 3-piston

Etanarea dintre piston, care execut o micare rectilinie alternativ, i cilindru, care este fix, se realizeaz prin intermediul unor segmeni (1). Segmenii au form inelar, ntrerupt printr-o tietur radial. Datorit elasticitii materialului segmenilor (font special) se realizeaz o presiune de contact ntre segment i cilindru, mpiedicnd pierderile de presiune p dintre camera de ardere i carter. Astfel de sisteme de etanare sunt utilizate n special la cupla cinematic piston-cilindru a motoarelor cu ardere intern. 7.3.2. Etanri fixe Pentru a compensa erorile de prelucrare ale celor dou suprafee de etanare, se interpune un element de etanare cu proprieti elasto-plastice, numit garnitur de etanare. Prin strngerea acesteia ntre cele dou suprafee se va produce deformarea garniturii ( elastic, elasto-plastic sau plastic) i va fi realizat etanarea. Condiia de bun etanare este ca presiunea de etanare etp p> .

71

Aceste garnituri pot fi nemetalice (teflon, cauciuc, marsit, plut, carton), metalice (aluminiu, cupru, plumb) sau compozite( metalo-plastice). n cazul etanrii cu flane, acestea sunt standardizate n funcie de presiunea nominal (Pn) i dimensiunea nominal (Dn). Suprafeele de etanare ale flanelor sunt fabricate n cinci variante constructive i anume :

Plan simpl(fig.7.5.a)-PS Plan cu umr(fig.7.5.b)-PU Cu canal i pan(fig.7.5.c)-CP1(cu pan), CP2(cu canal) Cu prag i adncitur(fig.7.5.d)-PA1(cu prag), PA2( cu adncitur) Cu prag i an i adncitur(fig.7.5.e)- PS1( cu prag i an), PS2 (cu

adncitur). n figura 7.5 sunt prezentate aceste variante de etanare.

Fig.7.5. Suprafeele de etanare ale flanelor plane Pentru variantele constructive ale suprafeelor de etanare din fig.7.5.c, fig.7.5.d i fig.7.5.e este asigurat i autocentrarea flanelor. La forma constructiv din

72

fig.7.5.c este utilizat o garnitur de etanare ngust iar pentru cea din fig.7.5.e este utilizat o garnitur inelar (tip O). 7.4. Etanri fr contact Etanrile fr contact prezint avantajul unui randament ridicat(elimin frecrile din zona de etanare), n schimb necesit prelucrri suplimentare, executate cu precizie ridicat. n general aceste etanri creeaz un contur sinuos ntre piesa fix i cea aflat n micare de rotaie, mpiedicnd scurgerea lubrifiantului spre exterior sau limitnd debitul scprilor de fluid.

A. Etanare cu ican n fig.7.6 este prezentat o etanare cu ican. Piesa fix este prevzut cu nervur iar pe arbore (ce se afl n micare de rotaie) este montat (fix) o pies cu icane.

Fig.7.6. Etanare cu ican

1-pies fix; 2-inel cu icane; 3-arbore.

B. Etanare cu labirint

Soluia constructiv privind etanarea cu labirint este prezentat n fig.7.7. Arborele este prevzut cu o suprafa inelat care formeaz un labirint, acesta avnd rolul de a mpiedica scurgerile de fluid dintre arbore i carcas.

73

Fig.7.7. Etanare cu labirint

1-carcas; 2-arbore(prevzut cu suprafa inelat).

C. Etanare cu canal elicoidal

Arborele este prevzut (vezi fig.7.8) cu un canal elicoidal avnd sensul de nfurare al elicei n coinciden cu sensul de rotaie al arborelui. Asfel fluidul care ptrunde n canal este antrenat de ctre canalul elicoidal i reintrodus n incint.

Fig.7.8. Etanare cu canal elicoidal

1-carcas; 2-arbore(prevzut cu canal elicoidal).

74

75

ANEXE

76

77

Ajustaje din sistemul ISO. Caracteristici si domenii de utilizare ANEXA 1

Felul ajustajului Caracteristici, domeniul si exemple de utilizare H8/a9, H11/a11,

H11/b11,H12/b12, Jocuri mari , utilizate rar

H7/c8, H8/c9, H11/c11

Jocuri mari, utilizate in constructia masinilor agricole, in asamblari de precizie redusa la care se cere o montare usoara a pieselor

H7/d8, H8/d9, H9/d10, H10/d10,

H11/d11 Asamblari de lagare de dimensiuni foarte mari

H6/e7, H7/e8, H8/e9

Ajustajul H7/e8 se foloseste la lagaruiri mai precise, celelalte doua se pot folosi la lagaruirea in trei lagare sau lagaruirea unor arbori lungi, mai putin rigizi.

H6/f6,H7/f6, H7/f7, H8/f8, H9/f9

Sunt ajustajele cele mai des utilizate la lagarele obisnuite ale reductoarelor, pompelor, motoarelor electrice mici, rotilor care se rotesc pe arbori ficsi etc.

H6/g5, H7/g6, Realizeaza jocuri foarte mici. Se utilizeaza de obicei in asamblari fixe pentru o pozitionare buna a pieselor. H6/h5, H7/h6, H8/h7, H8/h9,

H9/h9, H10/h10, H11/h11,H12/h12

Au jocul minim nul. Sunt utilizate in special in asamblari fixe, pentru o pozitionare buna a pieselor. Ajustajele mai precise pot fi folosite si in asamblari mobile, la ghidari, articulatii etc.

H6/js5, H7/js6, H8/js7

Ajustajele intermediare care asigura in general jocuri mici si la un numar redus de asamblari o strangere slaba. Se folosesc in asamblari fixe, in care se cere o limitare a jocului si realizarea unei strangeri care sa nu impiedice montarea si demontarea usoara a pieselor.Ex.:centrarea unui capac in carcasa, centrarea reciproca a semicuplajelor etc.

H6/k5, H7/k6, H8/k7 Ajustaje intermediare care dau strangeri probabile foarte mici. Jocul si strangerea maxima au valori absolute aproximativ egale.

H6/m5, H7/m6, H8/m7

Ajustaje intermediare care dau strangeri probabile mai mari. Utilizate la asam-blarile unde jocul trebuie micsorat la minimum, iar forta de asamblare redusa .

H7/n6, H8/n7 Ajustaje intermediare, utilizate la asamblari la care se cere o strangere probabila mai mare ca la ajustaje intermediare.

H6/n5 Ajustaj cu strangere la dimensiuni peste 3 mm. Se utilizeaza in cazul unor asamblari precise, fara a se impune strangeri prea mari.

H7/p6 Asigura o strangere suficienta pentru fixarea unor piese cu solicitari relativ reduse. La piesele executate din materiale cu duritate redusa, strangerea este prea mica, pentru a se asigura o fixare satisfacatoare.

H7/r6 Asigura strangeri mai mari decat ajustajul H7/p6. Se pote folosi si la asamblarea pieselor din neferoase. Se utilizeaza la montarea bucselor etc.

H8/r7 La dimensiuni pana la 100 mm este un ajustaj intermediar, iar la dimensiuni mai mari, un ajustaj cu strangere minima, apr0piata de 0.

H6/s5, H7/s6, H8/s7

Asigura strangeri la care in cazul dimensiunilor mari este necesara incalzirea alezajului. La asamblarile pieselor din metale cu duritate mica, se obtin rezultate echivalente cu cele obtinute la ajustajele de tipul H/p, la metale feroase. Ajustajele se folosesc de obicei la strangeri permanente: camasa de cilindru in cilindrul motoarelor etc.

H6/t5, H7/t6 La dimensiuni pana la 24 mm, ajustajele H6/t5 si H7/t6 sunt apropiate de ajus-tajele H6/s5, H6/u5 respectiv H7/s6 si H7/u6. Folosite la asamblari fixe cu strangere.

H6/u5, H7/u6, H8/u7

Asigura strangeri mari de ordinul 10/00 din diametru. Montajul se face prin presare cu presa sau prin incalzire, verificandu-se strangerea pentru a se evita suprasolicitari care ar putea duce la fisurarea pieselor.

78

ANEXA 2

Ajustaje recomandate si preferentiale in sistemul alezaj unitar (extras din 8100/4-88)

Clasele de toleranta ale alezajelor (piesa unitara) H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12

Ajustaje cu joc H11/a11 H11/b11 H12/b12 H7/c8 H11/c11 H7/d8 H8/d9 H9/d10 H10/d10 H11/d11

H6/e7 H7/e7 H7/e8 H8/e8 H8/e9 H9/e9 H6/f6 H7/f6 H7/f7 H8/f8 H9/f9 H6/g5 H7/g6 H6/h5 H7/h6 H8/h7 H8/h8 H8/h9 H9/h9 H10/h10 H11/h11 H12/h12

Ajustaje intermediare H6/js5 H7/js6 H8/js7 H6/k5 H7/k6 H8/k7 H6/m5 H7/m6 H8/m7

H6/n5 (D100) H6/s5 H7/s6 H8/s7 H6/t5 H7/t6

Ajustaje recomandate si preferentiale in sistemul arbore unitar (extras din 8100/4-88)

Clasele de tolerante ale arborilor (piesele unitare) h5 h6 h7 h8 h9 h10 h11 h12

Ajustaje cu joc A11/h11 B11/h11 C11/h11 D10/h9 D11/h11 E9/h8 F8/h6, G7/h6 F7/h7 F8/h8 H7/h6 H8/h7 H8/h8 H9/h9 H10/h10 H11/h11 H12/h12

Ajustaje intermediare JS6/h5 JS7/h6 JS8/h7

K7/h6, M7/h6, N7/h6 Ajustaje cu strangere

P7/h6, R7/h6, S7/h6

79

Abateri limita pentru arbori, [m]. Clase de tolerante din sirul 1 de preferentialitate (conform SR EN 20286-2:1997) ANEXA 3 Dimensiunea nominala ,[mm] CLASELE DE TOLERANTE

Peste Pana la (inclusiv) a11 b11 c11 d9 d11 e8 f7 g6 h6 h7 h9 h11 js6 k6 n6 p6 r6 s6

6 10 -280 -370 -150 -240

-80 -170

-40 -76

-40 -130

-25 -47

-13 -28

-5 -14

0 -9

0 -15

0 -36

0 -90 4,5

+10 +1

+19 +10

+24 +15

+28 +19

+32 +23

10 18 -290 -400 -150 -260

-95 -205

-50 -93

-50 -160

-32 -59

-16 -34

-6 -17

0 -11

0 -18

0 -4

0 -110 5,5

+12 +1

+23 +12

+29 +18

+34 +23

+39 +28

18 30 -300 -430 -160 -290

-110 -240

-65 -117

-65 -195

-40 -73

-20 -41

-7 -20

0 -13

0 --21

0 -52

0 -130 6,5

+15 +2

+28 +15

+35 +22

+41 +28

+48 +35

30 40 -310 -430 -170 -330

-120 -280

40 50 -320 -480 -180 -340

-130 -290

-80 -142

-80 -240

-50 -89

-25 -50

-9 -25

0 -16

0 -25

0 -62

0 -160 8

+18 +2

+33 +17

+42 +26

+50 +34

+59 +43

50 65 -340 -530 -190 -380

-140 -330

+60 +41

+72 +53

65 80 -360 -550 -200 -390

-150 -340

-100 -174

-100 -290

-60 -106

-30 -60

-10 -29

0 -19

0 -30

0 -74

0 -190 9,5

+21 +2

+39 +20

+51 +32 +62

+43 +78 +59

80 100 -380 -600 -220 -440

-170 -390

+73 +51

+93 +71

100 120 -410 -630 -240 -460

-180 -400

-120 -207

-120 -340

-72 -126

-36 -71

-12 -34

0 -22

0 -35

0 -87

0 -220 11

+25 +3

+45 +23

+59 +76 +76

+54 +101 +79

120 140 -460 -710 -260 -510

-200 -450

+88 +63

+117 +92

140 160 -520 -770 -280 -530

-210 -460

+90 +65

+125 +100

160 180 -580 -830 -310 -560

-230 -480

-145 -245

-145 -395

-85 -148

-43 -83

-14 -39

0 -25

0 -40

0 -100

0 -250

12,5

+28 +3

+68 +43

+93 +68

+133 +108

180 200 -660 -950 -340 -630

-240 -530

+106 +77

+151 +122

200 225 -740 -1030 -380 -670

-260 -550

+109 +80

+159 +130

225 250 -820 -1110 -4320 -710

-280 -570

-170 -285

-170 -460

-100 -172

-50 -96

-15 -44

0 -29

0 -46

0 -115

0 -290

14,5

+33 +50

+60 +31

+79 +50

+113 +84