Organe de Maşini Cap 3 Asamblari

Organe de maini

AsamblriProf. dr. ing. Lorena DeleanuAsamblriDin considerente tehnologice, funcionale, sau chiar financiare, realizarea unui ansamblu sau a unui element necesit mai multe piese; legtura dintre ele se realizeaz prin asamblri. Acestea influeneaz mult fiabilitatea sistemelor tehnice; se pot realiza cu organe de maini speciale, prin procedee tehnologice specifice sau combinaii ale acestora.O asamblare poate ndeplini una sau, simultan, mai multe funcii:funcia de asamblare propriu-zis care asigur transmiterea sarcinilor prin piese n condiiile anulrii sau limitrii deplasrilor lor relative;funcia de reglare a unor parametri dimensionali sau mecanici, de limitare a micrii;funcia de siguran prin distrugerea unui organ de main relativ ieftin, n anumite condiii, n scopul protejrii unui ansamblu scump i evitarea unor avarii cu consecine grave;funcia de etanare.Asamblri cu nituriAsamblri dup modul de realizare i utilizri: - asamblri demontabile (cu pene, cu uruburi, pe con); ele pot fi montate i demontate repetat, fr a afecta piesele asamblate i parametrii de funcionare ai ansamblului; - asamblri nedemontabile se realizeaz cu procedee tehnologice specifice, bazate pe reacii termo-chimice, modificri de compoziie i de structur; asamblrile prin sudur, prin nituire i prin lipire; desfacerea unei astfel de asamblri se face numai prin distrugerea unui sau mai multor elemente care au participat la realizarea ei;- asamblri mixte sau prin strngere: au la baz deformaii elastice sau elasto-plastice ale pieselor asamblate; se consider demontabile (dar de un numr mic de ori) dac deformaiile sunt numai elastice.n funcie de frecvena de utilizare i de cerine tipo-dimensionale, asamblrile i piesele implicate n ele: standardizate dup criterii (form, dimensiuni, criterii de calcul), tipizate, nestandardizate.Asamblri cu nituri

Asamblri cu nituri

Asamblri cu nituri

Asamblri cu nituri

Asamblri cu nituri

Asamblri cu nituri

Asamblri cu nituri

Asamblri cu nituri

Asamblri cu nituri

Asamblri cu nituri

Asamblri

Asamblri

Asamblri sudate

Asamblri sudate

Asamblri sudate

Asamblri sudate

Asamblri sudate

Asamblri sudate

Asamblri sudate

Asamblri sudate

Clasificarea mbinrilor sudate




Calculul mbinrilor sudate



Calculul mbinrilor sudate. Asamblri sudate cap-la-cap

Calculul mbinrilor sudate. Asamblri sudate cap-la-capExemplu

Calculul mbinrilor sudate. Asamblri sudate cap-la-capExemplu

Calculul mbinrilor sudate. Asamblri sudate de col






Calculul mbinrilor sudate. Exemplu de calcul al unei suduri de col.



Calculul mbinrilor sudate. Calculul recipientelor sudate cu perei subiri, sub presiune



mbinri prin lipire

mbinri prin lipireClasificarea procedeelor de lipire i a asamblrilor prin lipire

Dup temperatura de lipire a aliajului intermediar:- lipire tare: temperatura de topire este mai mare de 450oC;- lipire moale: temperatura de topire este mai mic de 450oC.Dup poziia pieselor:- cap la cap cu variantele: simpl (h), oblic (d), n trepte (e), lipire cu platband (g, f); - suprapuse: simpl (a), dubl (b), cu teirea marginilor (c), tubular (i);prin rebordurare: piesele sunt iniial lipite i apoi roluite i presate.n funcie de dilatarea pieselor din asamblare:- cu dilatare uniform (piesele i adezivul au coeficieni de dilatare apropiai);- cu dilatare neuniform (coeficieni de dilatare diferii).



Calculul mbinrilor prin lipire




Asamblri demontabileAsamblri filetate






Asamblri filetate. Sarcini n asamblarea urub-piuli



Asamblri filetate. Randamentul sistemului urub-piuli

Asamblri filetate. Randamentul sistemului urub-piuli

Asamblri filetate. Frecarea piuliei pe soclu



Asamblri filetate. Calculul nlimii piuliei





Asamblri filetate. Generaliti



Distrugerea asamblrilor filetate

Distrugerea asamblrilor filetate

Calculul uruburilor fr prestrngere

Calculul uruburilor cu prestrngere, solicitate static





uruburi cu prestrngere, solicitate transversal

uruburi cu prestrngere, solicitate transversal

uruburi solicitate la ncovoiereAsamblri nedemontabile

Presupun la demontarea sau desfacerea lor, distrugerea parial sau total a pieselor implicate n mbinare. Ele pot fi realizate- cu elemente specifice (nituri, agrafe);- prin procedee tehnologice specifice (sudur, lipire, ncleiere).Duc la realizarea unor construcii de greutate mai mic; se obin forme complexe din piese simple iar preul este relativ sczut, mai ales pentru lungimi mari sau aplicaii n producie de serie mare.Asamblarea cu nituri era foarte rspndit pn n deceniul cinci, dar n prezent, n locul lor se folosesc asamblri sudate; a rmas nc o soluie pentru construcii metalice supuse trepidaiilor i ocurilor, pentru materiale nesudabile, pentru combinaii metal - nemetal, spaii reduse de acces sau n condiii de lucru ndeprtate de surse de energie (asamblarea tronsoanelor la stlpii de nalt tensiune). Domeniul de aplicabilitate s-a redus din cauza dezavantajelor: consum mare de material (din cauza suprapunerii pieselor n zona de asamblare), productivitate sczut, condiii grele de munc.Nituirea se folosete pentru asamblarea pieselor subiri care nu se pot suda sau lipi; se folosesc nituri din materiale moi (aluminiu i aliaje ale lui, mase plastice). Cele mai des utilizate forme sunt cele tubulare, la care consumul energetic de nchidere a nitului este mai mic. Niturile se livreaz cu un singur cap, cellalt cap, numit de nchidere, formndu-se din coada nitului, prin presare la cald sau la rece. Deformarea datorat ntinderii ar trebui s se ncadreze n domeniul elastic, dar acest lucru este greu de controlat.Funcie de dispunerea niturilor, ele pot fi pe un singur rnd sau pe mai multe, cu sau fr eclise.

a) b) c) d)

Foile sau tablele sunt solicitate la traciune cu fora F. n alezaje, niturile sunt montate cu joc sau fr. Pentru construcii de montaj se consider c tablele se pot deplasa pn la eliminarea jocului: n cazul nituirii de etanare (la recipiente sub presiune), aceast alunecare nu este permis i fora cu care este solicitat nitul la asamblare , trebuie s determine o for de frecare mai mare dect sarcina exterioar F:

Niturile sunt supuse doar la un efort de traciune:

este rezistena admisibil a materialului niturilor. este aria transversal a celor n nituri, cu diametrul d:

Coeficientul de frecare are valori mari: =0,3.....0,5.

Dac niturile sunt solicitate la forfecare:

- rezistena admisibil la forfecare pentru materialul niturilor. Tabla asamblat este solicitat la traciune. Seciunea prin n nituri, slbit din cauza gurilor:

t - pasul nituirii, a - distana de la marginea tablei la peretele gurii, iar s este grosimea minim a tablelor asamblate.

- diametrul gurilor din table. n seciunea slbit, efortul de traciune nu este uniform repartizat:

- un coeficient care ine seama de neuniformitatea efortului de traciune.

Sub sarcin, niturile sunt supuse la strivire pe suprafeele alezajelor; tensiunea de strivire trebuie s fie mai mic dect o valoare maxim admis pentru materialul cel mai slab, de obicei tabla:

Calculul asamblrilor nituite: iniial, din condiia de rezisten a tablelor la solicitrile aplicate, se determin grosimea lor s. n funcie de ea, se aleg din standarde sau cataloage d, a, t, se adopt numrul de nituri n, funcie de pas i de lungimea asamblrii. se verific dac efortul de forfecare n nit i cel de strivire pe tabl nu depesc valorile admisibile.Procesul tehnologic de sudare: realizarea unei asamblri nedemontabile prin nclzirea, cu sau fr apsare, a dou sau mai multe piese, cu sau fr material de adaos; materialele, n zona de contact, se aduc n stare topit sau plastic prin aport de energie termic. Domeniu de aplicabilitate: construcia de maini, industria naval, recipiente, construcii metalice, industria automobilelor, reele termice, recondiionri, tieri de semifabricate.Avantaje: obinerea de subansamble care, prin alte procedee (turnate, nituire) ar fi mari consumatoare de energie i materiale, nu exist suprapuneri i nici elemente de asamblare ca nituri sau uruburi; pregtirea i sudarea pieselor sunt relativ simple i necesit instalaii i aparatur mai puin costisitoare fa de turnare; se pot obine forme complicate cu piese simple. Dezavantaje: calitatea custurii depinde de executant; n zona sudat apar concentratori mari de eforturi ce determin tensiuni remanente modificnd, n timp, forma ansamblului; rezistena la oboseal a unui ansamblu sudat este mai mic comparativ cu cea a aceluiai ansamblu dar fr suduri.n funcie de procesele ce au loc n zona sudat, sudarea se execut prin:- topirea zonelor de contact; sudura astfel obinut se numete sudur prin topire;- nclzirea i apsarea pieselor: rezult o sudur termodinamic;- numai prin apsarea pieselor: se obine o sudur prin presare.Sudarea prin topire se realizeaz prin aport de energie termic:- topirea i reducerea oxidului de fier cu aluminiu (termit);- cu gaze: arderea unui gaz combustibil (acetilen, propan-hidrogen) ntr-un gaz comburant (oxigen sau aer);- cu arc electric; se disting mai multe variante: - prin scnteie ntre electrod i pies;- cu arc electric descoperit, cu electrod fuzibil;- cu electrod de crbune;- sub strat de flux (n special pentru lungimi mari, recondiionri i ncrcri);- n mediu protector (atmosfer de CO2 sau argon), cu electrod fuzibil sau nu; sudurile cu jet sau arc de plasm se realizeaz tot n atmosfer controlat;- cu radiaii: energia termic necesar este transmis prin radiaii (laser, fascicul de electroni); sudarea are precizie mare dar se face de obicei n atmosfer protectoare (vid, gaz metan, argon etc.); este mult utilizat n mecanica fin;- prin rezisten electric sau prin inducie: materialele pot fi protejate n baie de zgur sau n incinte cu atmosfer controlat.Sudarea prin presare se poate realiza n mai multe moduri:- particip doar cele dou piese care se asambleaz iar nclzirea local se face electric:- prin conducie (nclzirea se face prin efect Joule);- prin inducie (zona de sudat a pieselor se afl ntr-un cmp electric cu cureni de medie sau nalt frecven);- cu arc electric (nclzirea dureaz puin);- cu energie mecanic: la rece (refulare, extrudare), prin oc (explozie, impulsuri magnetice), cu ultrasunete, prin frecare.Sudarea maselor plastice nu necesit temperaturi mari ca metalele; procedeul se alege funcie de structura materialelor i proprietile lor mecanice i termice, de mrimea produciei; se prefer sudarea cu ageni termici gazoi, prin frecare i presare, cu ultrasunete.Defectele sudurilor sunt, unele vizibile, altele detectabile doar cu aparatur special (cu radiaii X sau cu ultrasunete): fisuri (longitudinale, stelate, ramificate), goluri, incluziuni solide (de zgur, de flux, de oxizi) sau incluziuni de gaze, retasuri, lips de ptrundere i de topire, defecte de form (subiere, ngroare, umplere insuficient a rostului, lime neregulat a custurii, suprafa neregulat, reluare defectuoas a sudurii, aliniere imprecis etc.).Sudabilitatea este proprietatea tehnologic a unui material de a putea fi sudat printr-un procedeu dat astfel nct asamblarea obinut s corespund calitativ i economic. o corelaie ntre material, forma ansamblului, caracteristici mecanice ale asamblrii, siguran n exploatare i pre. Sudabilitatea fontelor este sczut; la nclzire au tendina de a forma straturi fragile, fisuri, proces accentuat la rcire. Totui, rezultate bune se obin la sudarea la cald sau cu electrod de oel. Unele aliaje neferoase sunt sudabile, dar n condiii speciale: pentru ele se prefer alte procedee: lipire, deformare plastic.Oelurile sunt nc cele mai utilizate materiale pentru suduri i sudabilitatea lor are dou aspecte: metalurgic i tehnologic, caracteristicile mecanice ale asamblrii. Aprecierea comportrii la sudur din punct de vedere metalurgic, se face prin coninutul de carbon echivalent

C - coninutul de carbon (n %),

- elementul de aliere i (n %) i

- un coeficient determinat experimental. De exemplu

oeluri cu granulaie fin, cu limit de curgere ridicat

Se recomand . i peste aceast valoare unele oeluri se pot suda ns piesele trebuie prenclzite, materialul de adaos este mai pretenios, ridicnd costul asamblrii.Materialul de adaos se poate livra sub form de electrozi nvelii sau nu, srm, electrozi speciali. Clasificarea n funcie de compoziie, tipul nveliului (acid, bazic, celulozic, oxidant), randamentul efectiv al depunerii (determinat experimental), poziia de sudare (orizontal, vertical etc.), parametrii regimului tehnologic (felul curentului electric, intensitatea lui, tensiunea sursei etc.), coninutul de hidrogen care poate difuza.Dup poziia reciproc a pieselor care se sudeaz:- mbinri sudate cap-la-cap (c);- mbinri de col (a, b, d);- mbinri prin puncte: e) cu decuparea gurilor ntr-una din piese, golul rmas completndu-se cu material de adaos;f) cu guri alungite; g) fr decuparea pieselor, materialul de adaos gsindu-se ntre piese sau chiar fr material de adaos, prin amorsarea repetat a unui arc electric pe traseul de sudat.

a) b) c) d)

e) f) g)Dup forma rosturilora) sudur cap-la-cap simpl, b) n Y,c) n U, d) n X, e) n V, f) n V, cu rdcin sudat, g) n V cu suprafa prelucrat (polizat), d) n X. Rosturi pentru suduri de col: 1) bila-teral, convex, 2) bilateral, cu prelu-crarea rosturilor, 3) bilateral, concav, 4) i 7) pe o singur parte a pieselor, 5) i 10) n V, cu rdcin sudat, 6) i 8) n K, 9) n V, 11) la interiorul i exteriorul pieselor.

Custurile sudate sunt continue sau ntrerupte; segmentele de sudur fiind simetrice sau alternative.n funcie de procesele care au loc la sudare, mbinarea are patru zone cu structuri i proprieti mecanice specifice:- zona materialului de adaos (MA);- zona de interferen dintre mate-rialul de adaos i cel de baz (MI);- zona de influen termic (MT);- zona materialului de baz (MB); temperaturile nu depesc 7200C i proprietile mecanice nu se modific semnificativ (pentru oeluri sudate).Mrimea zonei influenate termic depinde de energia consumat la sudare i de procedeul tehnologic folosit: 5...6 mm la sudare manual, 0,5...10 mm la sudare automat sub strat de flux i 25 mm la sudare oxiacetilenic. Este zona cea mai neomogen din punct de vedere structural i al proprietilor mecanice. Tensiunile admisibile pentru asamblrile sudate se determin innd seama de rezistena admisibil a materialului de baz, tipul sudurii, natura solicitrii (static sau variabil, de traciune, de forfecare sau compus), tehnologia de sudare i calitatea execuiei.Tensiunea admisibil a sudurii, solicitat static:

k - ine seama de coeficientul de asimetrie a ciclului de solicitare, ine seama de felul solicitrii (de traciune sau de ncovoiere) i de tipul sudurii (cap-la-cap sau de col).

- rezistena admisibil la traciune a materialului de baz, pentru tipul de solicitare (static sau variabil, cu un anumit coeficient de asimetrie R).

sudur cap-la-capsudur de colsudur cap-la-capsudur de col

k

traciunecompresiunencovoiereforfecare0,810,850,650,65

1

1

Pentru o solicitare complex, se calculeaz o tensiune echivalent care se compar cu tensiunea admisibil a sudurii .

pentru suduri cap-la-cap (

pentru suduri de col Relaia este propus de I.I.S. (Institutul Internaional pentru Sudur), pentru o stare spaial de tensiuni n custur. K i sunt parametri determinai experimental. Pentru oeluri, se recomand:

Eforturile reale se distribuie neuniform, valorile la extre-miti fiind mai mari dect valoarea medie. Valoarea maxim a tensiunii nu trebuie s depeasc limita de proporionalitate (rmnnd valabil legea lui Hooke).

Pentru acest nivel de studiu, calculul sudurilor se face n ipoteza c eforturile din custur se repartizeaz uniform pe lungimea ei.Solicitrile se reduc n centrul de greutate al seciunii mediane a rostului (seciunea ABCD). Sarcinile exterioare (momente sau fore reduse n centrul seciunii ABCD) determin un sistem de tensiuni: - tensiune normal pe planul ABCD;

- tensiune de forfecare orientat perpendicular pe lungimea custurii;

- tensiune de forfecare orientat n lungul custurii. apare datorit solicitrii de traciune, compresiune, ncovoiere sau combinaii ale acestora iar tensiunile de forfecare sunt generate de fore de forfecare sau momente de torsiune.

Pentru determinarea ariei pe care acioneaz tensiunile, grosimea de calcul la mbinri cap-la-cap se consider egal cu grosimea minim a tablelor sudate ; se recomand ca sudura s fie convex sau plan (obinut prin polizare); sudura concav micoreaz rezistena custurii, seciunea ei fiind mai mic dect seciunea pieselor sudate.

Odat calculate aceste tensiuni, se poate calcula .

Calcul al unei suduri cap-cap, solicitate la ncovoiere. Se cunosc b nlimea grinzii, l - limea ei, diagrama de momente ncovoietoare,

rezistena admisibil a sudurii .

Se face un calcul de verificare. Fora F s-a redus n centrul custurii (O pentru seciunea ABCD), la fora F i momentul .

Lungimea de calcul a sudurii este

- modulul de rezisten al seciunii custurii sudate:

Se recomand sudarea n zonele cu moment ncovoietor minim, n acest caz, ct mai aproape de reazem sau chiar evitarea unei soluii cu sudur.

Sudurile de col au tendina s se rup ntr-un plan bisector al rostului (seciunea ABCD): grosimea sudurii a, este nlimea triunghiului isoscel nscris n seciunea transversal a custurii sudate. Se adopt a n funcie de grosimea minim a tablelor sudate: . Se recomand s fie un numr ntreg de milimetri. Se evit unghiuri mai mici de 600 deoarece umplerea rostului nu se face uniform, existnd pericolul ntreruperii custurii; rezistena mecanic scade cu 25% pentru nclinri ale pieselor ntre 60...900.

n planul bisector ABCD al custurii de col, apar tensiunile , , , generate de sarcinile exterioare; calculul direct al lor se poate face ca la mbinrile cap-la-cap, dar este complicat de redus sarcinile n acest plan.

Rostul custurii de col este un sfert de cilindru de raz a i n planul de separare dintre piese, ABCD, acioneaz acelai vector de tensiuni cu componentele . Vectorul din seciunea bisectoare ar trebui nlocuit n planul de separare ABCD cu un vector echivalent care s nu modifice starea de tensiuni indus n ansamblul sudat de sarcinile exterioare. Distana OO fiind mic comparativ cu dimensiunile pieselor asamblate, se admite: .Fiecare tensiune se descompune ntr-o component perpendicular pe planul ABCD i una coninut n el:Componenta

Tensiuneanormal pe planul ABCDconinut n planul ABCD

0

Pentru planul ABCD se consider: n - tensiunea normal pe planul de separare;

- tensiunea de forfecare coninut n planul de separare, perpendicular pe direcia custurii;

- tensiunea de forfecare coninut n planul de separare i paralel cu direcia (lungimea) custurii. Aceste tensiuni au valorile:

Etape pentru calculul unei suduri de col:- alegerea unui plan de separare ntre piese (planul ABCD. - sarcinile exterioare se reduc fa de centrul de greutate al seciunii custurii, coninut n acel plan;

- se calculeaz eforturile ;

- se determin ;- se calculeaz tensiunea echivalent

- se verific inegalitatea:.

Deseori sudurile de col sunt n unghi drept, deci, . Sistemul devine:

Relaia poate fi folosit i la dimensionare:

se impun a, , se cunosc sarcinile exterioare i

se determin - lungimea de calcul pentru custura de sudur.

Lungimea de calcul pentru custuri sudate :

(lungimea custurii geometric calculat) pentru custuri pe contur nchis;

sau pentru custuri pe contur deschis; l are aceeai semnificaie ca mai sus; a este parametrul sudurii de col, s - grosimea minim a tablelor sudate. Aceast micorare a lungimii de calcul este explicat prin faptul c, la nceputul i sfritul sudurii, parametrul a (sau s) crete de la valoarea zero la o valoare dat, pe o lungime aproximativ egal cu el nsui.

Nu se recomand fixarea grinzii cu o singur custur pentru c se introduce un moment ncovoietor suplimentar () care, n sudur, produce un efort .

Pentru dou custuri laterale . Pentru varianta b) rezult urmtoarele eforturi, calculate n planul de separare al sudurii i n seciunea median a rostului:

Se verific:

La suduri, calculul de verificare se aplic mai des. Soluii dac nu este ndeplinit condiia de verificare:

- schimbarea materialului de baz cu altul avnd mai mare. n acest caz crete preul ansamblului, deoarece materialul i execuia sunt mai scumpe; n general sunt scumpe i prenclzirea i detensionarea ansamblului dup sudare;

- cretea parametrilor sudurii n limite acceptabile (, a sau amndoi);- schimbarea soluiei constructive a ansamblului astfel nct sarcinile exterioare s fie mai mici sau s determine tensiuni mai mici n custurile sudate.Recipientele se gsesc n instalaii chimice, termice (cazane, schimbtoare de cldur, evi i tuburi), n echipamentele pentru stocarea fluidelor sub presiune. Avnd n vedere importana i gradul de periculozitate, proiectarea i executarea lor trebuie s respecte norme naionale (ISCIR - Inspecia de Stat pentru Controlul Cazanelor, Recipientelor sub Presiune i Instalaiilor de Ridicat) i internaionale (ISO). Pe recipiente exist dou tipuri de custuri sudate: longitudinale (pe generatoare) i pe circumferin.Calculul sudurilor longitudinale

S-a izolat jumtate din corpul cilindric i s-au introdus forele care menin echilibrul sistemului. Presiunea interioar p se consider constant. Pe un element de suprafa acioneaz o for elementar:

cu componentele:

pe vertical i

pe orizontal.Prin integrare :

Seciunea de rupere pe generatoare este , s fiind grosimea tablei. Custura sudat este solicitat la traciune:

Calculul sururilor pe circumferin.Fora care acioneaz pe custura circumferenial este:

Aria seciunii este , iar tensiunea ce apare, este tot de traciune:

Cum , pericolul principal de distrugere la corpurile cilindrice cu presiune interioar, este ruperea dup generatoare. Pentru dimensionarea tablei, relaia devine:

- tensiunea admisibil a sudurii, c - adaosul de coroziune:

v - viteza de coroziune a materialului sudat, determinat experimental n condiii impuse de temperatur, compoziie a fluidului, dat n norme/cataloage, n mm/an, L - durata de exploatare n aceeai unitate de timp (ani). Lipiturile i ncleierile ctig teren: mbinarea materialelor nesudabile, rotoare de turbine, scule i dispozitive, instrumente de msur, n electrotehnic i n industria bunurilor de larg consum.Avantaje: tehnologia simpl, nu necesit temperaturi mari de execuie iar productivitatea este ridicat din cauza reducerii timpului necesar asamblrii; realizarea unor forme complexe din elemente relativ simple; asamblarea materialelor nesudabile (plcuele metalo-ceramice, sticle, mase plastice) sau a pieselor cu perei foarte subiri; asamblarea nu introduce tensiuni i deformaii remanente mari, pentru c nu se folosesc temperaturi ridicate, asigur alte proprieti: etaneitate, conductibilitate electric sau termic etc.Dezavantaje: aliajele de lipit i adezivii sunt mai scumpi dar se folosesc n cantiti mici, proproietile materialelor sunt intr-un interval mai mare, i, deci, necesit coeficieni mai mari de siguran lipirea i ncleierea rezist la solicitri mecanice mai reduse.Procedeele de lipire se definesc dup metoda prin care se realizeaz nclzirea pieselor care se mbin: cu ciocanul de lipit, cu flacr, prin inducie (n atmosfer de gaze protectoare sau n vid), prin rezisten, n cuptor, prin imersie (n bi de sruri sau metalice), prin reacie chimic, prin frecare, cu ultrasunete.Lipirea pieselor metalice se face bine dac aliajul topit sau adezivul umecteaz suprafeele nclzite ale materialului de baz, formnd o legtur metalic (sau chimic) prin difuzie. Este necesar ca cel puin o parte din componenii materialelor n contact s se dizolve unul n altul. Capacitatea de lipire a materialului de adaos se poate exprima prin unghiul de umectare unghiul format de tangenta la materialul de adaos n punctul de contact cu materialul de baz. Unele aliajele pentru lipit sunt standardizate (aliaje Cu-Pb i Cu-Pb-Ag, aliaje Cu-Zn, aliaje cu Ag etc.); cele pentru lipituri moi conin metale cu temperatur joas de topire: Sn, Pb, Sb, Cd, Zn, In. Au duriti mici i proprieti mecanice reduse. Rezistena la traciune a lipiturilor moi pentru piese din oel i aliaje de cupru este de 3062 MPa, iar temperatura de lucru este sub 380oC.Aliajele pentru lipituri tari realizeaz mbinri mai rezistente, care lucreaz la temperaturi mai ridicate sau n medii corosive. Metalul de baz poate fi cupru cel mai utilizat, argint, aluminiu, nichel, aur, magneziu. Se folosesc n mbinri de rezisten, instalaii frigorifice, industrie alimentar, lipirea plcuelor achietoare pe corpul cuitului. n lucru, plcua este supus la compresiune, ca i lipitura. Dezlipirea plcuei se realizeaz la vibraii sau la ncovoiere i/sau traciune, solicitri nefavorabile mbinrii.Comportarea la solicitri mecanice este influenat de: proprietile mecanice ale materialului de baz i a celui de adaos, tipul i forma mbinrii, tehnologia de execuie, felul solicitrii, temperatura de lucru.

Lipiturile au o rezisten mai ridicat dac se utilizeaz materiale mai rigide (oeluri superioare n locul oelurilor moi) deoarece lipitura este sensibil la deformaii. Grosimea lipiturii are valori mici (). Sub valoarea minim, ptrunderea materialului de adaos este incomplet, iar peste valoarea maxim, la solicitri de traciune, deformarea (n special gtuirea) materialului de adaos este prea mare i scade rezistena mbinrii. Se recomand ca lipiturile s fie solicitate la forfecare i/sau compresiune i nu sunt fiabile soluiile constructive care s implice traciune i/sau ncovoiere.mbinare prin lipire solicitat la forfecare. Efortul de forfecare nu este uniform pe lungimea L a lipiturii. Efortul de forfecare depinde de grosimea pieselor (, sau s dac plcile au aceeai grosime), grosimea materialului de adaos (), proprietile de elasticitate ale materialelor implicate n asamblare.

- modulele de elasticitate longitudinale ale materialelor care se vor lipi, (dac materialele lipite sunt identice, n calcule apare E), G - modulul de elasticitate transversal al materialului de adaos. n ipoteza c mbinarea rmne n domeniul elastic, pentru sarcina P, un element infinit mic al materialului de adaos este deformat.Maximul efortului de forfecare este la capetele mbinrii (x=L/2):

- o constant a asamblrii, incluznd proprieti de material i geometrice.

Tangenta hiperbolic: Tensiunea maxim de forfecare:

- un factor de distribuie al efortului de forfecare:

- efortul mediu de forfecare n lipitur:

Se nlocuiete cu - limita admisibil a lipiturii, dat n catalogul firmei care produce adezivul, i se obine fora maxim de solicitare a lipiturii

Funcia are o asimptot orizontal. Creterea excesiv a lungimii unei lipituri nu nseamn i creterea rezistenei ei mecanice.

Pn la dependena funciei se consider liniar:

Peste aceast valoare dependena nu mai este liniar. Pentru , teoretic, se atinge 90% din - fora maxim posibil de atins pentru materialele alese.

Asamblarea cu uruburi se realizeaz pe baza existenei pe piese a dou suprafee conjugate, denumite filete. Filetul sau suprafaa filetat se obine, teoretic, prin translarea unei forme geometrice simple pe o elice cilindric sau conic. Cele mai des ntnite profile pentru filete sunt: triunghiul ascuitunghic isoscel sau oarecare, ptratul, trapezul (isoscel sau nu), semicercul. urub - piesa cu filet la exterior,piuli - piesa cu filet la interior.Forma filetului i parametrii dimensionali fiind standardizai sau tipizai. Parametri pentru un filet triunghiular (metric), cu elice cilindric:- pasul filetului p reprezint distana, pe generatoare, dintre dou puncte omoloage consecutive; tot aceste puncte delimiteaz, n spaiu, o spir a filetului;

- diametrul interior este msurat la baza spirei; se noteaz cu pentru urub i cu pentru piuli; ;- diametrul exterior sau nominal al filetului, d la urub i D la piuli (d < D);

- diametrul mediu este acelai i pentru urub i pentru piuli: ;

- unghiul de nclinare al spirei , raportat la un cerc de diametru mediu ():

Clasificarea filetelor Dup forma profilului: filet triunghiular simetric, cu dou variante:

- filet metric (fig. 4.21) simbolizat cu litera M; pro-filul este un triunghi echilateral (unghiul la vrf );

- filet Whitworth, simbolizat cu W, la care dimensiu-nile se exprim n oli iar ; pasul se exprim n numr de spire pe ol; n industria petro-chimic se folosete o variant cu pas fin (simbolizat cu G); filetul ptrat: rar pentru c se uzeaz rapid, mrind jocul axial dintre piese; filetul trapezoidal, Tr, se folosete la transmisii reversibile cu urub; filetul fierstru, S: un trapez aproape dreptunghic (87o) i se folosete la uruburi de for, supuse la sarcini axiale mari ce lucreaz ntr-un singur sens (prese, uruburi de presiune); filetul rotund (Rd) este utilizat cnd mediul n care este asamblarea are un pronunat caracter agresiv sau cnd trebuie suportate ocuri (uruburi de cuplare la vagoane); n electrotehnic se folosete o variant numit Edison (simbol E).

a) b)

Dup numrul de spire ce se n-foar pe suprafaa-suport, filetele sunt cu un nceput (cele mai des ntlnite), cu dou sau mai multe nceputuri (maxim 4), folosite pentru transmisii cu uruburi. La aceeai vitez unghiular, deplasarea axial este proporional cu numrul de nceputuri pentru acelai pas aparent . Pasul real este

i este numrul de nceputuri Dup sensul de nfurare al spirelor pe urub:a) dreapta, subneles sau notat cu RH dup diametrul nominal ib) stnga, notat obligatoriu cu LH.La acelai diametru nominal, filetele metrice i Whitworth au trei variante de pas, standardizate: normal, mare, fin. Pentru acelai diametru, pasul fin duce la creterea rezistenei piesei filetate, dar se execut mai dificil; se folosete la automobile i n aeronautic pentru c scade greutatea piesei. Pasul mare este mai uor de prelucrat. Pasul fin este folosit i pentru aparate de precizie, cu reglaj fin, pentru mbinri de etanare. Dup forma suprafeei pe care se nfoar elicea filetului: cilindric sau conic (simbol K). Filetul conic are dou variante: cu profil perpendicular pe axa urubului sau cu profil perpendicular pe generatoarea conului. Filetul conic ndeplinete i funcia de etanare: la demontri i montri repetate, el compenseaz uzura dar este scump. Pentru a micora costul unei asamblri filetate, cu rol de etanare, se asambleaz uruburi conice cu piulie cilindrice, cu acelai pas i diametru nominal.

Deplasarea dintre piesa-urub i piesa-piuli, n cazul strngerii sau desfacerii unei asamblri filetate, dar i pentru transmisii cu urub, se poate echivala cu deplasarea cu vitez constant, pe un plan nclinat (spira desfurat a urubului) a unui corp (piuli) de greutate F (de fapt, fora de strngere) cu ajutorul unei fore . a) b) c)

Unghiul planului nclinat este unghiul spirei filetului . i fora acioneaz pe diametrul mediu al filetului (a). Conform legii a III-a a mecanicii clasice, pe planul nclinat apare reaciunea i o for de frecare, opus, ca sens, deplasrii piuliei:

Pentru simplificare, se va analiza filetul ptrat, pentru dou cazuri. A. Piulia urc: de fapt, este strns: se transform rotirea n translaie:

B. Piulia coboar (de fapt, este desfcut); translaia se transform n rotaie.

- unghiul de frecare (, - coeficientul de frecare caracteristic cuplului de materiale urub-piuli i condiiilor de ungere).

Tabel

urub din oel i piuli din

cu ungerefr ungere

oel0,08...0,150,15...0,38

font0,1...0,140,15...0,20

bronz0,05...0,090,10...0,20

Flancul activ al filetului nclinat (suprafaa pe care urc sau coboar piulia) este nclinat cu un unghi fa de un plan perpendicular pe axa urubului. Valoarea unghiului depinde de tipul filetului:

- profil metric, trapezoidal i Whitworth, -unghiul la vrf al profilului,

pentru profil fierstru etc.

Dac n urub acioneaz fora F, fora normal pe spir va fi . Fora de frecare depinde de aceast for normal pe flancul activ al spirei i de coeficientul de frecare caracteristic cuplului de materiale:

- coeficient aparent de frecare. Cum , fora de frecare care apare n asamblri filetate cu profil nclinat este mai mare dect cea care ar aprea n filete ptrate, n acelai condiii de solicitare.

Randamentul oricrui sistem tehnic:

- lucrul mecanic util, - lucrul mecanic consumat. Randamentul pentru sistemul urub-piuli se analizeaz pentru cele dou situaii.A. Cnd piulia este strns (la uruburi de fixare) sau cnd rotaia se transform n translaie (la uruburi de micare), lucrul mecanic util este produsul dintre fora util F i deplasarea ei, pasul p:

Lucrul mecanic consumat este produsul forei de mpingere a piuliei i distana

Randamentul:

sau

B. Dac piulia este desfcut sau se transform translaia n rotaie, lucrul mecanic util:

lucrul mecanic consumat

Randamentul sistemului urub-piuli depinde de geometria filetului (prin i ) i de coeficientul de frecare ce apare implicit n relaiile pentru . Pentru un sistem dat ( i constante), randamentul depinde de unghiul de nclinare al spirei . Randamentul maxim se obine pentru un unghi , pentru care funcia are un maxim (derivata funciei randament se anuleaz).Pentru primul caz (piulia este strns), derivata randamentului n raport cu

Dac valoarea unghiului de frecare scade, randamentul crete. Micorarea unghiului de frecare se poate realiza prin micorarea lui (pn la =0 la filete ptrate). O alt posibilitate este micorarea coeficientului de frecare , prin utilizarea unor cupluri de materiale cu proprieti de antifriciune ( mic i uzur redus) i asigurarea unei ungeri (periodice sau continue) cu lubrifiani superiori.Valoarea randamentului intereseaz la uruburile de micare i la asamblrile cu uruburi la care se folosesc dispozitive de strngere. Nu se ia n considerare la uruburi de micare cu ntreruperi mari n funcionare, la cele de reglaj i micrometrice.

La uruburile de fixare, dar i la unele de micare, deplasarea axial a urubului se face dac piulia este rezemat pe un suport. Rotirea piuliei pe acest reazem introduce un moment de frecare suplimentar, . Suprafaa de rezemare are form inelar, cu diametrul interior i cel exterior , aproximativ egal cu deschiderea la cheie S. Pentru o distribuie uniform a forei pe suprafaa de reazem, presiunea medie este:

- momentul de frecare elementar: dF - fora de apsare pe elementul de arie

- elementul de arie.Momentul de frecare ntre piuli i reazem se obine prin integrare:

Pentru calcule rapide

- diametrul mediu al suprafeei inelare a reazemului.

Pentru a nvinge i aceast frecare, piulia trebuie acionat cu o for suplimentar pe diametrul mediu al filetului:

Fora necesar deplasrii piuliei:

Randamentul:

Coeficientul de frecare uscat ntre piuli i soclul ei .

n practic, strngerea sau desfacerea piuliei se face aplicnd o for P la cheie, la distana l de axa urubului. Aceasta produce un moment ,

Se obine:

Semnul + este pentru strngerea piuliei iar semnul - pentru desfacerea ei.Sistemul urub-piuli este un amplificator mecanic de for. Cnd se acioneaz cheia cu fora P, n urub se dezvolt fora F (FP).

Factorul de amplificare .

Pentru filete , ,, . n cazul ungerii uruburilor i a suprafeelor de reazem, .

Experimental: c spirele unei piulie sunt neuniform ncrcate, distribuia sarcinii pe ele depinznd de tipul filetului, forma i materialul piuliei. La filetul triunghiular, prima spir preia 33% din ncrcare. Repartiia se mbuntete pentru forme mai elastice ale corpului piuliei sau cnd se folosesc cupluri de materiale cu module de elasticitate mult diferite . La filetul ptrat, prima spir preia 52% din ncrcare. Este nc un motiv pentru care filetul ptrat este rar utilizat. a) b) c)

Calculul nlimii piuliei, m, se face n cazul ncrcrii uniforme a spirelor: pe fiecare spir se repartizeaz o sarcin , z fiind numrul de spire. Evident, , p fiind pasul filetului. Spira desfurat este asimilat cu o grind ncastrat n corpul piuliei. Se admite c fora este liniar distribuit pe diametrul mediul al asamblrii . a) ncovoiere b) forfecareSarcina F determin n seciunea de ncastrare a spirei o solicitare compus de ncovoiere i forfecare i o tensiune de strivire pe suprafaa comun dintre spira urubului i cea a piuliei:

- ncovoire

- forfecare

- strivire pe suprafaa(proiecia suprafeei de contact pe un plan normal la F):

Se calculeaz o tensiune echivalent pentru suprafaa de ncastrare a spirei:

Pentru piuliele standardizate, numrul de spire este impus, dar se face un calcul de verificare la solicitare compus i strivire. n cazul materialelor mult diferite, pentru urub i piuli, valorile i se compar cu cele admisibile (,) pentru materialul mai slab (al piuliei).Pentru aplicaii speciale, la care piulia nu este standardizat, se calculeaz un numr de spire din condiia de rezisten la strivire

i i p sunt parametri geometrici, standardizai ai filetului, impui din calculul de rezisten al urubului. Se recomand . Se face apoi o verificare la solicitri compuse.

nlimea piulielor standardizate s-a determinat ca maximul rezultat din calculul de ncovoiere, forfecare i strivire. Cea mai mare nlime s-a obinut din condiia de rezisten la strivire i n standard se ia . Sunt standardizate i piulie nalte (), joase (). Pentru uruburi de for sau de micare, se face calculul piuliei, lundu-se n considerare o distribuie neuniform a sarcinii pe spire.

nlimea piuliei din oel, cu filet metric, , , , , i (valori pentru demontri repetate)

Solicitaream

ncovoiere

forfecare

strivire

uruburile i piuliele se execut din materiale diverse: oeluri (cele mai des utilizate), aliaje neferoase, mase plastice i compozite cu rezisten mecanic. Standardele recomand mrci de oeluri netratate, tratate termic sau termo-chimic. Pentru a fi mai uor de selectat o marc din gama divers, oelurile pentru asamblri filetate se grupeaz astfel:

- pentru uruburi exist 9 grupe de caracteristici mecanice; simbolizarea unei grupe se face prin dou cifre desprite prin punct: prima este raportul ( n MPa), a doua este raportul (sau );

- pentru piulie, clasele de rezisten se deosebesc numai dup raportul .Alegerea perechii de mrci de oel pentru o asamblare filetat depinde de natura i mrimea tensiunilor maxime n asamblare, mediul de lucru (temperatur, aciunea electro-chimic i mecanic a lui) i condiiile de solicitare (statice, variabile, cu oc), tehnologia de execuie i asamblare costul de fabricaie.

Asamblrile filetate pot fi:- pentru fixarea pieselor; se realizeaz mbinri de rezisten (la construcii metalice, carcase i capace, la flane etc.);- de etanare (la recipiente i tubulatur ce lucreaz la presiune normal);- de rezisten-etanare, pentru recipiente sub presiune, instalaii ce lucreaz la presiuni i temperaturi mari sau sczute, n medii agresive.

a) cu aib Grower b) cu aib ondulat c) contra-piuli

d) piuli cu plint e) cu aib de blocare f) cu aib de blocare

tije de uruburi capete de uruburiuruburile i piuliele se execut n trei clase de precizie: grosolan, semiprecis, precis.

Toleranele de tip H la piulie i g la uruburi sunt considerate normale. ISO recomand 5H, 6H i 7H pentru piulie i 6e, 6g i 6h pentru uruburi cu filet metric. Pentru filete ferstru, se prelucreaz cu tolerane H la piuie i cu c, e i h la urub. Ajustajele H/h au iar H/c i H/e au .aibele au rolul de a uniformiza presiunea de contact dintre piuli i piesa de reazem sau de a mpiedica autodesfacerea piuliei (aibe de sigu-ran cum sunt cele Grower).Montarea uruburilor i piulielor se face cu chei fixe sau reglabile, cu dispozitive speciale, acionate electric, mecanic sau pneumatic (la produse de serie mare) sau cu chei dinamometrice. La proiectare trebuie s se in seama de spaiul necesar manevrrii cheii sau dispozitivului de montaj.Scoaterea din funciune se face prin ruperea tijei urubului, distrugerea filetului piuliei, distrugerea filetului urubului. Prima spir se deterioreaz cel mai des deoarece este cea mai ncrcat: tensiunile ntr-o seciune transversal a urubului arat c valorile maxime sunt n zona fundului filetului. Se recomand teirea capului urubului i a gurii filetate, pe o lungime aproximativ egal cu adncimea profilului.Cauzele care slbesc asamblarea filetat sunt: prezena vibraiilor, tendina de relaxare a materialelor, manifestat prin transformarea parial a deformaiei elastice n deformaie plastic. Pentru asamblri filetate, sarcinile variabile sunt periculoase, pentru c, dac strngerea este slbit, contactul ntre suprafeele filetate poate fi anulat, iar la urmtorul ciclu de solicitare, sarcinile au caracter de oc. Cauze: filetul este, prin forma i dimensiunile lui, un concentrator foarte puternic de tensiuni i fisura de oboseal este iniiat, cel mai des, la baza profilului. montajul necorespunztor, imprecizii de execuie a pieselor filetate sau/i a celor asamblate ceea ce duce la sarcini suplimentare, chiar la rupere.Distrugerea nedorit a elementelor asamblrii filetate poate fi prevenit prin calcul adecvat regimului de solicitare, soluii tehnologice i de proiectare, condiii ngrijite de execuie i montaj ( montare cu cheie dinamometric). a) b)uruburile fr strngere la montaj sunt uruburi de rezisten, care au nevoie de joc ntre piesele asamblate. La un dispozitiv de ridicare urubul asigur susinerea i rotirea sarcinii. urubul se calculeaz numai la traciune:

- seciunea minim a urubului,

- tensiunea admisibil la traciune a materialului urubului,

- un coeficientul de siguran.

Calculele se fac n ipoteza c deformaiile n urub i pachet respect legea lui Hooke (n domeniul elastic al materialelor).Sistemul de fore care acioneaz n asamblare la terminarea montajului (MS) i n exploatare (NR).

Alungirea urubului este:

- seciunea transversal minim a urubului,

- modul de elasticitate al materialului urubului,

- deformaia specific a urubului.

- lungimea urubului, supus deformrii; ea nu este identic cu lungimea urubului sau a tijei acestuia

Pentru pachet, contracia este:

- deformaia specific a pachetului,

- nlimea lui, sau , n funcie de prezena unei garnituri de grosime sau nu;

- seciunea pachetului, msurat n stare iniial,

- modulul de elasticitate al pachetului (un modul echivalent, care depinde de modulele de elasticitate ale pieselor pachetului , - pentru garnitur).

Rigiditatea urubului:

Rigiditatea pachetului

Ipoteza: volumul lui supus la deformaii elastice, este format din dou trunchiuri de con, cu baza mare comun (). Trunchiul de con se echivaleaz cu un cilindru de acelai volum, avnd diametrul:

S - deschiderea cheii (diametrul exterior de rezemare a piuliei). Aria pachetului:

Dac dimensiunile pieselor sunt mici, tot materialul pachetului este comprimat:

a) uruburi b) prezoane c) Verificarea urubului la prestrngere (la montaj) la solicitare compus: - efortul de traciune:

- efortul de rsucire dat de momentul de rotire al piuliei:

- momentul de rsucire ce acioneaz pe urub la strngerea piuliei iar

- momentul de frecare ntre piuli i reazemul ei (indicele o - faza de montaj);

- modulul de rezisten polar al seciunii minime a urubului.

- fora iniial de strngere, cunoscut din datele niiale ale asamblrii. Utiliznd ipoteza lucrului mecanic maxim de deformaie, urubul nu se rupe dac

s - un coeficient de siguran; se recomand: 1,25...1,75 - montaj ngrijit,1,25...2,5 - montaj imprecis i d14 m, 2,5...3 - montaj nengrijit i d14mm.n exploatare urubul este supus doar la traciune i tensiunea este:

Strngerea sub sarcin (cnd nu se poate ntrerupe funcionarea instalaiilor), introduce un efort de rsucire suplimentar:

Tensiunea echivalent pentru urub, va fi:

Nu se recomand strngerea sub sarcin pentru c tinde s se apropie de (urubul se va deforma plastic, rezultnd o slbire a strngerii, chiar neetaneitate).

Dou variante de montare a uruburilor: cu joc i fr joc (uruburi ajustate sau psuite).

Solicitarea uruburilor montate cu joc depinde de relaia care se stabilete ntre fora exterioar F i fora de frecare care apare ntre piesele asamblate, la strngerea piuliei.

Pentru a micora fora de prestrngere la asamblrile cu joc, respectiv tensiunea de forfecare i cea de strivire (la asamblri psuite), exist soluii de proiectare care transfer aceste solicitri pe buce, praguri, pene sau tifturi.A. Calculul uruburilor cu joc, cnd . urubul din figura 4.43a este solicitat numai la traciune. Piesele nu se deplaseaz dac:

- un coeficient de suprasarcin. Asamblarea este sensibil la suprasarcini i ocuri; nu se respect precizia dimensional i etaneitatea din cauza alunecrii pieselor.

B. Calculul uruburilor psuite, cnd . urubul este solicitat la:

- forfecare:

- strivire: Efortul de traciune produs de strngerea piuliei trebuie s fie minim i n acest caz, se poate neglija.

- lungimea zonei celei mai nguste de contact ntre urub i pies. Se ine seama de materialul mai puin rezistent la strivire: .

Documents

Organe de Maşini Cap 3 Asamblari