GRUP ŞCOLAR CONSTRUCŢII DE MAŞINI COLIBAŞI

PROIECT DE CERTIFICAREA COMPETENŢELOR PROFESIONALE

NIVELUL 2

CALIFICAREA: MECANIC UTILAJE ŞI INSTALAŢII ÎN INDUSTRIE

Coordonator :

Absolvent: CLS. a XIa C

Anul şcolar 2008 - 2009

TEMA PROIECTULUI :

PROCES TEHNOLOGIC DE FABRICAŢIE PENTRU ARBORI

DREPŢI

2

CUPRINS

I. ARGUMENT………………………………………………..………….4

II. PROCESUL TEHNOLOGIC DE FABRICAŢIE A ARBORILOR

II.1. NOŢIUNI GENERALE. CLASIFICARE………………...5

II.2. ARBORI DREPŢI…………………………………………..9

II.2.1. CLASIFICARE. UTILIZARE………………………9 II.2.2. MATERIALE ŞI TEHNOLOGIE………………....10

II.3. NORME DE SĂNĂTATE ŞI SECURITATE ÎN MUNCĂ SPECIFICE ATELIERELOR MECANICE……………17

III. BIBLIOGRAFIE…………………………………………………...18

3

I. ARGUMENT

Am ales aceasta temă, deoarece mă pasionează arborii şi osiile. De când eram mic mă uitam la maşinuţele de jucărie teleghidate cu motoraş şi mă uitam cum se învârt arborii şi de atunci am vrut să învăţ cât mai multe despre acestea.

De exemplu , ei pot transmite mişcarea de rotaţie şi momentul de torsiune de la, sau către roţi dinţate, roţi de curea sau alţi arbori. Solicitările la care sunt supuşi arborii sunt întotdeauna cele de torsiune şi cele de torsiune şi încovoiere atunci când au piese montate pe ei. Din categoria organelor folosite pentru realizarea şi asigurarea mişcării de rotaţie fac parte două categorii de maşini:

- osiile şi arborii, ca elemente susţinute, având mişcare de rotaţie- lagărele, ca elemente de susţinere şi ghidare a osiilor sau a arborilor,

care asigură mişcarea de rotaţie a acestora.Realizarea mişcării de rotaţie poate fi asigurată numai prin ansamblul

celor două grupe de elemente, susţinute şi de susţinere, care formează o legătură cinematică.

Randamentul mecanic al unei maşini este determinată, în special de calitatea şi precizia zonelor prin care se asigură contactul dintre arbore sau osie şi lagărul conjugat. Rezultă deci, obligaţia asigurării unei calităţi deosebite a acestor piese.

Marea diversitate a maşinilor şi mecanismelor necesită arbori şi lagăre deosebit de variate de la o bucşă simplă până la forme deosebit de complicate.

4

II. PROCESUL TEHNOLOGIC DE FABRICAŢIE A ARBORILOR

II.1. NOŢIUNI GENERALE. CLASIFICARE.Performanţele funcţionale şi tehnice ale oricărei maşini depind de doi

factori principali :- concepţia proiectantului care proiectează schema de principiu a

viitoarei maşini ;- însuşirile calitative ale fiecărui element structural component. Primul factor poate fi asigurat printr-o temeinică pregătire teoretică şi

practică de specialitate a proiectantului.Al doilea factor demonstrează că performanţa şi siguranţa în

exploatarea maşinii, durabilitatea şi flexibilitatea sa sunt hotărâte de calitatea fiecărui organ component.

Arborii sunt organe de maşini care se rotesc în jurul axei lor geometrice şi care transmit momente de răsucire prin intermediul altor organe pe care le susţin sau cu care sunt asamblate (role, roţi dinţate, biele, cuplaje). Arborele motor primeşte mişcarea de la piston prin bielă, o transformă în mişcare de rotaţie, pe care o transmite în exterior pentru antrenarea diferitelor subansambluri ale motorului şi la transmisia automobilului pentru deplasare. De asemenea, pune în mişcare diferite mecanisme şi agregate ale motorului (mecanismul de distribuţie, pompa de apa, ventilatorul etc.).

Arborii drepţi sunt frecvent utilizaţi în transmisiile mecanice, secţiunea transversală a acestora, pe lungime, putând fi constantă sau variabilă, depinzând de repartiţia sarcinilor (momente de torsiune, momente de încovoiere, forţe axiale etc.) în lungul axei lor şi de tehnologia de execuţie si de montaj aleasă. Arborii cu secţiune constantă se utilizează când sunt solicitaţi numai la torsiune, momentul de torsiune fiind constant pe întreaga lungime a arborelui. Când arborii sunt solicitaţi la torsiune si încovoiere, se utilizează secţiunea variabilă în trepte, aceasta asigurând următoarele avantaje: apropierea arborelui de o grinda de egala rezistenta la încovoiere, prezenta unor umeri de sprijin pentru fixarea axiala a organelor de maşini susţinute, montajul uşor al acestor organe de maşini fără deteriorarea altor suprafeţe ale arborelui. În cazul arborilor de dimensiuni mari, unele trepte de trecere se execută conice, arborele apropiindu-se şi mai mult de o grindă de egală rezistenţă la încovoiere.

Tipuri de variante constructive

5

În funcţie de variantele constructive, există trei tipuri de arbori: drepţi, flexibili şi cotiţi.

Arborii sunt organe de maşini cu mişcare de rotaţie destinate să susţină alte organe de maşini (roţi dinţate, roţi de lanţ, roţi de curea, semicuplaje etc.) în mişcare de rotaţie şi să transmită momente de torsiune în lungul axei lor.

Osiile sunt organe de maşini cu mişcare de rotaţie sau fixe destinate numai susţinerii unor organe de maşini în mişcare de rotaţie. Osiile nu transmit momente de torsiune.

Arborii şi osiile au şi rolul de a prelua forţele de la organele de maşini montate pe acestea şi de a le transmite reazemelor (lagăre cu rostogolire sau cu alunecare).

Părţile componente ale unui arbore sunt (fig. 1): - corpul arborelui (a);- porţiunile de calare (b); - porţiunile de reazem (c) numite şi fusurile arborelui. Porţiunile de calare sunt zonele pe care se montează organele de maşini

susţinute de arbore. Acestea se pot executa cu suprafeţe cilindrice sau conice. Cele mai utilizate sunt porţiunile de calare cu suprafaţă cilindrică, mai uşor de prelucrat. Suprafeţele conice se utilizează pentru porţiunile de calare pe care au loc montări şi demontări frecvente ale organele de maşini susţinute de arbore (roţi de schimb etc.) şi când se impune o centrare foarte precisă a acestora.

Porţiunile de reazem (fusurile) sunt zonele de sprijin ale arborelui în lagărele cu rostogolire sau cu alunecare. De regulă, acestea sunt dispuse în apropierea capetelor arborilor şi pot fi executate cu suprafeţe cilindrice, conice sau sferice.

Pentru lagărele cu rostogolire, fusurile se execută cilindrice relativ scurte – în cazul montării unui singur rulment cu corpurile de rostogolire dispuse pe un rând, sau mai lungi – în cazul montării a doi rulmenţi sau a unui rulment având corpurile de rostogolire dispuse pe două sau mai multe rânduri. Diametrele acestor fusuri se aleg după diametrul interior al rulmentului.

Fig. 1 Părţile componente ale unui arbore

6

Uneori, fusurile arborelui se execută conice având conicitatea egală cu cea a alezajului rulmenţilor oscilanţi cu bile sau cu role butoi, rumenţilor cu role cilindrice de mărime mare etc.

Pentru lagărele cu alunecare, fusurile se execută cilindrice, conice sau sferice, cele mai utilizate fiind fusurile cilindrice care au diametrul mai mic decât al treptei alăturate, pentru simplificarea montajului şi pentru obţinerea de umeri de sprijin pentru fixarea axială a lagărelor. Fusurile conice se folosesc pentru a avea posibilitatea reglării jocului din lagăr – prin deplasarea axială a arborelui – iar cele sferice doar în cazul unor arbori elastici, cu deformaţii de încovoiere foarte mari.

Clasificarea arborilor, pe baza principalelor criterii de clasificare, este prezentată în tabelul 1.

Tabelul 1

7

Criteriul de clasificare

Tipul arborilor

Forma axei geometrice

Arbori drepţi Arbori cotiţi Arbori flexibili

DestinaţiaArbori de transmisie

Arbori principali ai maşinilor unelte

Secţiunea arborelui pe lungime

Arbori cu secţiune constantă

Arbori cu secţiune variabilă în trepte

Forma secţiunii transversale

Arbori cu secţiune plină Arbori cu secţiune tubulară

Forma suprafeţei exterioare

Arbori netezi Arbori canelaţi

Rigiditatea Arbori rigizi Arbori elastici

Numărul reazemelor

Arbori static determinaţi (cu două reazeme)

Arbori static nedeterminaţi

(cu mai mult de două reazeme)

Poziţia axei geometrice

Arbori orizontali

Arbori înclinaţi

Arbori verticali

8

a

b

c

d

Fig. 2 Arbori drepţi

II.2. ARBORI DREPŢI

II.2.1. CLASIFICARE. UTILIZARE.

Arborii drepţi sunt frecvent utilizaţi în transmisiile mecanice, secţiunea transversală a acestora, pe lungime, putând fi constantă (fig.2, a) sau variabilă (fig. 2, b, c, d), depinzând de repartiţia sarcinilor (momente de torsiune, momente de încovoiere, forţe axiale etc.) în lungul axei lor şi de tehnologia de execuţie şi de montaj aleasă. Arborii cu secţiune constantă se utilizează când sunt solicitaţi numai la torsiune, momentul de torsiune fiind constant pe întreaga lungime a arborelui. Când arborii sunt solicitaţi la torsiune şi încovoiere, se utilizează secţiunea variabilă în trepte, aceasta asigurând următoarele avantaje: apropierea arborelui de o grindă de egală rezistenţă la încovoiere, prezenţa unor umeri de sprijin pentru fixarea axială a organelor de maşini susţinute, montajul uşor al acestor organe de maşini fără deteriorarea altor suprafeţe ale arborelui. În cazul arborilor de dimensiuni mari, unele trepte de trecere se execută conice, arborele apropiindu-se şi mai mult de o grindă de egală rezistenţă la încovoiere, Arborii netezi (fig. 2, b) se folosesc în construcţia reductoarelor, iar arborii canelaţi (fig. 2, c) se folosesc în construcţia cutiilor de viteze, a cutiilor de distribuţie, a diferenţialelor autovehiculelor etc.

Arborii tubulari (fig. 2, d) se folosesc când se impun condiţii severe de greutate (când diametrul interior al arborelui tubular este jumătate din cel exterior, greutatea acestuia se micşorează cu 25%, iar rezistenţa la încovoiere

9

cu numai 6,25% [16]) sau atunci când este necesară trecerea prin arbore a unui alt arbore (exemple: arborii coaxiali ai unor cutii de viteze planetare; arborii cutiilor de viteze cu axe fixe ale unor tractoare prin interiorul cărora trece arborele prizei de putere).

Utilizarea arborilor drepţi

Principalele domenii de folosire a arborilor drepţi sunt: reductoarele de turaţii cu axe fixe, transmisiile automobilelor, tractoarelor, maşinilor agricole, utilaje tehnologice, maşinilor unelte, toate transmisiile cu angrenaje etc.

II.2.2. MATERIALE ŞI TEHNOLOGIE

Materialele din care se execută arborii drepţi se aleg funcţie de condiţiile de rezistenţă şi rigiditate impuse, de natura organelor de maşini susţinute şi de tipul lagărelor (cu alunecare sau cu rostogolire). Materialele utilizate pentru construcţia arborilor sunt legate şi de tehnologia de execuţie a acestora.

Arborii drepţi se execută, de regulă, din oţeluri carbon sau aliate, iar în cazul unor dimensiuni foarte mari din fontă. Oţelurile aliate se recomandă în cazul când pinionul este executat din astfel de oţeluri şi este corp comun cu arborele, la turaţii de funcţionare foarte ridicate, în cazul arborilor puternic solicitaţi şi cu restricţii de gabarit, la osiile autovehiculelor etc.

Pentru arborii drepţi , se recomandă:• oţeluri de uz general pentru construcţii (OL 42, OL 50, OL 60 STAS

500/2), pentru arborii care nu necesită tratament termic;• oţeluri carbon de caliate de îmbunătăţire (OLC 45, OLC 60 STAS 880)

sau oţeluri aliate de îmbunătăţire (40 Cr 10, 41 CrNi 12 etc. STAS

791), pentru arbori puternic solicitaţi şi/sau durată mare de funcţionare

impusă lagărelor sau canelurilor;

• oţeluri carbon de calitate de cementare (OLC 10, OLC 15 STAS 880)

sau oţeluri aliate de cementare (13 CrNi 30, 28 TiMnCr 12 etc. STAS

10

791), pentru arbori puternic solicitaţi şi pentru arbori care funcţionează

la turaţii ridicate.

Semifabricatele pentru arbori pot fi:

- bare laminate, pentru diametre sub 140 mm;

- bare laminate cu forjare ulterioară;

- bare laminate cu matriţare ulterioară, în cazul producţiei de de

serie mare;

- semifabricate turnate, în cazul arborilor şi osiilor de dimensiuni

foarte mari.

Execuţia arborilor din bare laminate cu forjare sau matriţare ulterioară

conduce la:

● obţinerea unui semifabricat apropiat de forma finală a arborelui – cu

importante economii de material, manoperă şi energie;

● la realizarea unui fibraj continuu care urmăreşte forma arborelui, cu

efect direct asupra măririi rezistenţei acestuia.

Forjarea liberă se utilizează în special în cazul arborilor cu diametru peste 140mm.

Matriţarea se foloseste la producţia în serie.In cazul turnării se foloseşte fonta cenuşie (Fc), fonta maleabilă (Fm),

fonta cu grafit nodular (Fgn), fonta aliată si oţel turnat (Ot) sau oţel aliat turnat. Acest procedeu se aplică în special arborilor de forme complicate.

Tehnologia de fabricaţie a arborilor constă în:

- operaţii executate înainte de tratamentul termic :

● strunjirea suprafeţelor cilindrice sau conice şi a filetelor,

● frezarea canalelor de pană sau a canelurilor

- operaţii executate după tratamentul termic:

11

● rectificarea fusurilor, a porţiunilor de calare, a suprafeţelor

canelurilor

Operaţiile de prelucrare mecanică se grupează după gradul de precizie

în: operaţii pregătitoare, operaţii de degroşare şi finisare, operaţii finale.

Tratamentele termice sau termochimice aplicate depind de materialul

din care se execută arborii, putând fi:

■ îmbunătăţire sau îmbunătăţire şi călire superficială a fusurilor,

canelurilor, porţiunilor de calare etc.;

■ cementare urmată de călire a fusurilor, porţiunilor de calare şi a

canelurilor; nitrurare etc.

1. Operaţii pregătitoare

Operaţiile pregătitoare au în principal rolul de a realiza bazele tehnologice pentru operaţiile următoare şi se stabilesc în funcţie de tipul semifabricatului după cum urmează:

- debitare (dacă este cazul),

12

- îndreptare, - prelucrare suprafeţe frontale,- centruire.

Îndreptarea se aplică semifabricatelor sau barelor utilizate pentru construcţia arborilor nerigizi precum şi barelor destinate realizării arborilor ce se prelucrează pe strunguri revolver sau automate. În mod uzual se aplică îndreptarea la rece, dar sunt şi situaţii în care datorită deformaţiilor mari îndreptarea se face la cald. Debitarea se aplică în cazul semifabricatelor laminate şi se realizează pe ferăstraie mecanice sau la foarfece tip ghilotină; în cazul pieselor de dimensiuni mici, debitarea se poate realiza chiar pe strung, în cadrul operaţiilor de degroşare. Prelucrarea suprafeţelor frontale se poate realiza pe strung în cazul arborilor mici şi mijlocii în producţia individuală şi de serie mică; pentru aceleaşi tipuri de arbori fabricaţi în producţie de serie mare şi de masă se aplică frezarea simultană a capetelor (figura 3 a) pe maşini speciale de frezat şi centruit. In cazul arborilor de dimensiuni mari, prelucrarea suprafeţelor frontale se face succesiv pe maşini de frezat longitudinale sau pe maşini de alezat şi frezat, caz în care se execută din aceeaşi prindere şi centruirea.

Găurile de centrare constituie baze tehnologice pentru toate operaţiile ulterioare, astfel că trebuie îndeplinite următoarele condiţii: ambele găuri să aibă axa comună, să aibă conicitatea prescrisă, să aibă dimensiuni în concordanţă cu dimensiunile arborelui. Găurile de centrare se execută cu burghie de centruit ale căror forme şi dimensiuni sunt standardizate. Centruirea se realizează în majoritatea cazurilor în cadrul aceleiaşi operaţii cu prelucrarea suprafeţei frontale respective . In cazul prelucrării pe strung este necesară utilizarea unui dispozitiv de rezemare pe durata executării prelucrării frontale şi a centruirii (figura 3 b).

13

Fig. 3- Prelucrarea suprafeţelor frontale şi centruirea

14

2. Operaţii de degroşare şi finisare

Operaţiile de degroşare şi finisare se realizează în special pe strunguri şi maşini de rectificat.

Prelucrarea prin strunjire a arborilor se poate executa pe majoritatea tipurilor de strunguri: strunguri paralele (normale), strunguri revolver, strunguri cu mai multe cuţite, strunguri semiautomate sau automate de copiat, strunguri cu comandă numerică. Prelucrarea pe strunguri paralele (normale). Se aplică în cazul tuturor tipurilor de arbori în cazul producţiei individuale sau de serie mică, ceea ce explică faptul că aceste maşini reprezintă 25…50% din totalul maşinilor unelte dintr-o unitate productivă. Principalul avantaj obţinut prin utilizarea strungurilor paralele este posibilitatea realizării într-o singură operaţie a unor piese de forme complicate, datorită gradului ridicat de universalitate (strunjiri suprafeţe cilindrice exterioare sau interioare, suprafeţe profilate, găuriri, filetări etc.). Precizia dimensiunilor diametrale (clasele 8…10 ISO) se realizează prin metoda aşchiilor de probă. Câteva scheme tipice de bazare şi prelucrare pe strungul normal sunt prezentate în figura 3. În cazul arborilor în trepte, prelucrările încep de la suprafaţa cu diametrul cel mai mare , astfel încât reducerea rigidităţii piesei prin îndepărtarea adaosului să se facă treptat.

În cazul bazării între vârfuri antrenarea piesei în mişcarea de rotaţie se realizează cu ajutorul inimii de antrenare sau prin intermediul unui ştift solidar cu platoul strungului şi care pătrunde într-un alezaj tehnologic executat special în acest scop . Materialele din care sunt confecţionate fusurile si pivoţii sunt aceleaăi cu ale arborilor cărora le aparţin. Pentru a face faţă solicitărilor la care sunt supuse în timpul exploatării (încovoierea, oboseala, presiune de contact, uzura), se recomandă o prelucrare îngrijită a suprafeţei fusurilor, astfel încât să se asigure o aderenţă cât mai bună lubrifiantului.. Soluţiile care conduc la îmbunătăţirea caracteristicilor fizico mecanice ale acestor zone sunt :- aplicarea unor tratamente mecanice, termice sau termochimice adecvate;- introducerea prin presare sau frecare pe arbore a unui manşon cu caracteristici corespunzătoare cerinţelor funcţionării acestui ansamblu;- aplicarea pe suprafaţa fusului a unei pelicule subţiri de material plastic (poliamide), care prezintă caracteristici deosebite de rezistenţă la presiunea de contact, uzura şi aderenţă. În plus aceasta peliculă poate fi înlocuită cu uşurinţă după uzare.

15

Etapele care stau la baza proiectării proceselor tehnologice pentru arbori sunt :

1. Alegerea materialului semifabricatului 1.1. Consideraţii generale privind alegerea semifabricatelor 1.2. Consideraţii privind materialul stabilit pentru semifabricat2. Stabilirea itinerariului tehnic 2.1.Criterii şi consideraţii care stau la baza stabilirii variantei de

proces tehnologic de prelucrare 2.1.1. Date iniţiale necesare proiectării proceselor tehnologice 2.1.2. Procedee de elaborare a proceselor tehnologice 2.2. Etapele de proiectare a proceselor tehnologice

16

II.3. NORME DE SĂNĂTATE ŞI SECURITATE ÎN MUNCĂ SPECIFICE ATELIERELOR MECANICE

1. Se interzice blocarea căilor de acces între utilaj şi materiale, semifabricate şi piese finite.

2. Se controlează zilnic existenţa protecţiei prin legare la priza de pământ a maşinii .

3. Se controlează zilnic existenţa apărătoarelor de protecţie la transmisii şi angrenaje, precum şi stabilirea lor prin fixare.

4. Nu se reglează maşina în timpul mersului, se opreşte imediat motorul în caz de defecţiune.

5. Pornirea şi exploatarea maşinii este permisă numai persoanelor bine instruite, calificate şi cu avizul maistrului de atelier.

6. Înainte de începerea lucrului se execută o pornire de probă a maşinii.

7. Se poartă echipamentul de lucru bine strâns pe corp, iar părul acoperit.

8. Este obligatorie folosirea dispozitivelor de protecţie şi a echipamentului.

9. La curăţarea şpanului se folosesc cârlige din oţel sau alte metode corespunzătoare.

10. Materialele şi sculele se vor aranja astfel încât să nu împiedice buna funcţionare a maşinii.

11. Nu se depozitează piese sau scule pe maşină.12. Se folosesc numai scule şi unelte corespunzătoare operaţiilor

respective.13. Nu se ţine piesa de prelucrat în mână, ea se montează în

dispozitivul de prindere.14. Oprirea maşinii are loc doar dacă: se întrerupe curentul electric,

se schimbă sculele de lucru, dacă se măsoară piesa, se curăţeşte şi se unge maşina

17

III. BIBLIOGRAFIE

1. Chişiu, Al., ş.a. Organe de Maşini, EDP Bucureşti, 1980.2. Demian, Tr., Elemente constructive de mecanică fină, EDP

Bucureşti, 1980.3. Demian, Tr., ş.a. Mecanisme de mecanică fină, EDP Bucureşti,

1982.4. Handra-Luca, V., Mecanisme şi organe de maşini, EDP Bucureşti,

1975.5. Picoş Constantin – Tehnologia construcţiilor de maşini, EDP,

Bucureşti, 1974

18