Organe de Masini -2

Note de curs. Capitolul 3. Asamblari demontabile

15

I. ORGANE DE ASAMBLARE Generalitai

n practic se ntlnesc dou mari tipuri de asamblri 1. Asamblri demontabile care n urma desfacerii pieselor asamblate nu are loc

nici-o deteriorare a vreuneia dintre piese. Din aceast categorie amintim: asamblri filetate (urub - piuli); asamblri prin form (pene, caneluri, profile poligonale); asamblri prin frecare (pe con, cu strngere); asamblri elastice.

2. Asamblri nedemontabile care n urma desfacerii pieselor asamblate are loc deteriorarea a cel puin uneia dintre ele asamblri sudate asamblri prin lipire asamblri prin ncheiere asamblri nituite

3. Asamblri demontabile 3.1. Asamblri filetate

3.1.1. Caracterizare, rol funcional, domenii de aplicare a) Caracterizare

Asamblrile prin uruburi fac parte dintre cele mai rspndite asamblri demontabile. Ele au n compunere cel puin dou piese cu filet i cea de-a treia cu/sau fr filet. Filetul reprezint urma (suprafaa) lsat de un profil oarecare (triunghiular, ptrat, trapezoidal, circular) pe un cilindru sau con n deplasarea axial a acelui profil (fig. 3.1)


16

AB = d0 lungimea de desfurare a cilindrului BC = p pasul filetului (distana msurat ntr-un plan paralel cu axa urubului sau n acelai plan median, ntre punctele omoloage pe dou flancuri consecutive) d0 diametrul

- unghiul de nclinare al spirei Relaia ntre , p i d0 este

0dptg

= (1)

Prile componente ale asamblrii filetate. ntr-o asamblare

filetat a dou piese (A i B) pot exista dou variante constructive (fig.

3.2).

nvrtind piulia 2 (fig. 3.2.a) urubul 1 fiind inut pe loc ea alunec pe spire i

elice

d0

d0

p

C

B

A

Fig.3.1.

b

A

B

B = 21

2 3

1

Fig.3.2.

a


17

nainteaz n direcia axial, similar mpingerii unui corp pe plan nclinat. n fig.3.2.b este prezentat asamblarea a dou piese prin strngerea direct a urubului n gaura filetat, executat n una din piese (B), care ia rolul piuliei. b) Rolul funcional i domenii de aplicare

Rolul funcional al urubului este - de strngere cu rol de a crea tensiuni ntre piese i deci de a etana diferite

medii, de a transmite diferite fore sau momente Exemple: asamblri demontabile (uruburi de fixare)

creare de tensiune (asamblarea capetelor de tirani) nchidere etan (dopuri filetate)

- de reglaj pentru fixarea poziiei relative sau strngerea ulterioar n scopul eliminrii jocurilor dup uzur

Exemple: cuzinei uruburile de reglare ale penelor sniilor mici - transformarea micrii rotative n micare axial sau invers Exemple: urubul central la strunguri deplasarea mesei la strungurile normale, paralele

- transformare de fore periferice mici n fore axiale mari Exemple: prese

organe de nchidere

menghine

- msurare Exemple: micrometrul

Avantaje:

- gabarit redus (datorit spirei care se nfoar pe un cilindru se poate obine o suprafa mai mare de contact prin mrimea lungimii de nfurare


18

- posibilitatea adaptrii formei capului urubului i piuliei la forma pieselor de asamblat i la condiiile de acces

- execuie relativ uoar Dezavantaje:

- filetul este un concentrator de tensiuni (datorit formei), periclitnd rezistena la oboseal;

- necunoaterea precis a forei de strngere a piuliei (poate duce la suprasolicitri periculoase) necesit utilizarea cheilor dinamometrice pentru cunoaterea forei de strngere;

- asigurarea contra desfacerii;

- randamentul sczut (la uruburile de micare); - uzura flancurilor (care pot introduce jocuri n cazul uruburilor de micare) - lipsa de autocentrare.

3.1.2. Elementele asamblrii prin uruburi Filetul constituie partea caracteristic a urubului. Dup forma i rolul funcional filetele pot fi:

a) de fixare, respectiv de strngere de obicei filetul triunghiular

b) de strngere i etanare, pentru evi (filetul triunghiular fr joc la vrfuri, filetul conic)

c) de micare (filetul dreptunghiular, trapezoidal n form de ferstru, rotund Dup sensul de nfurare

a) spre dreapta

b) spre stnga (pentru reglarea coincidenei sensulului strngerii piuliei i cel al rotaiei unui arbore spre a nu se slbi n timpul exploatrii, filetul de la buteliile de aragaz, etc.)

Dup numrul de nceputuri


19

a) cu un singur nceput

b) cu mai multe nceputuri (la uruburile de micare pentru mbunirea randamentului)

Dup forma lui : a) triunghiular cu unghiul la vrf 600 (filete metrice) sau de 550 (la uruburile n

oli Whitworrh) (fig.3.3.a) b) ptrat sau dreptunghiular (fig.3.3.b) c) trapezoidal (fig. 3.3.c)

d) fierstru (fig. 3.3.d) e) rotund

Caracteristicile geometrice ale filetului (fig. 3.4)

Elementele geometrice ale unui filet sunt standardizate (STAS 3872)

- profilul

- unghiul la vrf

- pasul p

- numarul de inceputuri i

- diametrul exterior d; D

- diametrul interior d1;D1

550 600

a b c

d e

Fig. 3.3


20

- diametrul mediu d2; D2

- nalimea profilului primitiv (generator) pentru filetul metric H=0,8660p) - nlimea efectiv H1

- unghiul de nfurare (nclinarea elicei)(2d

ptg

= )

- sensul de nfaurare (dreapta, stnga)

Se observ c desfurnd spira, unghiul flancurilor are mrimea 1, 2 sau dup cum este determinat de diametrul interior d1, mediu d2 sau exterior d (fig.3.5)

1

1 dptg

=

dptg

=

22 d

ptg

=

n calcule, unghiul se consider totdeauna n raport cu diametrul mediu d2. Interschimbabilitatea este asigurat atunci cnd, pentru uruburile de aceleai fel i de aceeai mrime, sunt respectate dimensiunile date prin standarde pentru: d, d1, d2, p i .

p

r

urub

d d 2

d 1 D2 D

1 D

H1 H

/2

H/2

Diametrele urubului Diametrele piuliei

Piuli

Axa urubului i piuliei

r

Fig.3.4


21

Observaie: Dimensiunile diametrelor urubului d1, d2, d respectiv D1, D2, D difer ntre ele (pentru acelai diametru) numai prin valoarea toleranei, avnd aceeai cot nominal.

3.1.3. Materiale i tehnologie Alegerea materialului organelor de ansamblare filetate se face pe baza criteriilor

care privesc ndeplinirea funciunii, tehnologia de fabricaie i costul. Pentru uruburi se folosesc:

- oeluri laminate OL37, OL42, OL50, OL60 (STAS 500/2 ) cu capacitate bun de deformare plastic la rece

- oeluri de calitate OLC35, OLC45 (STAS 880) pentru solicitri medii - oeluri aliate 41C10, 33MoC11 (STAS 791) pentru uruburi supuse la condiii

severe de solicitare

- materiale i aliaje neferoase Al i Cu pentru condiii care cer materiale cu o bun conductibilitate electric i

termic Titan pentru uruburi solicitate n condiii de tempeaturi ridicate i mediu

coroziv

p

d

d2 d1

1 2

Fig.3.5


22

- materiale plastice (poliamide, nylon, teflon) pentru cerine de rezisten la coroziune, izolare termic i electric.

Pentru piulie se folosesc - oel fosforos OLF (STAS 3400) - fonta

- bronz

Alegerea unuia sau altuia dintre materiale se face n funcie de temperatura de lucru a asamblrii:

- T < 2300C oeluri normale de nalt rezisten; - T = 2300C 4800C oeluri aliate cu Cr, Mo, Va - T = 4800C 6500C aliaje de Fe, Ni i Cr - T = 6500C 8800C aliaje pe baz de Ni - T = 8800C 11000C aliaje Ni Co

Ca procedee tehnologice de prelucrare, alegerea depinde de seria de fabricaie - manual (tarod i filier) pentru unicate; - pe strung cu cuitul (cuitul de filet simplu, pieptne); - pe strunguri automate;

- prin frezare;

- filetarea n vrtej;

- rulare (cu pstrarea continuitii fibrelor de material); Filetele se pot rectifica (pentru cele de micare) crendu-se o stare favorabil a

tensiunii remanente.


23

3.1.4. Consideraii teoretice 3.1.4.1. Sistemul de fore din asamblarea filetat

Strngerea piuliei unui urub sub aciunea unei fore axiale F poate fi echivalat cu deplasarea unui corp cu greutatea F pe un plan nclinat, al crui unghi fa de orizontal este egal cu unghiul 2 de nclinare a spirei filetului. Fora H necesar pentru mpingerea corpului F pe planul nclinat corespunde forei H care d natere momentului necesar pentru deplasarea aceleiai sarcini F (fig.3.6) Se consider cunoscute:

- F fora ce trebuie transmis de la urub la piuli i invers; - p, d1, d2, d geometria filetului;

- materialul urubului i piuliei; Se cere s se determine: - H fora cu care acionm asupra piuliei sau urubului; - Mins momentul de nurubare; - Mdes momentul de deurubare.

Ipoteze:

- urcarea pe plan se face cu viteza v = ct (acceleraia a = 0) - urcarea pe plan se face cu frecarea dintre spirele urubului i piuliei

H2

H1

Ff

2

d2

p

H

F

F2

F1

F H

Fig.3.6


24

- greutatea corpului pe spir este neglijabil Se descompun cele dou fore F i H pe direcia planului i perpendicular pe plan

F1 = Fsin 2 H1 = H cos2 ( 3.2) F2 = F cos2 H2 = H sin2

Dac micarea se face cu frecare, la nurubare apare o for de frecare Ff care se opune micrii Ff = Fn = (H2 + F2) H cos 2 Fsin 2 - (H sin2 + Fcos2 ) = 0 H = F

22

22

sincoscossin

+

Observaie asupra coeficientului de frecare Coeficientul de frecare se nlocuiete cu unghiul de frecare Ff = Fn

tg = =u

f

FF

nlocuind coeficientul de frecare cu unghiul de frecare n relaia (3.5) se obine expresia forei H, necesar pentru mpingerea corpului pe planul nclinat sau altfel spus, pentru deplasarea piuliei pe urub H = F tg (2 + ) (3.6)

Cum unghiul de nfurare este mic, < 70 .. 80, fora H va fi H (0,16 0,17) F

La desfacerea piuliei ca i la coborrea corpului pe planul nclinat, fora de frecare i schimb sensul, fora H fiind nlocuit cu

Hde = F tg (2 - ) (3.7) Pentru strngerea piuliei pe urub, trebuie nvins un moment care pentru filetul ptrat are expresia:

R Fu

Ff


25

Mins = H ( )+= 222 22 tgdFd ( 3.8)

Iar pentru deurubare, expresia momentului va fi: Mdes =Hde ( )= 222 22 tg

dFd (3.9)

La filetul triunghiular (fig. 3.7) fora de frecare va fi Ff = Fn (3.10) dar

Fn =

2cos

F

(3.11)

nlocuind relaia (3.11) n relaia (3.10) vom avea:

Ff =

2cos

F

se noteaz cu j = 2

cos care se numete coeficient de frecare n jgeab.

Se poate spune c pentru o suprafa nclinat Ff = j F (3.12)

Pentru o suprafa plan (filetul ptrat) fig.(3.8) valoarea forei de frecare va fi

Ff = Fn (3.13) Din relaiile (3.12) i (3.13) se constat c fora de frecare pe o suprafa nclinat ( 'fF ) este mai mare dect fora de frecare pe o suprafa plan

'fF > F

deoarece

Fig.3.7

F Fn

/ 2

Fig. 3.8

Ff

Fn


26

j =

2cos

>

Cu aceast interpretare, pentru filetul cu profil ptrat relaiile rmn valabile i pentru filetul cu profil triunghiular, cu condiia nlocuirii coeficientului de frecare cu j i jarctg = ' H = F tg (2 + ) (3.10) Hde = F tg (2 - ) (3.11) Mns = F 2

2d tg (2 + ) (3.12)

Mde = F 22d

tg (2 - ) Fcnd o analiz a influenei unghiului de frecare asupra forei tangeniale H se constat c Hrostog < Hptrat < Htrapezoidal < Htriunghiular

sau referindu-ne la momentele de nurubare se constat c efortul depus pentru nurubarea unui filet cu profil rotund este mult mai mic dect pentru a nuruba un filet triunghiular

Mins rotund < ..


27

Pentru valori ntre 0 i 900 se poate scrie c tg ( )2 < tg0 2 < 0 2 (3.13) Relaia (3.1.3) ne spune faptul c, condiia de autofrnare este ndeplinit. Autofrnarea se poate pierde la uruburile de micare cu mai multe nceputuri. triunghi > trapez > ptrat > rostog. Randamentul urubului este definit ca raportul dintre lucrul mecanic util Lu i lucrul mecanic consumat Lc (fig. 3.9)

Lu = F p

Lc = H d2

= 2dH

pFLcLu

= (3.14)

nlocuind n rel.(3.14), expresia forei H (rel. 3.6) i expresia unghiului de nfurare (rel. 3.1), se obine:

22

22

22 d)(tgFtgdF

d)(tgFFp

+

=

+= sau

= ( )+

2

2

tgtg

uruburile de strngere care trebuie s ndeplineasc condiia de autofrnare lucreaz ntr-o zon cu randament sczut (pentru asemenea uruburi este mai important condiia de autofrnare). Randamentul uruburilor de micare este de luat n considerare se recurge la filete cu unghi de nclinare a spirei mare, dei apare simultan dezavantajul creterii forei H. triunghi < trapez < ptrat < rotund

Fig.3.9

p

d2

H

2 F


28

Compromis

- pentru filetele de micare sunt utilizate filete trapezoidale, deoarece au situat ntre triunghi i ptrat, dar au i condiia de autofrnare asigurat;

- pentru a ndeplini condiia de autofrnare de multe ori se recurge la o alt pies.

3.1.5. Solicitrile principale din urub i piuli (sub aciunea unei fore axiale centrice) 3.1.5.1. Solicitrile urubului i piuliei

Fora F transmis de la urub la piuli i invers are urmtoarele efecte: a) urubul este solicitat n ansamblu la ntindere sau compresiune n funcie de

sensul forei F; b) piulia este solicitat n ansamblu la compresiune sau traciune (invers ca la

urub). a) Solicitarea urubului la traciune sau compresiune se raporteaz la seciunea

plin a urubului de diametru d1 (fig. 3.10). Mrimea tensiunii axiale la traciune sau compresiune :

t,c =

4dF

AsF

21

= adm.s (3.15)

adm.s = ccscurgerescritic

=

c coeficient de siguran c = 1, 2 .. . 2 (2,5)

d2

d

d1

Fig.3.10


29

b) Solicitarea piuliei la compresiune / traciune (fig. 3.11) comp. p = ( ) pacompep DD

FAF

=

22

4

(3.16)

acomp. p = ccpp curgerecritic

=

3.1.5.2. Solicitrile filetului Spira filetului poate fi privit ca o grind curb ncastrat pe cilindrul de baz. Pentru uurina calculului, spira se desfoar, solicitat de sarcina F/z (fig. 3.12) Ipoteze

Se consider c n contactul dintre urub i piuli se gsesc z spire Se consider c sarcina se repartizeaz uniform pe cele z spire F1 = z

F (3.17)

Fluxul de for se transmite prin suprafaa de contact dintre spira urubului i piuliei

Se consider c presiunea de contact este uniform Fora F1 care acioneaz asupra spirei filetului solicit filetul la: a) ncovoiere (seciunea i-i) b) forfecare (seciunea i-i) c) strivire (seciunea i, j, k,h) a) ncovoierea se calculeaz deci pentru seciunea i-i (considernd-o de form

dreptunghiular) fig.3.12.

De

Fig.3.11

D


30

cdabF

dabF

WMi

rcais

i

=

=

=

==

12

1

121

66

nlocuind pe F1

ais21

i adzbF6

=

b) forfecarea se

determin tot pentru seciunea i-i

cdaz/F

AF rc

afs1f

1f

=

==

(3.19)

c) strivirea filetului are loc pe suprafaa ijkh datorit forei, care acioneaz perpendicular pe suprafa

pst = astrpstr

n

fdzF

df

F

AF

=

=

11

1 /

2cos

2cos/

(3.20)

De regul, pentru verificare se ia ast pentru piuli. Experimental se constat c deteriorarea prin forfecare poate fi neglijat. Se poate spune atunci c solicitrile principale din filet sunt fi ncovoierea i strivirea.

i

j

k


31

3.1.6. Determinarea nlimii piuliei Determinarea nlimii m = z p a piuliei se reduce la calculul numrului de spire

active z.

Calculul numrului de spire se face n baza condiiei de egal rezisten a tijei urubului i a filetului.

n aceste condiii, se poate scrie c fora capabil din urub Fcap este egal cu fora capabil a filetului la strivire sau la ncovoiere Fcapfilet.

4dF

21

satcaps

= (3.21)

b6zadF

21

aiincfiletcap

= (3.22)

zdfF 1piulitafilet.strastrivfiletcap = (3.23)

Egalnd relaiile (3.21) i (3.22) i respectiv (3.21) i (3.23) rezult numrul de spire

21

ai

ats2

1

21

ai

ats

abd

23

b6ad4

dz =

=

(3.24)

respectiv

f4

ddf4

dz 1pas

ats

1

21

pas

ats

=

= (3.25)

Geometria filetului fiind standardizat, nseamn c ntre elementele geometrice ale filetului exist anumite legturi definite de tipul filetului. Pentru filetul metric normal al unui urub, executat din oel OL37 cu at = 80 MPa i as = 35MPa, nlocuind d1 0,8d; d2 0,9d, H2 0,54p rezult

- cu relaiile (3.21) i (3.22) m = zp = 0,54d


32

- cu relaiile (3.21) i (3.23) m = z p 0,75d

Cum spirele filetului trebuie s poat suporta ambele solicitri, prin STAS 922 a fost stabilit pentru nlimea piuliei valoarea m = 0,8d

Cnd piulia este din material cu rezisten inferioar celei a materialului urubului, se impune verificarea spirelor piuliei din condiia nr.(3.25). Pentru piuli din font, a i p = 25 30 MPa i urub din oel cu a i = 80MPa, nlimea necesar piuliei devine m = 1,3d

La uruburile de micare, limitarea presiunii de contact n scopul evitrii uzurii premature duce la nlimi ale piuliei sensibil mai mari. Dup cum se observ, nlimea piuliei m depinde numai de diametrul urubului i de forma profilului filetului, fr a fi condiionat de fineea lui.

3.1.7. Strngerea iniial a asamblrilor filetate n numeroase cazuri, condiiile de funcionare corect a unui subansamblu impun strngerea n stare de repaus, a asamblrilor prin filet, cu o for F0 de strngere iniial (sau de prestrngere). Pe perioada de funcionare a subansamblului, fora de exploatare F1, acionnd static sau dinamic, se suprapune peste strngerea iniial. Pentru determinarea relaiilor de legtur dintre forele care apar ntr-o astfel de asamblare, se construiete diagrama de funcionare a asamblrii. Aceast diagram reprezint grafic dependenele for - deformaie pentru urub i respectiv, pentru piesele strnse.

Pentru exemplificare, se va considera cazul asamblrii cu uruburi a flanei capacului unui recipient de corpul acestuia (fig. 3.13).

La o astfel de asamblare, n procesul de strngere rezult trei situaii.


33

Cazul I are loc strngerea uoar. Piulia nu strnge flana, deformaiile tuturor mbinrilor fiind nule. Cazul II are loc cnd piulia a fost strns cu cheia. Fiecare urub strnge asamblarea cu o for iniial F0 (necesar pentru asigurarea etaneitii).

n acest, caz urubul se ntinde cu ls, iar piesele se comprim cu lf . Cazul III - n timpul exploatrii, presiunea fluidului din recipient acioneaz ca o

for de exploatare F1 0 (for ce tinde s desfac asamblarea). Dac F0 este mic, presiunea din interior fiind mare, fluidul va putea iei din recipient. Sub aciunea forei de exploatare uruburile se alungesc suplimentar cu ls, permind pachetului de piese strnse s-i revin elastic cu aceeai cantitate lf. n acest caz, este necesar ca ntre piesele strnse s avem o rezerv de restrngere sau o for necesar etanrii F2. Se cunosc:

- geometria pieselor strnse

- materialul pieselor strnse i urubului

F1

l f

lf

ls

Fo

F10 F2

F1 Fo

Fo

Fo0

Fo=0

Fig.3.13


34

- geometria urubului - fora de exploatare F1 - rezerva de prestrngere F2 (0,2 .. 0,7) F1

sau funcie de materialul garniturii de etanare Se cere:

- fora de strngere iniial a urubului. Ipoteze:

Se admite c deformaiile urubului i pieselor strnse se gsesc n domeniul elastic, respectndu-se legea lui Hook

EllE == E

ll

AF

=

n aceste condiii, se traseaz cele dou drepte care reprezint dependena deformaiilor de fora de solicitare (fig.3.14). Se translateaz dreapta corespunztoare deformaiilor pachetului (de piese strnse) pn la suprapunerea forelor de strngere iniial.

Se noteaz: - unghiul fcut de linia urubului cu axa deformaiilor

- unghiul fcut de linia pieselor cu axa deformaiilor Observaie: relaia ntre unghiul i deformaie este

tg = s

ss

s

s

sx

sx

sx

ss

sx

x

s

0

lA

ElA

lA

lF

lF

DCAC

=

=

=

=

=

nclinarea depinde de elasticitatea materialului Es i elementele geometrice As, ls Notm c = tg - rigiditatea urubului, ca fiind o caracteristic geometric i de

material

cs = tg = Es s

s

lA

n mod similar


35

cf = tg = Ef f

f

lA

unde: cs, cf rigiditatea urubului / flanei Es, Ef modulul de elasticitate al materialului urubului/flanei

Observaie: Pentru determinarea rigiditii pieselor strnse din materiale i geometrii diferite i pentru determinarea rigiditii uruburilor cu mai multe seciuni variabile se consider solicitarea unor elemente n serie.

ltot = l1 + l2 + .. + ln = 1l1 + 2l2 + .. + nln = 1

1

E l1 +

2

2

E l2 + .. +

n

n

E ln

= nnn

lEA

FlEA

FlEA

F 1..11 222

111

+++

Dac se consider raportul siii

i

c1

EAl

= atunci

Fig.3.14

lf

ls=lf

Linia urubului

ls l

M

G

A

F

Fo

D lp

B

Fo

F 1

F z

Linia pieselor strnse

F 2

N

C


36

Fc

Fc

Fcc

F

susss

1...11

21

+++= sau sn2s1ss c1...

c1

c1

c1

+++=

Dup cum se vede n fig. 3.14 i conform relaiilor (3.26) i (3.27)

n AGM tg = cs = ls

FAMGM

'z

= i AMN tg = cf =

lfFF

AMMN z

'1

=

unde Fz fora suplimentar va fi

Fz = F1 fs

s

ccc+

(3.28)

Cu ct rubul este mai elastic n raport cu flanele, cu att fora suplimentar Fz este mai redus

Dar GMGCMC = ''

F0 = F1 + F2 Fz = F1 + F2 F1 fs

s

ccc+

= F1 2Fccc

fs

f+

+

Fora de strngere F0 va fi

F0 = F1 2Fccc

fs

f+

+ (3.29)

Dac fora de exploatare este F = Fc r = f

fs

cccF )(0 + , atunci fora remanent devine

nul, pierzndu-i etaneitatea.

3.1.8. Solicitrile suplimentare din uruburi a) Solicitarea suplimentar de torsiune ca urmare a strngerii piuliei.

La montarea piuliei n urub sunt de nvins: a1) momentul necesar pentru deplasarea piuliei pe elice, cu considerarea frecrii

dintre spirele n contact

a2) momentul dat de frecarea piuliei pe suprafaa ei de reazem.


37

a1) Momentul de nurubare aprut va avea efectul unei torsiuni a urubului ca urmare a strngerii piuliei.

( )

16d

tg2

dF

WM

31

22

ps

tsts

+== (3.30)

Dac n relaia (3.30). se pune n eviden solicitarea principal din urub-traciunea, atunci

( )

( )

+=+

=

==

212

ts1

2

21

ts

21s

ts

tgdd2

4d

tg2d

4dF

4dF

AF

(3.31)

innd seama de simultaneitatea prezenei celor dou tensiuni t i t, se va face echivalarea lor cu una din ipotezele de rupere ; cea mai utilizat fiind ipoteza a IV-a a energiei de rupere.

( ) +

+=+= 22

2

122

ts2ts

2ts

2tsIVtech tgd

d433

cum d1, d2, 2 sunt elemente standardizate i cu valori de circa 6-10o, rezult = IVtech 1,3 ts Se poate spune c efectul torsiunii este de circa 30% din solicitarea principal. Bazat pe aceast concluzie, predimensionarea uruburilor se face la traciune sau compresiune cu luarea n considerare a torsiunii determinate de frecarea dintre spirele

piuliei i urubului. n acest caz, se va considera fora majorat cu 30%


38

ts =

4d

F3,121

ats

a2) Momentul necesar pentru strngerea piuliei (fig.3.15) In afara momentului de frecare dintre spirele

urubului i cele ale piuliei (Mt1), n procesul de strngere a pieselor mai apare i frecarea dintre piuli sau urub i suprafaa de reazem ale acesteia sau acestuia ( Mt2).

=

======

2/

2/ 221

3310

331

2

1

24)(4

)(2

2422

D

Dffrfpt

DD

DDFDDprdrprpdArrdFdMMM

Deci Mt2 = 221

331

031

DDDD

F

, pentru filete metrice M total Mt1 + Mt2 0,152 F0 d

b) Solicitarea suplimentar de ncovoiere a urubului. Aceast solicitare apare atunci cnd suprafaa de reazem a capului urubului i/sau piuliei nu este perpendicular pe axa urubului (fig. 3.16).

D D1

dr

r

Fig.3.15

Fo


39

ls lungimea urubului n stare nestrns; d diametrul urubului; - unghiul pe care-l fac piesele dup strngere;

- raza de curbur a axei urubului deformat.

Deformaiile urubului se calculeaz pe baza ecuaiei fibrei medii deformate:

IE

Mi

=1 unde

1 -

curbura, - raza de curbur; Mi momentul de ncovoiere; E modulul

de elasticitate longitudinal; I momentul de inerie geometric al seciunii urubului Pentru a putea determina tensiunile de ncovoiere la care sunt supuse astfel de

uruburi, se presupun cunoscute: ls , (rad), d, E Se cere tensiunea de ncovoiere is

Se aproximeaz arcul de cerc de raz cu coarda ls cu msurat n radiani. Dar cum

32

32

31

31

dM

dM

WM

iii

i

ii

===

atunci

64dE

32d

14

31

is

= i

21

ld

ddE

l32d64d

Es

3

1s31

4

is

=

=

l s

d

A

B

Fig.3.16


40

Exemplu: dac = 0030=0,5 /180 rad ; ;51

ld

s

= ;2,1dd

1

= E = 2,1 105 N/mm2

is = 600 MPa = 600 N/mm2

Pentru OL 37 cu c = 220 N/mm2, nseamn c urubul se va rupe ca urmare a strngerii.

Pentru a evita solicitarea de ncovoiere, suprafaa de reazem trebuie s fie perpendicular pe axa urubului. Aceasta presupune, fie o lamare a suprafeei de aezare a capului urubului sau piuliei, fie se prevd aibe de compresare care s aduc capul urubului sau piulia perpendicular pe suprafaa de aezare, fie un bosaj pe care se va prelucra o suprafa perpendicular pe axa gurii.

c) Lipsa de uniformitate a repartiiei sarcinilor asupra spirelor n contact Cercetrile experimentale au artat c sarcina nu se repartizeaz uniform pe cele z spire din contact , ca urmare a deformrii inegale a urubului i piuliei. n aceste condiii, tensiunile din spirele mai solicitate vor fi semnificativ mai mari i pot fi considerate ca solicitri suplimentare fa de solicitrile medii. Pentru reducerea acestor solicitri suplimentare se folosesc soluii constructive de piulie care s asigure o repariie ct mai bun a sarcinii pe cele z spire, de exemplu piulia cu guler de reazem

Lamare aib compensatoare Bosaj


41

(fig.3.17).

3.1.9. Calculul asamblrilor filetate a) Asamblri cu prestrngere iniial- sarcina de exploatare constant ( F 1)

- Predimensionarea se face la solicitarea principal a urubului, considernd fora total

F t = F 1 + F2

(F 2 fora de etanare sau rezerva de prestrngere) F2= (0,3.1,5) F 1 rezult d 1 i apoi celelalte elemente standardizate ( d 2, d, p) ;

- Stabilirea soluiei constructive a urubului i piuliei n funcie de piesele de asamblat,

- Verificarea se face, pentru urub, la solicitare compus ( traciune i torsiune), solicitarea fiind dat de fora de strngere iniial F0 :

- determinarea forei suplimentare Fz = F1 cs /(c s + c f) ( a se vedea diagrama fore deformaii);

- determinarea forei F0 = F1 + F2 - Fz; - determinarea tensiunii de traciune din urub, ts = F0/ (d12/4);

Ft/2 Ft/2

Z 10 0,15 6 0,08

Z 10 5 0

0,013 0,34 %Ft 0 0,26 %Ft

Fig.3.17


42

- determinarea tensiunii de torsiune din tija urubului, ts = ( Mt1 + Mt2)/ Wps -determinarea tensiunii echivalente, ts = atststs + 22 3

b) Asamblri cu strngere iniial- fora de exploatare variabil ( F1 max, F1min ) - Predimensionarea se face la fora de exploatare total maxim Ftot = F1max + F2, rezult d1, apoi d1STAS i apoi celelalte dimensiuni standardizate (d2, d, p);

- Stabilirea soluiei constructive a urubului i piuliei n funcie de piesele de asamblat.

- Verificarea se face, pentru urub la montaj, la solicitare compus ( traciune i torsiune), solicitarea fiind dat de fora de strngere iniial F0 i la oboseal n timpul exploatrii: -la montaj (F0) F0 = F1max + F2 - Fz se determin tensiunea de traciune, tensiunea de torsiune date de fora F0, tensiunea echivalent i se compar cu rezistena admisibil la traciune a urubului -n exploatare ca urmare a forei de exploatare variabil, apare fenomenul de oboseal.

Acest fenomen se evaluiaz prin intermediul coeficientului de siguran.Fora de exploatare variaz ntre valoarea minim Ftot min i Ftot max:

Ftot min = F0 ; Ftot max = F1 max + F2 = F0 + Fz , ca atare

t min = Ftot min/ (d12/4), t max = Ftot max/ (d12/4), - amplitudinea ciclului de solicitare v = (t min - t max)/2 ; - media ciclului de solicitare m = (t min + t max)/2 ; - coeficientul de siguran la oboseal

c = adm

cr

m

1vk

c1 +

n care k este coeficientul concentratorului de tensiuni, dependent de forma i geometria concentratorului de tensiuni ( filet) i materialului urubului; - coeficient ce ia n


43

consideraie dimensiunile urubului n comparaie cu dimensiunile epruvetelor pentru care s-a determinat rezistena dup ciclul alternant simetric -1; cr rezistena critic a materialului urubului i care este rezistena de curgere pentru materialele tenace i rezistena de rupere pentru materialele casante sau fragile; cadm coeficientul de siguran admisibil, care ,pentru condiii normale de lucru, se poate considera cadm = 1,53.

c) uruburi supuse la sarcini transversale (fig.3.18) uruburile pot fi montate cu joc sau fr joc.

n cazul montajului uruburilor cu joc, fora F se transmite prin frecare

Fs = F /.

Fora din urub Fs determin tensiuni de traciune i de torsiune ( solicitare compus). n cazul montajului uruburilor fr joc, fora F determin forfecarea uruburilor n seciunea de contact cu piesele strnse.

3.1.10. Asamblri urub piuli cu elemete intermediare nlocuirea frecrii de alunecare din urubul clasic, prin frecarea de rostogolire sau lichid, n vederea mririi randamentului mecanismului urub piuli, se utilizeaz tot mai frecvent uruburile conductoare cu elemente intermediare sau cu sustentaie hidrostatic (la mainile unelte cu comand numeric).

3.1.10.1. uruburi conductoare cu elemente intermediare uruburile conductoare cu elemente intermediare (1) pot fi cu bile sau cu role (fig.3.19) i nlocuiesc frecarea de alunecare dintre urub (3) i piulia (2), cu cea de rostogolire dintre acestea.

F

F

Fig.3.18

Fs


44

Calculul uruburilor cu bile pornete de la premisa c sunt cunoscute: cursa subansamblului mobil, viteza de deplasare (v = p.n n mm/s) i sarcina axial care trebuie deplasat F. Diametrul urubului se predimensioneaz la compresiune utiliznd relaia (3.14) dup care se alege urubul tipizat, cu pasul necesar vitezei pe care acesta trebuie s o realizeze, urmnd verificarea la flambaj.

Calculul forei la care apare flambajul urubului se face cu relaia: Ff = 2 E Imin/lf2

unde: E modulul de elasticitate al materialului;

Imin momentul de inerie geometric al urubului (Imin=do4/64) lf lungimea de flambaj.

Randamentul urubului se determin cu relaia 3.14 n care se pstreaz semnificaiile notaiilor: = F p/H d2

Cunoscnd c momentul de torsiune este Mt = H d2/2 atunci

cuplul necesar antrenrii se determin cu relaia:

Mt = F p/2 Puterea necesar antrenrii uruburilor cu bile se determin cu relaia: N = F v/

unde: F sarcina axial; v viteza de deplasare;

- randamentul transmisiei.

1 2 3

Fig.3.19.

FF


45

Durabilitatea acestor uruburi este sensibil diminuat de prezena cii de recirculare din piuli a bilelor, care creaz un concentrator de tensiune pentru eforturile unitare la care acesta este solicitat. Utilizarea pe scar larg a transmisiilor urub piuli cu elemnte intermediare este limitat de construcia complicat care determin i un cost ridicat, aceste transmisii utilizndu-se numai n cazul n care deplasarea

organului de micare aflat pe ele, necesit o poziionare precis.

3.1.11. Elemente de asigurare a asamblrilor filetate Practica i cercetrile experimentale au artat c dei la proiectare i montare este ndeplinit condiia de autoblocare, totui asamblrile filetate nu sunt ntotdeauna stabile i prin slbirea de la sine a nurubrii (autoslbirea), pot aprea urmri destul de grave. Dup scop, prin soluiile constructive se pote urmri:

- evitarea desfacerii complete i a pierderii piuliei, slbirea nefiind important pentru funcionare,

Exemplu: capace de protecie - asigurarea poziiei de montare a unei piese sau reglarea lungimii unei tije de

comand a unui element, Exemple: reglarea tacheilor la motoare - mpiedicarea slbirii piuliei (urubului; n scopul meninerii strngerii iniiale). Exemple: capacele recipienilor sub presiune, strngerea semicarcaselor reductoarelor.

Din punct de vedere constructiv se pot deosebi metode de asigurare bazate pe:

1)folosirea formei i a unor elemente speciale, fr introducerea de fore suplimentare n organele folosite;

2)introducerea de fore suplimentare axiale, radiale sau combinate n scopul sporirii i meninerii frecrii; 3)deformaii plastice sau aport de material strin,


46

1) Din aceast categorie putem aminti ca soluii folosirea - cuiului spintecat (fig.3.20.a);

- piulia crenelat (fig.3.20.b); - trecerea unei srme prin capetele uruburilor n serie (fig.3.20.c); - aibe de siguran cu umeri sau nas (fig. 3.20.g,h,I,j,k,l); - plci crestate (fig.3.20.d, e, f); - piulie cu guler i cu urub lateral de asigurare (fig. 3.20.f). 2) Din aceast categorie fac parte (fig.3.21) - contrapiuli elestic(fig.3.21.a), - aibe elestice (Grower) (fig.3.21.b), - piuli cu inel interior de presiune (fig.3.21.c) - contrapiuliele (fig. 3.21.d); 3) Din aceast categorie fac parte : - asigurarea prin refulare de material cu ajutorul unui dorn,

- sudarea piulielor prin puncte de sudur fa de suprafaa de reazem, - lipirea piuliei cu adezivi.


a b c 47


48

k l

Fig.3.20

a b

c d

Fig.3.21


49

?? Intrebri recapitulative 1. Ce reprezint pentru un filet notaia M20 x 1 a) filet metric cu diametrul mediu 20 mm i pas normal 1mm; b) filet filet metric cu diametrul exterior 20 mm i pas fin 1mm; c) filet metric cu limea piuliei 20 mm i pas normal 1mm; 2. Pentru un urub de micare se pot utilize trei variante de filet: profil ptrat (randamentul 1), profil trapezoidal (randamentul 2), profil fierstru (randamentul 3). Considernd aceleai dimensiuni i acelai coefficient de frecare care dintre afirmaiile urmtoare sunt adevrate? a) 1=2=3 b) 1>2>3 c) 1

Documents

Organe de Masini -2