Universitatea din CraiovaFacultatea de Ingineria şi Managementul

Sistemelor TehnologiceDrobeta Turnu Severin

PROIECT

Alegerea şi Utilizarea Materialelor

2011

TEMA PROIECTULUI

ROATĂ DINŢATĂ CU DINŢI ÎNCLINAŢI

CONŢINUTUL PROIECTULUI

1.Tema proiectului2.Analiza functională,constructivă şi tehnologică a produsului. Stabilirea itinerariului tehnologic de prelucrare. -se analizează rolul funcţional al piesei în ansamblu din care face parte,forma constructivă şi tehnologică. -se stabileşte itinerariul tehnologic.3.Stabilirea matricei de proprietăţi pe care trebuie să le îndeplineasca produsul.Ierarhizarea lor şi stabilirea ponderii de importanţă relativă. -alegerea preliminară a mărcilor de materiale. -evaluarea plajei necesare pentru proprietăţile analizate şi stabilirea calificativelor de apreciere. -selecţia materialului optim pe baza ponderii de importanţă relativă a proprietăţilor.4.Analiza şi verificarea materialului selectat. -analiza din punct de vedere al caracteristicelor de rezistentă. -analiza procedeelor de durificare strucurală şi a eventualelor procedee de tratament termic. -verificarea comportării la solicitări variabile. -analiza comportării tehnologice a materialului.5.Variante tehnologice de obţinere a caracteristicelor impuse materialului. -alegerea tratamentelor termice primare -alegerea tratamentelor termice secundare -alegerea parametrilor tehnologici pentru durificare superficială.6.Stabilirea metodelor de verificare a caracteristicelor şi a calităţii materialului.7.Elaborarea documentaţiei de execuţie a produsului.8.Bibliografie

Alegerea materialului unei ro ţi dinţ ate cu din ţi înclinaţ i

1.No ţiuni fundamentale despre roţi dinţ ate

Roţile dinţate sunt foarte răspândite în industria constructoare de maşini,ele întâlnindu-se în aproape toate transmisiile mecanice.Ele se folosesc în angrenaje,de exemplu în schemele cinematice ale unor maşini-unelte complexe,strunguri,automobile se găsesc sute de roţi dinţate.Se întâlnesc în majoritatea subabsamblelor,cum sunt cutiile de viteză având diverse destinaţii.

Roţile dinţate se confectioneză după următoarele materiale: -materiale plastice -oţeluri -fonte aliate -alame -bronzuri

Părtile componente ale roţilor sunt: -disc -spiţe -coroană -butuc

Roţile dinţate utilizate în construcţia de maşini pot fi clasificate după următoarele criterii: *După poziţia axelor de rotaţie: -cu axe paralele -cu axe intersectate în plan -cu axe intersectate în spaţiu; *După forma şi poziţia dinţilor: -cu dinţi bombaţi -cu dinţi curbaţi -cu dinţi din bolţuri -cu dantură în v sau w

-cu dantură dreaptă interioară sau exterioară -cu dantură înclinată exterioară sau interioară -cu dantură profil cicloidal,arc de cerc,spirală,octoidal; *După felul contactului în angrenare şi după raportul de transmitere: -cu contact liniar -cu contact punctiform -cu contact de transmitere variabil; *După forma roţilor componente ale angrenajelor,care la rândul lor se clasifică în: -angrenaje conice -angrenaje cilindrice -angrenaje melcate -angrenaje hiperboloide.Termenul de roată dintaţă este folosit ca termen generic şi în cazul organelor dinţate având forme specifice şi denumiri particulare(cremaliera,melc,etc).Curba cea mai utilizată la realizarea profilului unui dinte este evolventa,datorită avantajelor ce le oferă în angrenare şi a execuţiei uşoare.

Principalele elemente geometrice ale danturii sunt: *profilul dintelui: este linia de intersecţie a unui dinte cu o suprafaţă frontală. *flancul dintelui:este porţiunea de suprafată de-a lungul dintelui,cuprinsă între suprafaţa de cap şi suprafaţa de picior;

*cerc de cap(varf):cu diametrul „D a ”-diametrul de cap:se obţine prin intersecţia cilindrului de cap cu un plan perpendicular pe axa roţii;

*cercul de picior cu diametrul„D f ”:se obţine prin intersecţia cilindrului de picior cu un plan perpendicular pe axa roţii; *cercul de baza cu diametrul„D b”:este cercul care rulează dreapta generatoare a profilului în evolventă. *înal ţ imea capului dintelui(de divizare) „ha”: reprezintă distanţa radială între cercul de cap şi cercul de divizare:

*înal ţ imea piciorului dintelui(de divizare)„H f ”:reprezintă distanţa radială dintre cercul de picior şi cercul de divizare; *înal ţ imea dintelui „H a ”:reprezinta distanţa radială între cercul de cap şi cercul de picior; *grosimea dintelui „S d ”:este arcul de cerc măsurat pe cercul de divizare,cuprins între două profile frontale ale unui dinte; *l ăţ imea golului „E d ”:este arcul de cerc măsurat pe cercul de divizare,cuprins între doi dinţi alăturaţi; *pasul circular „P”:reprezintă lungimea arcului de cerc măsurată pe cercul de divizare între două flancuri consecutive; *pasul unghiular „t”:este raportul dintre circumferinţa,exprimată în unităţi de cap;şi se obţine prin intersecţia cilindrului de cap cu un plan perpendicular pe axa roţii;

Reprezentarea roţilor dinţate: Regulile de reprezentare ale roţilor dinţate cilindrice şi conice,a cremalierelor,melcilor,roţilor melcate,roţilor de lanţ,şi roţilor de clichet sunt stabilite de STAS 734-82.Regulile de bază sunt următoarele: -roata dinţată se reprezintă în vedere ca,marginită de suprafaţa de cap,al cărui contur se trasează cu o linie groasă. -în secţiune longitudinală roata dinţata se reprezintă ca şi cum ar avea un număr par de dinţi,cu dantură dreaptă ,considerând că planul de secţionare trece prin două goluri diametral opuse. -în secţiune transversală se reprezintă numai cremalierele şi melcii.Cremalierele şi melcii se reprezintă nesecţionate în proiecţie longitudinală.

Pricipalele elemente geometrice ale danturii înclinate

2.Analiza functional ă,constructivă şi tehnologică a produsului Stabilirea itinerariului tehnologic de prelucrare

Angrenajele cu roţi dinţate cu dinţi înclinaţi prezintă unele particularităţi legate de cinematică,particularităţi de care trebuie să se ţină seama.Funcţionarea angrenajelor este determinată în principal de precizia prelucrării danturii;ea este influenţată şi de rigiditatea arborilor,a carcaselor,a lagărelor şi de precizia acestor organe.Procesul de angrenare la angrenajul cu dinţi înclinaţi este diferit faţă de cel de la angrenajul cu dinţi drepţi.La angrenarea cu dinţi înclinaţi,angrenarea începe de la un colţ al piciorului roţii motoare iar liniile de contact sunt intersecţiile planului de angrenare cu flancurile dinţilor,sunt drepte dispuse înclinat pe înălţimea dinţilor.Datorită înclinării danturii lungimea liniei de contact se modifică continuu între valoarea minimă şi valoarea maximă.Roţile dinţate cilindrice,având dinţii înclinaţi faţă de generatoarea cilindrului divizor al roţii cu un unghi corespunzator cercului de divizare.Gradul de acoperire „ ” şi durata angrenării sunt mai mari,iar dinţii preiau efortul progresiv şi participarea simultan partială a câtorva perechi de dinţi la procesul angrenarii.Înclinarea danturii asigură posibilitatea realizării unor roţi dinţate cu număr de dinţi mai mic,în limitele impuse de fenomenul de interferenţă.În general,dantura angrenajului rezistă mai bine la înconvoiere şi la presiunea de contact.Dantura angrenajelor cu dinţi înclinaţi este o dantura evolventică şi deci generarea acesteia se poate face cu o cremalieră generatoare iar generarea acesteia se poate face cu o cremaliera generata cu dinti înclinaţi al cărui plan de referinţă rulează pe cilindru de viteze a roţii.

Principalul neajuns al danturii înclinate il constituie apariţia eforturilor axiale suplimentare,ceea ce impune folosirea unor lagăre corespunzătoare.Roata imaginară cu dantura dreaptă,pe care se succed dinţi drepţi,având pasul „p” egal cu pasul „p n ”al roţii cu dinţi înclinaţi,se numeşte roată echivalentă.Caracteristicile geometrice ale acestei roţi se utilizează pentru dimensionarea roţii reale cu dinţi înclinaţi,ca şi pentru stabilirea caracteristicilor sculelor-cremaliera.Intersectând cilindrul de divizare al roţii dinţate reale printr-un plan normal rezultă o secţiune de forma unei elipse,numită elipsa de divizare.

3.Stabilirea matricii de proprit ăţi pe care trebuie să le îndeplinească produsul

Alegerea preliminar ă a mă rcilor de materiale

Materialul pentru roţi dinţate se alege în funcţie de condiţiile în care lucrează angrenajul.Din punct acesta de vedere trebuie să se cunoască mai bine forţele care solicită angrenajul,caracterul solicitărilor,condiţiile de mediu,viteza periferică.În funcţie de solicitări,avem: a)pentru roţi dinţate cu încărcări şi viteze periferice reduse,cuprinse între 0,5 si 2 m/s,se recomandă folosirea aliajelor neferoase:oţel şi fontă.

b)pentru roţi dinţate cu încărcări şi viteze periferice medii,cuprinse între 2 si 8 m/s,se recomandă oţeluri semidure nealiate sau slab aliate,precum şi fontă.Aceste roţi se întâlnesc la maşini agricole,reductoare de dimensiuni mari,maşini de ridicat şi transportat,etc. c)pentru roţi dinţate cu încărcări şi viteze periferice ridicate,cuprinse între 8 si 16 m/s cu încărcări mari pe dinte,se recomandă oţeluri aliate şi nealiate.Aceste roţi se întâlnesc în cutiile de viteze de la maşini-unelte,turbine,etc.În vederea înlocuirii materialelor scumpe şi deficitare se folosesc pulberi metalice ale unor materiale mai ieftine,semifabricatele obţinându-se prin metalurgia pulberilor.Calitatea materialelor metalice folosite la realizarea unei maşini sau unei construcţii determină alături de concepţia de proiectare şi de tehnologia de fabricaţie a nivelului performanţelor tehnico-economice pe care aceasta le poate atinge.

Pe plan mondial asistăm la o sporire continuă a preocupărilor pentru utilizarea ratională a materialelor,în general având ca obiect creşterea eficienţei şi competitivităţii maşinilor,utilajelor şi construcţiilor. -OLC 45 -OLC 60 -17 Cr Ni 16 -21 Mo Mn Cr 12La alegerea materialului proiectantul trebuie să găsească soluţia optimă având în vedere unul sau mai multe din următoarele considerente: a)valorificarea experienţei proprii în realizarea pieselor cu destinaţie similară. b)utilizarea materialelor economice şi uşor procurabile. c)valorificarea maximă a proprietăţilor tehnologice ale materialului. d)dotarea şi experienţa tehnologică din intreprinderea în care se va realiza piesa.Rolul proiectantului este foarte important atât în stabilirea concepţiei de baza a proiectantului cât şi în determinarea cerinţelor minime impuse

materialului şi în consecinţa alegerea acestuia.Caracteristica principală a roţilor este lăţimea redusă a danturii,ceea ce are drept consecintă dezvoltarea unor presiuni de contact mari pe flancuri.Roţile dinţate executate din oţeluri care pot fi tratate termic trebuie să satisfacă două condiţii de bază: -să aibe atât proprietăţi mecanice(rezistenţă,plasticitate) mai ridicate. -să posede proprietăţi tehnologice bune(deformare plastică,aşchiere).

Materiale utilizate în construcţia roţilor dinţate şi caracteristicile lor mecanice

Tabel 1Materiale pentru roţi dinţate Recomandări de folosire

Felul materialului

Marca Stas Tipul angrenajului.Condiţii de folosire

0 1 2 3

OL 50 ţţţOL 60

OL 70

OLC 10OLC 15

Roţi dinţate puţin solicitate,la viteze periferice moderate (6…12 m/s) şi

sarcini cu şoc.OLC 45OLC 50OLC 55OLC 60

Roţi dinţate puţin solicitate,la viteze periferice mici(<6 m/s).Mărcile de

calitate superioara şi conţinut de sulf pot fi folosite pentru roţi dinţate mediu

solicitate,la viteze periferice moderate (6…12 m/s) şi sarcini cu şoc.

15 Cr8 Melci.Roţi dinţate puternic solicitate,la viteze periferice mari şi sarcini cu şoc.

18MnCr10 Roţi dinţate puternic solicitate,la viteze

21MoMnCr periferice mari (>12m/s) şi sarcini cu soc.Melci

21TiMnCr1228TiMnCr12

Roţi dinţate pentru maşini grele,la viteze periferice mari (>12m/s) şi sarcini cu

şoc. 40Cr1033 MoCr11

Roţi dinţate mediu solicitate,la viteze periferice mici-medii(4…12m/s).

Otel carbon turnat m piese

OT 40-30T 50-3

Roţi dinţate de dimensiuni mari,foarte puţin solicitate.

Alegerea o ţ elurilor Oţelurile alese de mine sunt: -OLC 45(STAS 880-88) -OLC 60(STAS 880-88) -OL 50(STAS 500/2-80) -17 Cr Ni 16(STAS 791-88)

Diametrul roţii este de 20[mm].

GENERALIT ĂŢ I

MARCA O Ţ ELULUI PRINCIPALELE DOMENII DE UTILIZARE

OLC 45 Oţel carbon de calitate pentru tratament termic destinate construcţiei de maşini,roţi dinţate,coroane dinţate

OLC 60 Oţeluri destinate construcţiei de maşini,roţi dinţate,bucşe elastice

OL 50 Oţel de uz general pentru construcţii,roţi dinţate

17 Cr Ni 16 Roţi dinţate,roţi de lanţ şi alte piese pentru industria de autoturisme

CARACTERISTICI MECANICE Ş I TEHNOLOGICE

Marca oţelului

Rezistenţa la tracţiune:Rm(N/mm 2

)

Limita de curgere:Rp0,2(N/mm 2

)

Alungirea la rupereA1 %min

OLC 45610 360 18

OLC 60710 410 14

OL 50(490...610) 280 21

17 Cr Ni 16 (960...1270) 685 8

COMPOZI ŢIA CHIMICĂ %

Marca oţelului

C Mn Si S Pmax

Cr Ni

OLC 45 0,42 0,50 Max 0,40

Max0,045

0,40 - -

OLC 60 0,57 0,60 0,20 0,40 0,40 - -

OL50 0,30 0,50...0,80 0,37 0,050 0,050 - -

17Cr Ni 16 0,14 0,40 0,17 0,40 0,40 1.40 1.40

CULORI DE MARCARE

Marca oţelului Culori de marcare

OLC 45 Albastru-negruOLC 60 Albastru-griOL 50 verde

CARACTERISTICI

C1 C 2 C 3 C

Marca oţelului Valor

inota valori nota valori nota valori nota

OLC 45 610 2 360 2 18 2 210 2

OLC 60 710 3 410 3 14 1 240 1

OL 50 490 1 280 1 21 3 180 3

NOTA 1=SatisfacătoareNOTA 2=BunăNOTA 3=Foarte bună

CARACTERISTICI

Caracteristici Valoarea Nota

1 ţţ 610 2

710 3

490 1

2 360 2

410 3

280 1

3

18 2

14 1

21 3

210 2240 1

180 3

INTERVALE Rezisten ţa la tracţ iune: 710-490=220220:3=73490+73=563 (0;563) 1563+73=633 [563;633] 2633+73=703 [633;703) 3Limita de curgere410-280=130130:3=43280+43=323 (0;323) 1323+43=366 [323;366] 2366+43=409 [366;409) 3Alungirea la rupere21-14=77:3=214+2=16 (0;16) 116+2=18 [16;18] 218+2=20 [18;20) 3Costul240-180=6060:3=20

180+20=200 (0;200) 3200+20=220 [200;220] 2220+20=240 [220:240) 1

Caracteristici Valoarea Nota

1 ţţ 610 2710 3490 1

2360 2410 3280 1

3

18 214 121 3210 2240 1180 3

Calculul ponderii de influen ţă

C 1 C 2 C 3 C 4

C 1 - 0 0 0

C 2 2 - 0 0

C 3 2 2 - 0

C 4 2 2 2 -

T i 6 4 2 0

P i 0,5 0,33 0,166 0

∑T i =6+4+2+0=12

P i = i

i

T

T

P 1 =

12

6

0,5

P 12

42

=0,333

P

12

23

0,166

P

12

04

0

P 4321 PPP 0,5+0,333+0,166+0=1

Alegerea final ă a materialului folosit

Pentru a realiza care din materiale este mai bun se face următorul calcul:

997,1

665,2

1998,1

498,0999,05,0

0166,0999,05,1

332,0666,01

03166,03333,015,01

01166,01333,035,03

02166,02333,025,02

0

166,0

333,0

5,0

1133

3311

2222

Conform calcului oţelul ales va fi OLC 60,deoarece îi corespunde valoarea cea mai mare din matricea finală şi anume:2,665.

Bibliografie

1.Alegerea şi utilizarea oţelurilor -Ion Cheşa,C.Rizescu -Editura Tehnică,Bucuresti 1984

2.Alegerea şi tratamentul termic al oţelurilor de scule -T.Dulamita -Editura Tehnică,Bucuresti 1963

3.Alegerea şi utilizarea materialelor -Daniela Tarata -Reprografia Universitatea din Craiova,1963

4.Manualul Inginerului Mecanic -Editura Tehnica,Bucuresti

5.Organe de maşini şi mecanisme-N.Stere,D.Lazar,Ghe.Paizi -Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti 1977

6.Proiectarea sculelor aşchietoare-Enache Stefan -Editura Didactică şi Pedagogică Bucuresti 1983