18
SISTEM DE SURUB CU MISCARE CAPITOLUL 1 CALCULUL ŞURUBULUI ŞI AL PIULIŢEI 1. DESCRIEREA SISTEMULUI CU TRANSMISIE ŞURUB-PIULIŢ Ă 1.1.Caracterizarea transmisiei şurub-piuliţă Transmisia surub-piulita , alcatuita dintr-un surub si o piulita aflate in miscare relativa in timpul functionarii,realizeaza transmiterea si transformarea miscarii si a fortei.Cu aceste functii ,transmiterea surub-piulita se intalneste frecvent in constructia unor masini simple cum sunt cricurile si presele manuale, in constructia masinilor unelte , a unor dispozitive de lucru , a unor aparate de masura etc. 1.2. Schema de principiu a sistemului proiectat Schema sistemului de proiectat este data prin tema de proiect. Schematizat, ea este reprezentată în figura 1. 1- surub 2- piulita 3- corp 4- cupa

Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

SISTEM DE SURUB CU MISCARE

CAPITOLUL 1

CALCULUL ŞURUBULUI ŞI AL PIULIŢEI

1. DESCRIEREA SISTEMULUI CU TRANSMISIE ŞURUB-PIULIŢ Ă

1.1.Caracterizarea transmisiei şurub-piuliţă

Transmisia surub-piulita , alcatuita dintr-un surub si o piulita aflate in miscare relativa in timpul functionarii,realizeaza transmiterea si transformarea miscarii si a fortei.Cu aceste functii ,transmiterea surub-piulita se intalneste frecvent in constructia unor masini simple cum sunt cricurile si presele manuale, in constructia masinilor unelte , a unor dispozitive de lucru , a unor aparate de masura etc.

1.2. Schema de principiu a sistemului proiectat

Schema sistemului de proiectat este data prin tema de proiect. Schematizat, ea este reprezentată în figura 1.

1-surub 2-piulita 3-corp 4-cupa 5-parghie de actionare

Figura 1. Schema de principriu a sistemului de transmisie şurub-piuliţă

Page 2: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

1.3. Diagramele de forţe şi momente din elementele componente ale sistemului proiectat.

Pentru a pune în evidenţă tipul solicitărilor care se produc, se construieşte diagrama de eforturi prezentată în figura 2. Pentru eforturile care apar în elementul i în contact cu elementul j, se folosesc următoarele notaţii : Fi – forţa axială ; Mij – moment. Indicii superiori au semnificaţiile : r – radial ; a – axial ; s – stânga ; d – dreapta. Momentul de acţionare se notează Mtot. Variaţia pe înălţimea piuliţei a momentului de înşurubare , M21, şi variaţia momentelor de frecare în lagărele radiale se schematizează printr-o dependenţă liniară.

Figura 2 : Diagrama de forţe şi momente din elementele componente ale sistemului proiectat

Page 3: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

CAPITOLUL 2

ALEGEREA MATERIALELOR PENTRU ELEMENTELE COMPOMENTE

Necesitatea asigurării unui coeficient de frecare redus conduce la utilizarea unui cuplu de materiale cu bune proprietăţi antifricţiune. Întrucât solicitările corpului şurubului sunt relativ mari, în mod uzual, şurubul principal se execută din oţel. Proprietăţile antifricţiune ale cuplului de materiale sunt asigurate de materialul piuliţei care poate fi , fontă. Fonta turnată în piese pentru maşini-unelte, are o buna rezistenţă la uzare.

1. Pentru şurubul principal, aleg oţelul OLC 45, STAS 880-88.Tabelul 2.1

Materialul STAS Simbolul TratamentTermic

Caracteristici mecanice [N/mm2]

Limita de curgereRp 0,2

Rezistenţa la rupere la

tracţiune Rm

Oţel carbon de calitate

pentru tratament termic de

îmbunătaţire

880-88 OLC 45 NCR

360430

min. 610630-800

σ a=R p0,2

Cc  ; σ

a=¿ 3603

¿ ;

σ a=¿120¿

2. Pentru piuliţă aleg materialul fontă FCX 300, STAS 8541-86. Tabelul 2.2.

MarcaFontei

GrosimeaPeretelui

Piesei, mm(min)

Rezistenţa la

TracţiuneRm N/mm2

(min)

Rezistenţa la

IncovoiereRi n/mm2

(min)

Rezistenţa laCompresiune *

N/mm2

(min)

Rezistenţa laElasticitate*

N/mm2

(min)

FCX 300 10 300 490 980 120*10

σ a=¿ 3003

¿ ; σ a=¿100¿

3. Pentru corp aleg materialul fonta Fmp 600, STAS 569-79 Tabelul 2.3.

Material Marca fonteiRezistenta la

rupere,la tractiune N/

mm2

Limita de curgere

Alungirea la rupere A[%]

Duritatea Brinell (mx)

Fonta maleabila perlitica

Fmp600 600 360 3 270

Page 4: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

σ a=¿ 6003

¿ ; σ a=¿300¿

4. Pentru cupa aleg materialul fonta Fmp500, STAS 569-79

Tabelul 2.4

Material Marca fonteiRezistenta la

rupere,la tractiune N/

mm2

Limita de curgere

Alungirea la rupere A[%]

Duritatea Brinell (mx)

Fonta maleabila perlitica

Fmp500 500 300 5 240

σ a=¿ 500

3¿ ; σ a=¿160¿

5. Pentru pârghie aleg OLT 65, STAS 8183-80 Tabelul 2.5

Materialul STAS Simbolul TratamentTermic

Caracteristici mecanice [N/mm2]

Limita de curgereRp 0,2

Rezistenţa la rupere la tracţiune Rm

Oţel pentru tevi fara sudura(de uz

general)

8183-80 OLT 65 N min. 370 min. 640

σ a=¿ 6403

¿ ; σ a=¿210 ¿

CAPITOLUL 3

CALCULUL ŞURUBULUI

3.1. Predimensionarea şurubului

Solicitarea principală a şurubului este în cazul cricului simplu, compresiunea. Întrucât alături de compresiune există şi solicitarea de răsucire, se va ţine seamă de existenţa acesteia, multiplicând forţa din temă ( F=10 [kN] = 10.000 N) cu un coeficient (gamma), ce se alege în funcţie de sistemul mecanic proiectat.

Pentru varianta presa cu o coloana, este dată valoarea coeficientului Aleg γ =1.50

Relaţia de predimensionare a şurubului , rezultă din solicitarea de compresiune şi este :

σ c=FA

= γFπd3

2

4

≤σa⇒d3≥√ 4 γFπσ a

Page 5: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

d3=√ 4∗1. 5∗10000π∗150

=11 ,28 mm≈11 ,5 mm

3.2. Alegerea tipului filetului

Pentru dimensionarea filetului şurubului sunt necesare:a) tipul filetului;b) mărimea filetului;c) numărul de spire în contact.

a. Alegerea tipului de filet se face ţinându-se seamă de faptul că sistemul ce urmează a fi proiectat are în componenţă şurub de mişcare. Se recomandă filet trapezoidal şi filet ferăstrău . Aleg filetul trapezoidal ISO, EXTRAS DIN STAS 2114/1-75 , filet trapezoidal, dxp=Tr 20 x 4 , prezentat în figura A3.1 Acesta are o bună rezistenţă şi rigiditate ;randamentul cu 4-5% mai mic decât al filetului pătrat ; permite eliminarea jocului axial rezultat în urma uzării – prin utilizarea piuliţei secţionate ; poate transmite sarcini mari, variabile, în ambele sensuri.

H=1,866 P H=7.464H1=0,5P H1=2H4=H1+ac H4=2,25d2=16d3= 13,5D4=18,5D1=14R1 max = 0,125R2 max = 0,25

Page 6: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

b. Alegerea diametrului şurubului se va face în funcţie de :- diametrul calculat (se va alege o valoare mai mare decât valoarea calculată)- se va alege o valoare standardizată din şirul 1 - pasul filetului se alege din valorile indicate în dreptul diametrului nominal,

preferându-se valorile încadrate între bare verticale (adică valorile mijlocii care pot asigura atât autofrânare, căt şi o suprafaţă suficientă de contact a filetului).

Diametrul nominal al filetului, d

PasulP

Diametrul nominal mediu

d2=D2

Diametrul nominal exterior

al filetului

interior D4

Diametrul nominal interior

al filetului exterior,

d3

al filetului interior,

D1Şirul 1 Şirul 2

18 |4| 16 18,5 13,5 14

3.3. Proiectarea constructive a surubului

3.3.1 Verificarea condiţiei de autofrânare

Asigurarea autofrânării apare ca cerinţă în majoritatea construcţiilor cu şuruburi de mişcare. La sistemele acţionate manual este preferabil ca autofrânarea să se realizeze direct de către filet. Pentru sistemele mecanice acţionate manual , se preferă ca autofrânarea să fie realizată direct de către filet. Condiţia de autofrânare este ca unghiul de înclinare a filetului ψ, să fie mai mic decât unghiu de frecare redus . Folosind relatia:

tg ϕ= pπd2

⇒ϕ arctg pπd2

=arctg 4π∗d 2

=4 . 540

tgψ= μ

cos α2

unde: şi α = 30o Aleg µ = 0,15

tgψ= μ

cos α2

⇒ψ=arctg μ

cos α2

= 0 .15cos15

=8 , 820

In urma calculelor efectuate şi a rezultatelor obţinute, condiţia de autofrânare este

îndeplinită ϕ=4 , 540 ,ψ=8 , 820⇒ϕ<ψ

Page 7: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

3.3.2. Verificarea la flambaj

Suruburile lungi, solicitate la compresiune, sunt in pericol de a flamba.Dimensiunile filetului, anterior precizate, trebuie sa asigure o siguranta suficienta si fata de flambaj. Adopt varianta dublu articulată

LF = LL = (1,35÷1,45) H

Aleg L = 1,40 · 150= 210 mm => Lungimea de flambaj LF = 210mm

imin=√ Imin

A=√ πd3

4

64πd3

2

4

I min=πd3

4

64= π 13 , 54

64=1630 ,44 mm4

A=πd3

2

4= π 13 , 52

4=143 ,13 mm2

imin=√ Imin

A =√1630 ,44143 , 13 =3 ,37mm

Coeficientul de zvelteţe

λ=l f

imin=210

3 , 37=62 , 31

Se compară cu valoarea limită = 85

In urma calculelor efectuate si a comparării lui calculat cu rezultă :

Page 8: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

=85 => flambajul plastic OLC 45 STAS 880-80 MARIMI CARACTERISTICE FLAMBAJULUI

MATRIALUL

a b

M Pa

OLC45STAS880-80

85 449 1,67

Coeficientului de siguranţă la flambaj

Cf > Cfa ; Ff=σ F∗A ; σ F=a−bλ

C f =F f

F=49371

10000=4 , 93 Mpa

Cf > Cfa Ff-forta critica de flambaj ce se calculeaza pentru flambajul plastic σ F=449−1,67∗62,31=344 ; Ff=σ FxA =344*143,13 = 49371

3.3.3. Determinarea numărului de spire în contact

Numărul minim de spire necesare a fi în permanenţă în contact, “z”, se va determina din condiţia de rezistenţă la uzare. În acţionările cu viteze mici , principalul parametru care determină intensitatea uzării şi implicit durabilitatera, sunt tensiunile de contact (presiunea) între spire. În ipoteza repartizării uniforme a sarcinii pe spire şi neglijând unghiul de înclinare a spirei, numărul de spire necesare rezultă din relaţia :

Aleg = 15

Z=10000π4

(182−142)∗15=7

3.4. Verificarea şurubului

Page 9: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

3.4.1 Verificarea spirei filetului

Solicitarea la incovoiere :

σ i=M i

W=

Fz∗li

W=

100007

∗1,5

76=28 . 13 MPa

Solicitarea la forfecare :

τ f =

Fkm∗z

A=

100000,6∗7

162 , 05=14 , 69Mpa

Tensiunea echivalenta, pentru ca un calcul acoperitor, se calculeaza cu teoria a III-a de echivalenta :

σ ech=√σ i2+4 τ f

2≤σa⇒√28. 132+4∗14 , 692=31 , 73

σ ech=31 ,73≤120 σ ech<σa

3.4.2 Verificarea preliminara a portiunii filetate a surubului

M1,2=Fd2

2tg (ψ+ϕ )=10000∗15

2∗tg ( 4 ,85+8 .82)=18241 N /m

σ =

Fπd2

4

=10000πx13 .52

4

=70 MPa

τ=

M12

πd3

16

=18241πx13 .53

16

=20 , 7 MPa

σ ech=√σ i2+4 τ f

2≤σa⇒√702+4∗20 ,72=81 MPa

σ a=σcCc

=4302

=215 ; Cc=1,5…3 σ ech<σa

3.4.3 Proiectarea celui de-al doilea reazem al surubului principal

Page 10: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

Pc = F

π /4( Dc2−dc2)≤ Pca Pca=5…15 MPa

Dc≥√ 4 FπPca

+dc2=37; dc=10mm

Pc=9,9≤ Pca

Mt2=μF Dm2 μ=0,08 …0,2

Dm=23

Dc3−dc3

Dc2−¿dc 2

¿ = 26,08=26

Mt2=13000 N*m

CAPITOLUL 4

CALCULUL PIULITEI

4.1 Calculul înălţimii piuliţei Calculul înălţimii piuliţei se realizează cu ajutorul relaţiei:

Hp = fz+zp+t

unde : z – numărul de spire; p – pasul;

t≥(D 4−D 1)/2Hp= 4,5*4+14*4+1.5 =75,5

hG = (0,2÷0,25)Hp hG = 0,2·75,5 = 15,1

Page 11: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

4.3. Proiectarea corpului piulitei

Dimensionarea piulitei

Dimensionarea piuliţei presupune determinarea diametrului exterior De a diametrului gulerului, Dg şi a înălţimii hg. Diametrul exterior se determină cu relaţia:

Demin=√ 4∗γ∗Fπ∗σat

+D42=√ 4∗1,3∗10000

π∗60+15 ,52=23 , 5 mm

Demin => adopt 24 mm

De≥ 3 D 4−2D 1 ; De > 21,5Pentru materialul piuliţei am ales fonta FCX 300

σ at=σr

C r=300

5=60 Mpa

Verificarea corpului filetului

σ t=F

π4( De2−D 42 )

=10000π4

(242−16 ,52 )=42 MPa

Calculul solicitarilor la rasucire

τf =

Mt 1

π ( De4−D 44 )

16∗De

=18241π (244−16 , 54 )16∗24

=4 , 74 MPa

σ ech=√σ i2+4 τ f

2≤σa⇒√422+4∗4 ,742=43 σ ech<σa

Pentru Guler

Dg min=√ De2+ 4 F

πσ as=√242+ 4∗10000

π∗120=26 ,11

Aleg Dg = 28 mm

σi=

Dg−De4 F

πDe∗hg2

6

=3.5 σ i≤ σai ; 3,5≤ 60MPa

Proiectarea sistemului de blocare la piuliţă

Page 12: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

Asigurarea piuliţei în corpul cricului se realizează cu un stift filetat cu cep. Pentru a şti dacă este necesară utilizarea acestui ştift se calculează momentul de frecare dintre piuliţă şi corp folosind relaţia:

unde: µ = (0,08÷0,1). Aleg

R0=13

Dg3−D e

3

Dg2−D e

2=13

283−243

282−242 =13

M f=0. 08∗10000∗13=10400[ N /mm ]Mt1 = 18241 N/mm > MfMt1 > Mf este necesar sistem de blocare conform tabelului 4.1

Tabelul 4.1.

Filet t n C1

D4 C3

r lnominal abateri nominal abateri

M12 4,0 2,0 2,5 9 0-0,220 7

+0,4500

0,6 12…50

CAPITOLUL 5PROIECTAREA SI CALCULUL CELORLALTE ELEMENTE COMPONENTE

Page 13: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

5.1 Calculul sistemului de acţionare

Sistemul de acţionare cel mai simplu poate fi:- cu tijă sau pârghie simplă;- cu o cheie simplă.

Acest sistem de acţionare va trebui sa învingă momentul total .

Mt=Mt1 + Mt2

Mt1 = 18241 N/mm

Mf= Mt2 = 10400 N/mm

Fm = (100÷150)N Aleg Fm = 150 N

Ls=60 mm

Ra=M 12+Mf

Fm=18241+10400

150=190 ,94 mm

Lc=Ra− Dc

2=190 , 94−37

2=172 , 44 mm

Lp = Ra+Ls+Dc/2 = 190,94+60+18,5=269,44 mm

Calculul diametrului pîrghiei Pentru calcul se foloseşte relaţia:

σ i=

Mtotπ dp3

32

≤ σ ia ; σ ia=210

dp=3√ Mtot∗32π∗σ ia

=13,44

σ i=120.16 ≤210=σ ia

Page 14: Sistem Cu Surub de Miscare - AAAAAAAAAAAA

Verificarea capului surubului la torsiune

τ t=MtotWt

Wt =2* Dc3

22,9 ( 2hcDc )

2,82

hc=(Dc-dp)/2 =(37-14)/2 = 11.5

Wt= 2*2211*0,261=1154,14 τ t=24,81 MPa

CAPITOLUL 6

Calculul randamentelor 6.1. Randamentul cuplei cinematice surub-piulita

η1=tg ϕ2

tg (ϕ2+ϕ ' )=tg 4 .85

tg (4 , 85+8 ,82 )=0 . 08

0 . 24=0 . 33

0 ,31<1

6.2. Calculul randamentului sistemului

η2=Lu

Lc= F∗P

(∑ M )∗2 π=10000∗4

28641∗2 π=0 . 22

Unde = M12 + Mf