Transmisii mecanice, reductoare de turatie

I.MEMORIU TEHNIC

Disciplina Organe de masini studiaza elementele care intra in constructia masinilor din punct de vedere al constructiei, calculului si proiectarii.

Organele de masini sunt piese sau grupuri de piese care formeaza partile componente ale unor masini, ele putand fi calculate si proiectate separat de restul ansamblului. In cadrul unei masini sau al unui agregat, organele de masini sunt grupate in ansambluri care au anumite roluri functionale, de exemplu cutia de viteza de la un automobil. Ea are rolul de modifica forta de tractiune a autovehiculului in functie de marimea rezistentei la inaintare.

1.1 TRANSMISII MECANICE, REDUCTOARE DE TURATIE. GENERALITATI

Transmisiile mecanice dintre motor si masina de lucru, maresc sau micsoreaza

viteza, respectiv momentul transmis, protejeaza organele masinii motoare contra suprasarcinilor. Reductoarele pot fi cu una, doua sau mai multe trepte de reducere, constructive, fie ca subansamble izolate, fie ca facand parte din ansamblul unei masini unealta.

Reductoarele cu roti dintate au o larga utilizare datorita avantajelor pe care le prezinta:

raportul de transmitere constant;

gabarit redus;

randament ridicat;

posibilitatea de realizare a unor transmisii de la cativa newtoni la incarcari foarte mari;

intretinere simpla si ieftina.

Reductoarele de uz general au un singur lant cinematic, deci un raport de transmisie mic si o carcasa independenta si inchisa. Elementele principale ale unui reductor, indiferent de tip sunt urmatoarele: carcasa (corp + capac); angrenajele, arborii, lagarele si elemente auxiliare. Carcasele se executa in general din fonta prin turnare, dupa care se prelucreaza prin aschiere pe masini-unelte. Metoda conduce la micsorarea consumului de material si manopera. Carcasa este prevazuta cu nervuri care au scopul de a marii rigiditatea ansamblului, de a reduce zgomotul si vibratiile si maresc suprafata efectiva de racire a reductorului.

Carcasa trebuie sa asigure pozitia relativa corecta a arborilor (prin intermediul lagarelor) si rotilor dintate servind ca si baie de ulei. Carcasa se compune din doua parti: corp si capac protejand angrenajul fata de mediul exterior.

Carcasele reductoarelor trebuie sa indeplineasca urmatoarele functii :

sa asigure preluarea sarcinilor ce apar in timpul functionarii

sa asigure inchiderea liniilor de forta prin fundatie;

sa protejeze angrenajele contra unor factori externi;

sa pastreze lubrifiantul necesar pentru ungerea angrenajelor;

sa asigure transmiterea caldurii spre exterior.

1.2 PREZENTAREA SOLUTIEI CONSTRUCTIVE ALESE DIN PUNCT DE VEDERE CONSTRUCTIV, FUNCTIONAL, TEHNOLOGIC.

Reductoarele cu o singura treapta de reducere se pot imparti in urmatoarele tipuri de baza, in functie de tipul angrenajului: cu roti dintate cilindrice cu dinti drepti sau inclinati, cu roti conice si angrenaje melc-roata melcata.

Angrenajul conic.

Transmiterea miscarilor si a sarcinii intre doua axe concurente care se intersecteaza sub un anumit unghi oarecare se poate realiza cu ajutorul rotilor dintate conice cu dinti drepti sau inclinati.

Prin analogie cu angrenajele cilindrice, unde suprafata de rostogolire este un cilindru, suprafata de rostogolire a angrenajelor conice cu dinti drepti este un con.

Flancurile dintilor rotilor dintate conice se realizeaza asemanator cu flancurile dintilor rotilor dintate cilindrice. Profilarea rotiilor dintate se face pe conul frontal exterior a carui axa coincide cu axa rotiilor de prelucrat, iar generatoarea acestuia este perpendiculara pe generatoarea conului de rostogolire.

Angrenajul cilindric.

Angrenajele cilindrice cu dinti inclinati sunt angrenaje cu axe paralele.In comparatie cu angrenajele cilindrice cu dinti drepti, prezinta urmatoaerele avantaje:

gradul de acoperire este mai mare si ca urmare capacitatea portanta este mai mare;

produc un zgomot mai redus.

Ca dezavantaje se pot mentiona

aparitia fortei axiale;

necesitatea utilizarii unor lagare radial axiale.

La reductoarele cu roti dintate conice cu arborii asezati in plan orizontal se pun doua probleme importante si anume:

asigurarea posibilitatii de reglare a jocului din rulmentii arborelui pe care este montat pinionul;

asigurarea posibilitatii de reglare a jocului dintre flancurile dintilor.

Pentru asigurarea posibilitatii de reglare a jocului din dantura si pentru a respecta conditia ca punctul de intersectie a generatoarelor conurilor de divizare sa cada pe intersectia axelor arborilor este necesar ca arborii impreuna cu rotile dintate sa se poata deplasa axial, regland suruburile din capacele rulmentilor de la roata condusa si suruburile care fixeaza pozitia arborelui pinionului conic. Jocul din rulmentii arborelui pinionului conic se regleaza in general cu ajutorul capacului de la capatul arborelui de intrare la montajul in X sau cu ajutorul piulitei pentru rulmenti in cazul montajului in O.

Orice reductor mai are o serie de elemente auxiliare necesare pentru o buna functionare si anume:

elemente de etansare;

elemente pentru controlul nivelului de ulei din baia reductorului ( joje, vizoare );

elemente pentru deplasarea si transportul reductorului (inele de ridicare, umeri de ridicare etc.);

elemente pentru fixarea si pozitionarea rulmentilor si rotilor dintate pe arbori in carcasa;

surub de golire;

roata de curea;

capace de fixare a rulmentiilor;

saiba si piulita pentru fixarea rulmentiilor radiali-axiali;

Varianta prezentata se caracterizeaza prin urmatoarele aspecte constructive:

pinionul conic face corp comun cu arborele de intrare;

roata conica condusa este montata cu ajutorul unei pene pe arborele de iesire;

carcasa reductorului e turnata din doua bucati plasate in plan orizontal;

arborele de intrare se sprijina pe lagare cu rulmenti radiali axiali (montati in O) montati in caseta;

arborele de intrare 1 si arborele de iesire 2 sunt etansati prin montarea mansetelor de rotatie in capace

ungerea rotilor dintate si a lagarelor se asigura cu ulei, prin barbotare si stropire;

arborele de intrare se sprijina pe lagare cu rulmenti care fiind montati intr-o caseta comuna asigura o rigiditate mai mare a arborelui;

asamblarea carcasei superioare si inferioare se realizeaza cu suruburi, centrarea lor fiind asigurata cu stifturi de centrare

controlul uleiului se face cu ajutorul unei joje.

Reductorul are in constructia sa un angrenaj conic cu dinti drepti.

Dupa cum ii spune si numele reductorul, livreaza la arborele de iesire o turatie mai mica decat turatia existenta la arborele de intrare (in functie de raportul total de transmitere).

Arborele de intrare 1 este antrenat cu o turatie de 1485,71 rpm cu ajutorul curelei trapezoidale montata pe roata de curea. Arborele de intrare transmite prin intermediul angrenajului conic o turatie de 269,64 rpm, arborelui de iesire 2.

1.3 NORME DE PROTECTIE A MUNCII

Pentru siguranta desfasurarii procesului de lucru cu acest dispozitiv trebuie sa se respecte uratoarele reguli de protectie a muncii :

zonele in care exista organe de rotatie in miscare se vor proteja cu ajutorul unor aparatori

inainte de inceperea lucrului se verifica nivelul de ulei al reductorului;

la aparitia unei defectiuni se va retrage dispozitivul din lucru si se va inlocui  piesa defecta;

• este de preferat ca muchile si colturile sa fie tesite pentru a diminua riscul unor accidente;
• este de preferat ca elementele exterioare ale reductorului sa se vopseasca pentru a nu ruginii
• nu se va deschide capacul de vizitare in timpul lucrului;
• trebuie respectate intocmai regulile de intretinere a dispozitivului.

1.4 INTRETINEREA REDUCTORULUI

Ungerea pieselor ce intra in componenta reductoarelor de uz general se face cu ulei. Metodele de ungere se aleg in functie de viteza periferica a rotilor dintate. Pentru viteze periferice pana la 1215 m/s ungerea angrenajelor se face prin barbotare. La angrenajele cilindrice, nivelul uleiului la roata mare trebuie sa treaca peste dinti cu 0,75 din inaltimea lor dar nu mai putin de 10 mm. Rotile de turatie mica de pe treptele a doua sau a treia se pot scufunda pana la 1/3 din diametrul exterior al lor. La angrenajele conice roata mare va fi scufundata in ulei pe toata inaltimea dintelui (cel putin). Limita maxima de scufundare in ulei este tot 1/3 din diametrul exterior al rotii.
  Rodajul joaca un rol important in durata de exploatare si buna functionare aoricarui angrenaj si transmisie cu roti dintate.

Rodajul se poate face pe diferite standuri care se pot grupa in doua categorii (cu circuit inchis si cu circuit deschis). Rodajul se face cu un ulei special de rodaj. Se recomanda ca rodajul sa se faca in trepte.

Exploatarea si intretinerea acestui dispozitiv impune o serie de masuri care trebuie sa le luam pentru a evita deteriorarea elementelor componente.

Inainte de montarea pieselor vor fi curatate, spalate si eventual suflate cu aer comprimat. La montare se vor respecta limitele tolerantelor prescrise, toate cotele indicate in documentatia de executie. Suprafetele neprelucrate mecanic ale pieselor turnate care se gasesc in interiorul carcasei trebuie sa fie curatate.

Toate suprafetele exterioare cu exceptia suprafetei de asezare vor fi acoperite cu vopsea. In timpul operatiei de transport se vor lua masurile necesare in vederea evitarii loviturilor sau a rasturnarii reductorului.

II. MEMORIU JUSTIFICATIV DE CALCUL

2.1 IMPARTIREA RAPORTULUI DE TRANSMITERE I_tot

2.2 CALCULUL TURATIILOR

2.3 CALCULUL PUTERILOR

2.4 CALCULUL MOMENTELOR DE TORSIUNE

2.5 ALEGEREA MATERIALELOR SI JUSTIFICAREA LOR

Principalele materiale utilizate la confectionarea rotilor dintate sunt otelurile, fontele, bronzul, alama. Materialele metalice de tipul otelurilor si fontelor se supun tratamentelor termice in scopul maririi cifrelor de rezistenta precum si pentru a imbunatati comportarea flancurilor dintilor la diversele forme de uzura.

Astfel materialul ales pentru rotile conice cu dinti drepti este 40Cr10, material imbunatatit la 30-35HRC si supus ulterior unui tratament de nitrurare superficial la 50-55HRC.

Pentru stabilirea materialului arborelui trebuie sa se ia in considerare atat modul de solicitare al arborilor cat si conditiile de lucru a fusurilor. Pentru arborii cu diametrul pina la 140mm, se foloseste material laminat, pentru diametre de 140-200mm, material laminat sau forjat, iar peste 200mm, numai material forjat. Astfel in cazul de fata fiind vorba de solicitari usoare vom utiliza otel carbon obisnuit OL60 pentru arborele de iesire. Arborele de intrare din punct de vedere constructiv va fi corp comun cu pinionul si va fi confectionat din 40Cr10, pentru ca avand diametrele de capat de 22mm realizarea unui canal de pana ar introduce concentratori de tensiune suplimentari si arborele ar putea ceda.

2.6 STABILIREA CARACTERISTICILOR MECANICE PENTRU  MATERIALELE ALESE

Pentru 40Cr10:

Pentru OL60:

2.7 STABILIREA DIMENSIUNILOR CAPETELOR DE ARBORE

Arborele principal se va confectiona din acelasi material ca pinionul, iar arborele secundar din OL60:

2.8 CALCULUL ANGRENAJULUI

2.8.1 Predimensionarea:

2.8.2 Calculul modulului:

2.8.3 Calculul elementelor geometrice:

Semiunghiurile conului de rostogolire:

Diametrele cercurilor de divizare:

Inaltimea capului dintelui:

Inaltimea piciorului dintelui:

Diametrele cercurilor de cap:

Diametrele cercurilor de picior:

Lungimea generatoarei conului de rostogolire:

Diametrul de divizare median:

Unghiurile capului dintelui:

Unghiurile piciorului dintelui:

Semiunghiurile conurilor de cap:

Semiunghiurile conurilor de picior:

2.8.4. Verificarea angrenajului

Viteza periferica pe cercul de divizare mediu:

Alegerea treptei de precizie a angrenajului: (pag. 187, Reductor cu doua trepte , Pop D.)

-avand viteza perifica 2,64 m/s, vom alege treapta de precizie 7

Alegerea rugozitatii si procedeului de prelucrare (pag.188)

Flancurile dintilor rotilor dintate se vor prelucra prin mortezare sau frezare, procedeu urmat de sevaruire. Ca urmare a acestor procedee rugozitatea flancurilor va fi 0,8, iar pentru rugozitatea zonei de racordare se va alege o valoare superioara respectiv 1,6.

Alegerea lubrifiantului (pag. 201)

Lubrifiantul ales va avea vascozitatea cinematica egala cu 120, la temperatura de 50^°, recomandata pentru viteza periferica 2,64

Alegerea factorului de forma a dintelui:  (pag.168)

Alegerea factorului de corectie a tensiunilor de incovoiere la baza dintelui:(pag. 170)

Factorul dinamic real:(pag. 174)

K_Va=K_V=1

Factorul de repartizare a sarcinii pe latimea danturii:  (pag. 176)

(pag. 158)

Factorul de ungere:

Z_L=1,02

Factorul rugozitatii flancului (pag. 159)

Z_R pentru solicitarea de contact=1

Y_R pentru solicitarea de incovoiere=1,08

Factorul durabilitatii flancului: (pag. 153)

Z_W=1

Verificarea la strivire

Verificarea la incovoiere

2.9 STABILIREA DIMENSIUNILOR CONSTRUCTIVE

2.9.1 Arborele de intrare:

2.9.2 Arborele de iesire:

2.10 CALCULUL TRANSMISIEI PRIN CURELE

(pag.394 Reductoare)

2.11 CALCULUL FORTELOR DIN ANGRENAJ

2.12 SCHEMA FORTELOR

Pentru planul vertical:

Pentru planul orizontal:

2.13 CALCULUL REACTIUNILOR PENTRU ARBORELE DE INTRARE

Ecuatiile pentru planul vertical:

Ecuatiile pentru planul orizontal:

2.14 ALEGEREA SI VERIFICAREA PENELOR

Pentru pana 1 A12x8x50:

Pentru pana 2 A8x7x24:

2.15 VERIFICAREA RULMENTILOR

2.15.1 Calculul fortelor axiale proprii

2.15.2 Calculul sarcinii dinamice echivalente:

2.15.3 Verificarea la durabilitate a rulmentilor de pe arborele de intrare

BIBLIOGRAFIE

1. Adalbert Antal, Dorina Matiesan, Dumitru Pop, Felicia Sucala, Iacob Oltean, Ioan Turcu, Ovidiu Belcin, Calin Tomoiag, Ovidiu Tataru, Stefan Bojan, Lucian Tudose, Reductoare.  Atelierul de multiplicare al Universitatii Tehnice din Cluj-Napoca, 1994

2. Mihai Gafitanu, Dumitru Mocanu, Dan Pavelescu, Spiridon Cretu, Mircea Pascovici, Cezar Racocea, Dumitru Radaceanu, Constantin Tuleasca, Ionel Vornicu, Organe de masini vol.I. Editura Tehnica, Bucuresti, 1981

3. George Georgescu, Indrumator pentru ateliere mecanice, editia a IV-a. Editura Tehnica, Bucuresti, 1966

4. Marioara Somotecan, Mihail Hardau, Sanda Bodea, REZISTENTA MATERIALELOR, U.T. PRES, Cluj-Napoca, 2005

5. Gheorghe Husein, Mihail Tudose, DESEN  TEHNIC. EDITURA DIDACTICA SI PEDAGOGICA, Bucuresti, 1974

6. Felicia Sucala, Corina Barleanu, Stefan Bojan, Ovidiu Tataru, MECANISME SI ORGANE DE MASINI. RISOPRINT, Cluj-Napoca, 2006

7. http://www.jp.nsk.com, catalog rulmenti

8. Internet.