Transmisiei surub-piulita - proiect

CUPRINS

CAPITOLUL 1. Caracterizarea transmisiei surub-piulita.

CAPITOLUL 2. Sinteza dimensionala si studiul cinetostatic al

mecanismului.

CAPITOLUL 3. Proiectarea surubului.

3.1 Precizarea solicitarilor si a formelor de deteriorare

posibile.

3.2 Alegerea materialului pentru cuplajul surub-piuluta.

3.3 Predimensionarea filetului. Alegerea tipului filetului si a

dimensiunilor standardizate.

Verificarea conditiei de auto-franare.

3.5 Verificarea la flambaj.

3.6 Determinarea numarului de spire aflate in contact.

3.7 Verificarea spirei filetului ( rezistenta la torsiune).

3.8 Verificarea preliminara a partii filetate a surubuluila

solicitarea compusa.

3.9 Proiectarea celui de al II-lea reazem al surubului.

3.10 Definitivarea constructiva si verificarea finala a

surubului.

CAPITOLUL 4. Proiectarea sistemului de actionare.

Alegerea sistemului de actionare.

Proiectarea la scara a sistemului de actionare.

CAPITOLUL 5. Proiectarea sistemului de preluare-transmitere a fortei de

catre piulita.

Precizarea solicitarilor (la care este supusa piulita).

Dimensionarea piulitei.

Proiectarea sistemului de blocare a piulitei.

CAPITOLUL 6. Proiectarea corpului.

6.1 Proiectarea ghiarelor.

6.2 Proiectarea corpului extractor.

CAPITOLUL 1.

Caracterizarea transmisiei surub-piulita.

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.

Tabelul de mai jos prezinta o sinteza a combinatiilor posibile pentru miscarile elementelor cuplei surub-piulita impreuna cu elementele de utilizare:

Ca principale avantaje ale folosirii transmisiei surub-piulita se pot enumera: constructia si executia relativ simple, precizia buna, functionarea fara zgomot, gabaritul redus, posibilitatea transmiterii unor forte relativ mari.

Ca principal dezavantaj se mentioneaza existenta unor frecari importante intre spirele filetelor, care determina randamente mici, uzuri mari (care conduc in timp la jocuri mari) si, in consecinta viteze de lucru limitate.

CAPITOLUL 2.

2.1 Sinteza dimensionala

In figura de mai sus este prezentat extractorul pentru rulmenti, in care:

Surubul 1 executa miscarile de rotatie si de translatie. Piulita 2 este fixata in corpul 3. Cele 3 brate sunt articulate in corpul extractorului.

2.2 Studiul cinetostatic.

Studiul cinetostatic se face in scopul determinarii fortelor care actioneaza in elementele mecanismului.

Mecanismul din structura extractorului constituie un sistem static determinat (gradul de mobilitate este 1 si are un singur element conducator - surubul).

Ecuatia de legatura dintre forta din surub, , sisarcina maxima, F este:

unde:

F=8000N - sarcina maxima.

Schema cinematica si functionala.

Legenda: 1 - Placa suport

2 - Placa extragere

3 - Surub

4 - Bolt

5 - Splint

6 - Bila

Conditii tehnice:

Dupa asamblare, surubul nr.3 trebuie sa se roteasca usor. Placile de extragere poz.3 trebuie sa culiseze usor pana la un unghi de 45° fata de axa surubului.

CAPITOLUL 3.

Proiectarea cuplei surub - piulita.

3.1 Precizarea solicitarilor si a formelor de deteriorare posibile.

Dimensiunile cuplei surub-piulita sunt determinate pentru urmatoarele:

• Rezistenta corpului surubului la solicitarile compuse si la flambaj(pentru suruburi supuse la compresiune)
• Rezistenta spirelor filetului surubului si al piulitei

• Transmiterea si transformarea miscarii si a fortei
• Asigurarea conditiei de autofranare

Se doreste totodata:

• Un cost redus(material si manopera)
• O buna durabilitate
• Un bun randament

3.2. Alegerea materialului pentru cuplajul surub - piulita.

Necesitatea asigurarii rezistentei la uzare si a unui coeficient de frecare redus presupunem utilizarea unui cuplu de materiale cu bune proprietati antifrictiune.

Deoarece solicitarile corpului surubului sunt relativ mari - materialul acestuia este de regula otelul. Proprietatile antifrictiune ale cuplului de materiale vor fi asigurate in principal, de catre materialul piulitei.

a) Pentru surub vom folosi ca material OLC 45 avand urmatoarele caracteristici mecanice:

Limita de curgere

Rezistenta la rupere la tractiune

b) Pentru piulita vom folosi ca material fonta cenusie cu grafit lamelar

Fc 200, care cu toate ca are o rezistenta mecanica relativ scazuta, are o buna comportare la uzare la presiuni cuprinse intre 3-5MPa iar prezenta grafitului sub forma lamelara confera bune proprietati antifrictiune. Caracteristicile materialului sunt:

Rezistenta la tractiune

Rezistenta la incovoiere

3.3. Predimensionarea filetului. Alegerea tipului

filetului si a dimensiunilor standardizate.

Necunoscutele care trebuie determinate in cazul dimensionarii unei cuple surub-piulita sunt:

tipul filetului;

marimea filetului;

numarul de spire aflate in contact;

Alegerea tipului de filet.

Se va alege filet trapezoidal, deoarece are o buna rezistenta si rigiditate; permite eliminarea jocului axial rezultat in urma uzarii; poate transmite sarcini mari, variabile, in ambele sensuri.

Predimensionarea filetului.

Dimensionarea filetului trebuie sa corespunda simultan urmatoarelor cerinte:

rezistenta corpului surubului la solicitarea compusa. Din diagramele de eforturi - pentru constructiile prezentate - rezulta ca surubul este solicitat la compresiune (sau tractiune) si rasucire;

rezistenta spirelor la strivire;

rezistenta spirelor la solicitarea compusa de incovoiere si forfecare;

daca surubul este solicitat la compresiune, sa nu flambeze;

sa asigure conditia de autofranare.

Dimensionarea filetului ar putea fi facuta pornind de la oricare din cerintele de mai sus - cu conditia ca apoi sa se verifice pe rand si celelalte.

In cazul de neverificare trebuie sa aiba loc o modificare a dimensiunilor initial determinate.

Predimensionarea filetului se face din conditia de rezistenta a corpului surubului la solicitarea compusa.

Predimensionarea la solicitarea compusa, in conditiile de mai sus, se face la compresiune (sau tractiune) pe baza unei forte de calcul

  - forta care actioneaza asupra surubului

- factor de majorare a fortei pentru a considera si solicitarea de rasucire.

unde:

- diametrul interior al filetului surubului;

- tensiunea admisibila la compresiune (tractiune),

MPa

- limita de curgere;

- coeficientul de siguranta fata de curgere.

Conform STAS 2114/3-75 adoptam valorile urmatoare:

- diametrul nominal interior al filetului exterior

- diametrul nominal al filetului

- pasul

- diametrul nominal mediu

- diametrul nominal exterior al filetului interior

- diametrul nominal interior al filetului interior

- pentru pasul

- cursa

3.4. Verificarea conditiei de autofranare.

Asigurarea autofranarii apare ca cerinta in majoritatea constructiilor cu surubri de miscare. La sistemele actionate manual este preferabil ca autofranarea sa se realizeze direct de catre filet.

Filetele asigura autofranare atunci cand unghiul de inclinare a filetului,
este mai mic decat unghiul de frecare redus, :

unde

=

iar

filetul asigura autofranarea.

in care:

- reprezinta unghiul profilului filetului. Pentru filetul trapezoidal

- coeficientul de frecare ce depinde de cuplul de materiale, de calitatea   

si starea de ungere a suprafetelor.  

Valorile coeficientului de frecare:

Cuplul de materiale  Coeficientul de frecare

Otel pe fonta    0,08 0,20

Pentru verificarea conditiei de autofranare se vor alege valori la limita inferioara.

Verificarea la flambaj a parghiilor.

Figura de mai jos prezinta ipotezele de rezemare si lungimile de flambaj corespunzatoare. Pentru sistemele cu un surubse poate lua acoperitor L=(1,35 ÷ 1,45 ) H, unde H este cursa de realizat.

H = 120 mm.

Se calculeaza coeficientul de zveltete si se determina tipul flambajului:

lungimea de flambaj

raza de inertie minima.

- Comparand cu valorile limita, flambajul este elastic.

- Se calculeaza coeficientul de siguranta la flambaj :

- forta critica de flambaj ce se calculeaza dupa cum urmeaza:

-pentru flambajul elastic:

-coeficientul de siguranta admisibil, la solicitarea de flambaj

3.6. Determinarea numarului de spire

in contact.

Numarul minim de spire necesar a fi in permanenta in contact , z, se va determina din conditia de rezistenta la uzare.

In actionarile cu viteze mici, principalul parametru care determina intensitatea uzurii si implicit durabilitatea, sunt tensiunile de contact (presiunea) intre spire.

In ipoteza repartizarii uniforme a sarcinii pe spire si neglijand unghiul de inclinare a spirei, numarul de spire necesare rezulta din relatia:

z = 8 spire

3.7. Verificarea spirei filetului.

Gandind pe modelul fizic al unei grinzi incastrate (fig. de mai jos), solicitarile spirei filetului sunt: incovoierea si forfecarea.

Deoarece cele doua eforturi apar in sectiunea de incastrare, se recomanda sa se verifice la solicitare compusa atat spirele piulitei, cat si ale surubului.

Verificarea spirei filetului surubului.

Solicitarea de incovoiere

Solicitarea la forfecare.

MPa

Verificarea spirei filetului piulutei.

3.8. Verificarea preliminara a portiunii

filetate a surubului.

Deoarece dimensiunea filetului determina implicit dimensiunile altor elemente ale sistemului, este util ca inca din aceasta faza, acolo unde este posibil, sa se efectueze si o verificare la solicitare compusa a portiunii filetate a surubului, care este de obicei sectiunea periculoasa, avand diametrul cel mai mic. De regula, solicitarea este de compresiune (tractiune) cu forta , si rasucire cu momentul de insurubare .

Se calculeaza:

3.9. Proiectarea celui de-al doilea reazem

al surubului principal.

Se alege un lagar ( rulment) axial cu bile care indeplineste conditiile:

este capacitatea statica de incarcare a rulmentului;

este alezajul rulmentului, iar d - diametrul exterior al filetului.

Utilizarea unui rulment conduce la cheltuieli suplimentare (materiale, manopera), dar prezinta avantajul unor momente de frecare (rezistente), cel putin de 10 ori mai mici decat in lagarul cu alunecare. Totodata durabilitatea unui asemenea lagar este mult mai mare. Rulmentul se va folosi ori de cate ori momentele de frecare mari conduc la sisteme de actionare ancombrante sau atunci cand actionarea este frecventa si se doresc momente de actionare mici pentru micsorarea efortului uman. Solicitarea care are in vedere la proiectarea unui lagar axialcu alunecare, in conditiile concrete de functionare din sistemele analizate (actionarea cu viteze mici, este presiunea de contact. Valorile presiunilor se aleg astfel incat sa se evite griparea si sa se asigure o durabilitate ridicata, 20 40 MPa si viteze mici de alunecare. Valorile mici asigura o durabilitate mai mare.

Prezentam mai jos principalele dimensiuni constructive pentru rulmentii axiali cu bila:

Conditii tehnice:

- Executie mijlocie conform STAS 2300-75;

- Muchiile neindicate sunt tesite la 0,5 X 45°.

Se estimeaza momentul de frecare din rulment:

MPa

Se verifica la solicitare compusa(tractiune si rasucire):

MPa

MPa

MPa

3.10. Definitivarea constructiva si verificarea

finala a surubului.

Definitivarea constructiva a unui element sau ansamblu de elemente se desfasoara , de regula, prin desen. In aceasta etapa pot, insa, avea loc si calcule de verificare sau dimensionare. Dimensiunile si elementele de forma, inca neprecizate, se stabilesc in raport cu cerintele si dorintele generale:

indeplinirea rolului functional

siguranta in functionare

tehnologicitate

respectarea standardelor

posibilitatea transportului

economicitatea

estetica etc.

In aceasta etapa trebuie precizate:

trecerea de la capul surubului la capul filetat

lungimea partii filetate

un sistem de limitare a cursei surubului

Se concepe o solutie pentru limitarea cursei surubului. In exemplul de mai jos se foloseste o saiba cu o gaura tesita, fixata printr-un surub cu cap inecat. Deci in acest capat al surubului exista o gaura de centrare.

Reprezentarea boltului cu gaura de splint

Conditii tehnice:

Executie mijlocie conform STAS 2300-75.

CAPITOLUL 4.

Proiectarea sistemului de actionare.

Pentru sistemele in discutie actionarea se face, de regula, prin elementul care executa miscarea de rotatie. Aceasta actionare poate fi privita ca o introducere de energie in sistem - energie necesara invingerii rezistentelor in cupla surub-piulita si in cel de-al doilea reazem. Corespunzator acestor rezistente, in diagramele de eforturi, s-a folosit pentru momentul rezistent total notatia- .

4.1. Alegerea sistemului de actionare.

Alegerea sistemului de actionare corespunde fazei de proiectare calitativa la nivelul acestui subansamblu.

In sinteza, exista urmatoarele posibilitati de actionare mecanica:

actionare prin surubul principal;

actionare prin surubul secundar;

actionare prin piulita.

Actionarea se poate face direct prin aceste elemente sau indirect prin intermediul unui angrenaj.

Actionarea sistemului prin intermediul parghiei simple este impusa din tema de proiect.

4.2. Proiectarea la scara a sistemului de actionare.

Figura de mai sus prezinta principalele elemente dimensionale implicate. Se determina raza la care trebuie aplicata forta muncitorului

mm

Forta dezvoltata de un muncitor variaza in functie de conditia fizica, pozitia fata de dispozitiv si altele. In general, in calcule, se recomanda pentru valori de (100150) N.

Se determina diametrul minim necesar pentru pirghie -. Considerand parghia ca fiind incastrata in capul surubului, ea va fi solicitata la incovoiere cu momentul incovoietor maxim:

Nmm

unde:

mm

Parghia se confectioneaza din OL 60:

Diametrul gaurii mm

Se verifica sectiunea slabita din capul surubului. Pentru verificarea la rasucire a acestei sectiuni de forma mai speciala se poate folosi relatia:

unde

mm

CAPITOLUL 5.

Proiectarea sistemului de preluare - transmitere

a fortei de catre piulita.

Piulita rotitoare transmite sarcina catre corp prin intermediul unui rument axial (fig de mai jos). Prin momentul de insurubare M, piulita tinde sa roteasca surubul, care executa miscarea de translatie.

5.1. Precizarea solicitarilor.

Dimensiunile si forma acestei piulite, relative complexe, vor trebui sa satisfaca urmatoarele cerinte:

posibilitatea realizarii cursei maxime H;

siguranta in functionare a rulmentului axial (cel de-al doilea reazem), prin care se transmite sarcina catre corp;

rezistenta la solicitari mecanice a corpului piulitei;

dimensiunile suprafetelor exterioare trebuie totodatasa fie correlate cu dimensiunile sistemului de actionare si ale corpului extractorului;

tehnologicitate;

economicitate

CAPITOLUL 6.

Proiectarea corpului extractorului pentru rulmenti

"Corpul" acestui extractor se compune din 3 brate (gheare) cu alezaje cilindrice care culiseaza pe o traversa in care se monteaza si corpul piulitei. La anumite constructii traversa este filetata si indeplineste si functia piulitei. Blocarea ghearelor se face prin frecare, cu ajutorul suruburilor cu cap striat. Traversa este solicitata la incovoiere.