Organe de masini - proiect

ORGANE DE MASINI

PROIECT

Cuprins :

A. CONSIDERATII GENERALE:

Caracterizarea transmisiei surub-piulita.

B. METODOLOGIA PROIECTARII SISTEMULUI

1. Analiza temei;

2. Proiectarea calitativa (conceptia);

3. Proiectarea la scara a ansamblului;

C. PROIECTAREA SISTEMULUI DE PRELUARE-TRANSMITERE

A FORTEI DE CATRE SURUBUL PRINCIPAL:

1. Proiectarea cricului, ca o cupla surub-piulita;

Precizarea solicitarilor si a formelor de deteriorare posibile;

2. Alegerea materialelor pentru cupla surub-piulita;

3. Predimensionarea filetului. Alegerea tipului filetului;

4. Verificarea conditiei de autofranare;

5. Verificarea la flambaj;

6. Determinarea numarului de spire;

7. Verificarea spirei filetului;

8. Verificarea preliminara a portiunii filetate a surubului;

9. Proiectarea celui de al doilea reazem al surubului principal

D. PROIECTAREA LA SCARA A SISTEMULUI DE ACTIONARE.

E. DEFINITIVAREA CONSTRUCTIVA SI VERIFICARILE FINALE ALE SURUBULUI.

F. PROIECTAREA SISTEMULUI DE PRELUARE TRANSMITERE A FORTEI, DE CATRE PIULITA.

1.     Precizarea solicitarilor;

2.     Dimensionarea piulitei;

G. PROIECTAREA SISTEMULUI DE BLOCARE A PIULITEI.

H. PROIECTAREA CORPULUI – SUPORT.

I. EVALUAREA RANDAMENTULUI TRANSMISIEI.

Tema proiectului:

Sa se proiecteze un cric auto pentru o sarcina maxima F=10000 N;distanta minima sol caroserie,sub sarcina H=300mm.

In faza de analiza a temei se pot gasi urmatoarele cerinte si dorinte:

Cerinte:

Sa se poata regla inaltimea pana la caroserie.

Sa deplaseze pe verticala 10000N,la H=300mml

Sa nu alunece,sub sarcina,de sub caroserie(sa nu se rastoarne).

Sa se poata actiona manual,cu o forta de actionare de cel mult 150N.

Sa nu se afunde in pamantul moale.

Dorinte:

Actionarea usoara (randament bun).

Actionarea rapida(timp de ridicare mic).

Gabarit si greutate mica.

Cost redus.

Durabilitate buna(cat autovehiculul).

Constructie simpla.

A. CONSIDERATII GENERALE

Cricul simplu, obiectul de studiu al prezentului proiect, face parte din categoria sistemelor de transmisie surub-piulita, acestea fiind alcatuite dintr-un surub si o piulita aflate in miscare relativa in timpul functionarii, realizand transmiterea si transformarea miscarii, respectiv a fortei. Cu aceste functii, transmisia surub-piulita se utilizeaza frecvent in constructia unor masini simple (dintre care se pot evidentia cricurile si presele manuale), in constructia masinilor unelte, a unor dispozitive de lucru sau a unor aparate de masura.

In cazul cricului simplu, piulita este fixa, iar surubul executa miscari de translatie si rotatie.

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

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

Exemple de utilizare a transmisiei surub-piulita in constructia de masini:

Cric simplu;

Cric pentru platforme auto;

Cric cu piulita rotitoare;

Cric pentru sarcini laterale;

Cric simplu cu glisiere;

Cricuri telescopice;

Cric dublu;

Cric auto cu parghii;

Presa;

Presa cu parghii;

Presa cu piulita rotitoare;

B. METODOLOGIA PROIECTARII SISTEMULUI

Procesul de proiectare al unui produs reprezinta  o activitate complexa iterativa, ale carei principale etape precum si interconectarea dintre ele, sunt prezentate in schema bloc :

Nu

Da

Nu

Da

Nu

Da

1.     Analiza temei

Constituie prima etapa de rezolvare a proiectului in studiu. In aceasta faza, se precizeaza o lista de cerinte care trebuie indeplinite de obiectul proiectarii.

Intre cerintele din lista, sunt unele care constituie conditii restrictive – fara de care sistemul nu poate functiona, nu-si indeplineste functia. Aceste conditii restrictive vor fi denumite in continuare – cerinte. Celelalte conditii, a caror realizare este doar dorita, vor fi denumite – dorinte.

Cerinte:

Sa se poata regla inaltimea de ridicare a sarcinii;

Sa se poata actiona manual, cu o forta de cel mult 150 N;

Sa nu alunece sub sarcina de ridicat (sa nu se rastoarne);

Dorinte:

Actionare usoara (randament bun);

Actionare rapida (timp de ridicare relativ mic);

Gabarit si greutate mica;

Cost redus;

Durabilitate buna;

Constructie simpla.

Se vor realiza desenele de executie pentru elementele componente si desenul de ansamblu, la scara dorita.

Schema cinematica a unui cric simplu

F 4

a       5

1

2

3

Surubul principal (1), executa atat miscare de rotatie, cat si cea de translatie. Piulita (2) este fixata in corpul (3). Pentru evitarea miscarilor relative intre sarcina de ridicat si cupa (4), aceasta trebuie sa se roteasca liber pe capul surubului (1), deci intre cupa si surub exista un lagar axial, care poate fi de alunecare sau de rostogolire (rulment axial). Utilizarea rulmentului este avantajoasa in special pentru ridicarea sarcinilor mari, cand se obtin reduceri insemnate ale momentului de frecare rezistent dintre cupa si surub.

2.     Proiectarea calitativa (conceptia)

Faza de conceptie a unui cric simplu, corespunzator temei alese:

In faza proiectarii calitative se cauta solutii concept pentru cricul proiectat. Punctul de plecare in aceasta etapa, il constituie lista de cerinte anterior stabilita. Prin analiza si abstractizare, aceste cerinte se transpun in functii de indeplinit, de catre cric. 

Functia generala: Deplasarea unei sarcini mari pe verticala, prin actionare manuala (cu o forta relativ mica).

Functii partiale:

Preluarea sarcinii (rezemarea) si transmiterea ei catre sol;

Deplasarea sarcinii pe verticala;

Transmiterea energiei omului (forta si miscare) catre elementul pe care reazema sarcina (suprafata betonata).

3.     Proiectarea la scara a ansamblului.

Se prezinta un algoritm de proiectare care are in vedere o abordare preponderent functionala a ansamblului, aspecte de ordin structural si constructiv, fiind subordonate cerintei indeplinirii rolului functional.

C. PROIECTAREA SISTEMULUI DE PRELUARE A FORTEI,

DE CATRE SURUBUL PRINCIPAL

Functii de indeplinit: Transformarea si transmiterea miscarii, respectiv a fortei (transmiterea unui flux energetic).

1.     Precizarea solicitarilor si a formelor de deteriorare posibile

Dimensiunile cuplei surub-piulita, deci ale celor doua filete in contact, sunt determinate pentru urmatoarele : 

(a) – rezistenta corpului (tijei) surubului - la solicitari compuse si la flambaj;

Pentru a pune in evidenta tipul solicitarilor compuse, se produc, se construiesc diagramele de eforturi.

F_i = forta axiala.

M_ij = moment.

(b) – rezistenta spirelor filetului surubului si a piulitei

Ruperea spirelor poate avea loc ca urmare a solicitarilor de incovoiere si forfecare, la piciorul filetului.

Cupla surub-piulita trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

Transmiterea si transformarea miscarii si a fortei;

Rezistenta corpului (tijei) surubului;

Rezistenta spirelor filetelor surubului si pilitei;

Asigurarea conditiei de autofranare.

2.     Alegerea materialelor pentru cupla surub-piulita.

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

Personal, am ales pentru surub, materialul OLC 45N, iar pentru piulita F_mn 350

Caracteristicile materialelor alese

Pentru otel OLC 50N:

1.     σ_c=R_p02=360N/mm²;

2.     R_m=min 610N/mm²;

Pentru fonta=F_mn 350:

3.     σ_c=R_p02=170N/mm²;

4.     R_m=min 350 N/mm²;

5.     A₅=10%

6.     HB_max=150.

3.     Predimensionarea filetului. Alegerea tipului filetului si a dimensiunilor standardizate.

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

Tipul filetului;

Marimea filetului (diametru, etc.);

Numarul de spire in contact.

Alegerea tipului filetului – am ales filet trapezoidal care are o buna rezistenta si rigiditate; randamentul cu circa 4-5% mai mic decat al filetului patrat; permite eliminarea jocului axial rezultat in urma uzarii – prin utilizarea unei piulite sectionate; poate transmite sarcini mari, variabile, in ambele sensuri.

Predimensionarea filetului

Dimensiunile filetului trebuie sa corespunda simultan, urmatoarelor cerinte :

Rezistenta corpului surubului la solicitare compusa (compresiune si rasucire);

Rezistenta spirelor la strivire (uzare);

Rezistenta spirelor la solicitarea compusa, de incovoiere si forfecare;

Daca surubul este solicitat la compresiune, sa nu flambeze;

Sa asigure conditia de autofranare (daca este cazul).

In principiu, dimensionarea filetului ar putea fi facuta, pornind de la oricare din cerintele de mai sus, conditionand ca apoi sa se verifice pe rand si celelalte.

Predimensionarea la solicitarea compusa se face la compresiune pe baza unei forte de calcul:

F_c=γ F₁=1,3 24000N=31200N, unde :

F₁=F=15000+10 n=15000+1000 9=24000N, iar:

F₁=forta care actioneaza asupra surubului principal (F₁=F);

γ>1 = factor de majorare al fortei F₁, pentru a considera si solicitarea de rasucire;

A_nec=F_c/σ_a=γ F₁/σ_a=π (d₃)²/4 a d₃ =

σ_a=(0,25χ0,4) σ_c; pentru d < 30mm.

σ_a=(0,4χ0,6) σ_c; pentru d > 30mm.

γ=1,3; σ_a=0,4 σ_c=0,4 R_p02=0,4 360N/mm²=144N/mm².

d₃= = 16,61mm

d₃ = diametrul interior al filetului surubului;

σ_a = tensiunea admisibila la compresiune;

Din standarde, se alege un filet superior celui calculat (d₃=17,5mm) si corespunzator acestei valori  a din tabelul A3.1 (Anexa3):

d=20 mm = diametrul nominal al filetului;

p=2 mm = pasul filetului;

d₂=D₂ = 19 mm = diametrul nominal mediu;

D₄=20,5 mm = diametrul nominal exterior al filetului interior;

D₁=18 mm = diametrul nominal interior al filetului interior;

Siguranta normala C_c=σ_c/σ_a=360/144=2,5, deci C_c se incadreaza intre limitele recomandate (C_c=1,5χ3).

4.     Verificarea conditiei de autofranare.

Asigurarea autofranarii apare ca cerinta in majoritatea constructiilor cu suruburi de miscare. La sistemele actionate manual, este preferabil ca autofranarea sa se realizeze direct de catre filet. Filetele asigura autofranarea atunci cand unghiul de inclinare al filetului (ψ), este mai mic decat unghiul de frecare redus (φ’):

tg ψ=p/π d₂ =2mm/π 19mm=0,033, iar

tg φ’=μ’=μ/cos(α/2)=0,08/cos15˚=0,083

Coeficientul de frecare μ, depinde de cuplul de materiale, de calitatea si starea de ungere a suprafetelor  μ=0.080.2 pentru otel/fonta.

am ales μ=0,08

α reprezinta unghiul profilului filetului = 30˚.

Conditia tg ψ≤ tg φ’ a0,033<0,083, respectiv ψ≤φ’ a relatia fiind adevarata, conditia de autofranare se verifica.

5.     Verificarea la flambaj.

Suruburile lungi, solicitate la compresiune, sunt in pericol de a flamba. Se stabileste felul rezemarii si lungimile de flambaj corespunzatoare L=(1,35χ1,45) H, unde H=cursa de realizat;

L=1,4 H=1,4 910=1274 mm    l_f =0,5 L=637mm

se calculeaza coeficientul de zveltete:  λ=l_f /i_min., unde l_f=lungimea de flambaj si i_min.=raza de inertie minima.                                       F

I_min=π(d₃)⁴/64=π (17,5mm)⁴/64=4603,86mm⁴;

A=π(d₃)²/4=π (17,5mm)²/4=240,5mm².

i_min. = = = 4,38mm^L=1274

λ=l_f /i_min=224mm/4,38mm=51,2                        l_f=0,5L

Se compara λ cu valorile limita ale lui λ₀;

λ₀ pentru OLC 45=85, a λ=51,2 < λ₀=85, ceea ce inseamna ca avem flambaj in domeniul plastic.

Se calculeaza coeficientul de siguranta la flambaj (C_f =F_f /F≥C_fa);

C_fa=coeficientul de siguranta admisibil la solicitarea de flambaj =3χ5.

Pentru flambajul plastic avem:

F_f=σ_f A, unde F_f=forta critica de flambaj, iar σ_f = a-b λ.

Pentru OLC 45 a σ_f =449-1,67 λ=449-1,67 51,2=363,5.

F_f=σ_f A=363,5 240,5=87421,75N

C_f=F_f /F=87421,75/24000=3,64. Conditia initiala C_f=F_f /F≥C_fa este respectata C_f =3,64 ≥ C_fa=3 χ 5 a surubul nu flambeaza.

6.     Determinarea numarului de spire in contact.

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

z=4 F₁/[π(d² - D₁²) σ_as] =4 24000/[π (400-324) 15] =26,81. Se aproximeaza z=27 spire. Cum numarul de spire z trebuie sa se incadreze intre 5χ10, se mareste diametrul surubului si se reface calculul.

Se alege

d=22 mm = diametrul nominal al filetului si corespunzator acestuia;

d = 22 mm

p =5 mm = pasul filetului;

a_c = 0,25;

H = 1,866 p = 9,33mm;

H₁=0,5 p = 0,5 5 = 2,5mm;

H₄ = h₃ = H₁ + a_c = 2,5mm + 0,25 = 2,75mm;

d₂ = D₂ = d – (0,5 p) = 22mm – 2,5mm = 19,5 mm = diametrul nominal mediu;

D₄ = d + (2 a_c) = 22mm + (2 0,25mm) = 22,5 mm = diametrul nominal exterior al filetului interior;

d₃ = d – (2 h₃) = 22mm – (2 2,75mm) = 16,5 mm = diametrul nominal interior al filetului exterior;

D₁ = d – (2 H₁) = d – p = 22mm – 5mm = 17 mm = diametrul nominal interior al filetului interior;

R₁ max = 0,5 a_c = 0,5 0,25 = 0,125;

R₂ max = a_c = 0,25.

4’ Verificarea conditiei de autofranare.

tg ψ = p/π d₂ = 5mm/π 19,5mm =0,0816, iar

tg φ’ = μ’ = μ / cos (α/2)=0,08/cos15˚=0,0828

α reprezinta unghiul profilului filetului = 30˚.

Conditia tg ψ≤ tg φ’ a0,0816<0,0828, respectiv ψ ≤ φ’ a relatia fiind adevarata, conditia de autofranare se verifica.

5’ Verificarea la flambaj.

L = 1,4 H = 1,4 320 = 448 mm    l_f = 0,5 L = 224 mm

se calculeaza coeficientul de zveltete:  λ= l_f / i_min., unde l_f = lungimea de flambaj si i_min. = raza de inertie minima.

I_min = π(d₃)⁴ / 64 = π (16,5mm)⁴/64 = 3638,36 mm⁴;

A = π(d₃)²/ 4 = π (16,5mm)²/4 = 213,82mm².

i_min. = = = 4,13mm

λ= l_f / i_min = 224mm/4,13mm = 54,24.

Se compara λ cu valorile limita ale lui λ₀;

λ₀ pentru OLC 45 = 85, a λ =54,24< λ₀=85, ceea ce inseamna ca avem flambaj in domeniul plastic.

Se calculeaza coeficientul de siguranta la flambaj (C_f = F_f / F ≥ C_fa);

C_fa=coeficientul de siguranta admisibil la solicitarea de flambaj = 3χ5.

Pentru flambajul plastic avem:

F_f = σ_f A, unde F_f = forta critica de flambaj, iar σ_f = a-b λ.

Pentru OLC 45 a σ_f =449-1,67 λ = 449-1,67 54,24 = 358,42.

F_f = σ_f A = 358,42 213,82=76637,2N

C_f =F_f / F = 76637,2/24000 = 3,19. Conditia initiala C_f =F_f/F≥C_fa este respectata  C_f = 3,19 ≥ C_fa = 3 a surubul nu flambeaza.

6’ Determinarea numarului de spire in contact

z = 4 F₁/[π(d² - D₁²) σ_as] = 4 24000/[π(484-289) 15] = 10,35. Se aproximeaza z=10 spire a conditia ca z = 5χ10 spire, este indeplinita.

7.     Verificarea spirei filetului

Solicitarile la care sunt supuse spirele filetului sunt: incovoierea si forfecarea.

F₁/z

^l_i

^h

^b

Solicitarea la incovoiere :

σ_i = M_i / W = F₁ l_i /z W

l_i=(H₁/2)+a_c = (0,5 p/2)+a_c = (0,5 5/2)+0,25 = 1,5mm

W = π D₄ [(p/2)+2 l_i tg15°)]² / 6 = π d₃ [(p/2)+2 l_i tg15°)]² / 6 = 

= π 16,5 [(5/2)+2 1,5 0,2679)]² / 6 = 94,3mm³.

a W = 94,3mm³

A=π D₄ [(p/2)+2l_i tg15°)]=π d₃ [(p/2)+2 l_i tg15°)]= π 16,5 [(5/2)+2 1,5 0,2679)]=

a A = 171,26mm².

σ_i = M_i / W = F₁ l_i /z W = 24000 1,5 /8 94,3 = 47,720N/mm²

Solicitarea de forfecare :

τ_f =(F₁ A) / (K_m Z), unde :

K_m = coeficient de corectie = 0,55χ0,75 si tine seama de repartitia neuniforma a tensiunilor. Se alege K_m = 0,7.

τ_f =(24000 171,26) / (0,7 8) = 25,02 N/mm²

Tensiunea echivalenta se calculeaza in baza teoriei a –III – a de rezistenta:

σ_ech = ≤ σ_a, unde σ_a = σ_c,r / c_c,r;

c_c =1,5χ3(4)

c_r = (2) 2,5χ5.

a σ_a = σ_c,r / c_c,r =360/2 = 180N/mm².

σ_ech ===== 50,13N/mm²

σ_ech =  50,13N/mm² < σ_a = 180N/mm²

8.     Verificarea preliminara a portiunii filetate a surubului

Deoarece dimensiunea filetului determina implicit dimensiunile altor elemente ale sistemului, este util sa se efectueze o verificare la solicitare compusa a portiunii filetate a surubului, care este de obicei sectiunea periculoasa, avand diametrul cel mai mic.

Solicitare la compresiune cu forta F₁ si rasucire cu momentul de insurubare M₁₂.

M₁₂ = F₁ d₂ tg(ψ+φ’)/2 = 24000 19,5 0,116/2 = 27144N mm

(unde arctg ψ=1,89 si arctg φ’ =4,74)

σ = 4 F₁/ π (d₃)² = 4*24000 π (16,5)² = 112,29 N/mm²

τ = 16 M₁₂ / π (d₃)³ = 16 27144 π (16,5)³=30,79 N/mm²

σ_ech = = = 128,06N/mm²

σ_a = σ_c (R_p02)/c_c= 360/2=180N/mm²

σ_ech = 128,06N/mm² < σ_a =180N/mm²

9.     Proiectarea celui de al doilea reazem al surubului principal

La cricul simplu, cel de-al doilea reazem poate fi un lagar axial. In cazul utilizarii unui astfel de lagar axial, variantele posibile sunt:

Lagar axial cu alunecarea pe suprafata (plana, conica, sferica);

Lagar axial cu rostogolire (rulment axial).

Am adoptat solutia utilizarii lagarului axial cu alunecarea pe suprafata plana.

Solicitarea care se are in vedere la proiectarea unui lagar axial cu alunecare, este presiunea de contact.

Valorile presiunilor admisibile  σ_as = 20χ40Mpa = 20χ40N/mm².

Am ales σ_as = 40Mpa = 40N/mm².

d=22mm.

Se alege d_c=10mm, apoi se estimeaza tesiturile, rezultand d_c’

d_c’=10mm+(2 1mm)=12mm.

Se determina D_cmin necesar, din solicitarea de contact.

A_nec= π [(D_c’)²-(d_c’)²]/4= F₁/ σ_as a π [(D_c’)²-(144)]/4 = 24000N / 40N/mm²  a

a (D_c’)²-144mm²=600 4/π a D_c’= = 30,13mm

Dupa considerarea tesiturilor = 2mm a (D_c’)rotunjit = 31mm, iar

D_c= (D_c’)+2 2mm = 35mm

Se definitiveaza forma si dimensiunile cupei si ale sistemului de prindere (care nu trebuie sa impiedice rotirea libera a cupei).

Se estimeaza momentul de frecare din lagarul axial (in diagramele de eforturi,

M_f  ≡ M₄₁.

M_f = μ F1 [(D_c’)³-(d_c’) ³] / 3 [(D_c’)²-(d_c’)²]

= 0,11 24000 [(35)³-(12) ³] / 3 [(35)²-(12)²] a M_f = 33496,1N mm

unde D_c’ si d_c’ reprezinta dimensiunile efective ale suprafetei de contact, care tin seama de tesituri si raze de racordare.

Pentru frecare otel pe otel, μ 0,11χ0,25). Am ales μ = 0,11.

Verificarea presiunii pe suprafata de contact

σ _s = F₁ / A = 4F₁/π [(D_c’)²-(d_c’)²] = 4 24000/π [(35)²-(12)²] = 28,28 N/mm²

σ _s=28,28 N/mm² < σ_as =40N/mm²

D. PROIECTAREA LA SCARA A SISTEMULUI DE ACTIONARE

Se realizeaza actionarea prin surub, cu ajutorul unei parghii simple.

R_a= raza la care trebuie aplicata forta utilizatorului.

R_a = M_tot/W_t, unde M_tot=momentul total care trebuie aplicat

M_tot=M₁₂+M₄₁

Se alege F_m=150N

Se determina diametrul minim necesar pentru parghie d_p.

M_i=F_m L_c

unde, L_c=R_a-(D_c/2)

M_tot=M₁₂+M₄₁=27144+33496,1=60640,1N mm.

Ra=39261,1N mm / 150N = 261,7mm.

L_c=R_a-(D_c/2)=261,7-(31/2)=246,2mm

L_s = latimea palmei utilizatorului = 100mm.

L_p = D_c + R_a+ L_s= 31 + 261,7+ 100 = 392,7mm

Se rotunjeste L_p = 395 mm.

M_i=F_m*L_c =150 246,2=36930N mm

W_nec = π (d_p)³/32 = M_i/σ_ai a π (d_p)³ σ_ai = M_i 32 a (d_p)³= M_i 32/ π σ_ai a

a d_p = = = =14,25 mm

Se rotunjeste d_p =15 mm

d_p’ =d_p+1 mm = 16mm

Se verifica sectiunea slabita din capul surubului, la rasucire :

τ_t =M_tot/W_t, unde :

W_t=[2 (D_c)³/22,9] [(2 h_c/D_c)^2,82]= [2 (31)³/22,9] [(2 7,5/31)^2,82] a W_t=335,9mm³

h_c =(D_c-d_p’)/2 = (31-16)/2 = 7,5mm

τ_t =M_tot/W_t = 39261,1 / 335,9 = 116,88 N/mm²

τ_t = 116,88 N/mm² > τ_{at OLC 45N} =100N/mm²

Se mareste D_c=32mm si se reface calculul de verificare a sectiunii slabite.

M_i=F_m* L_c

L_c=R_a-(D_c/2)

Ra=39261,1N mm / 150N = 261,7mm.

L_c=R_a-(D_c/2)=261,7-(32/2)=245,7mm

L_p = D_c + R_a+ L_s= 32 + 261,7+ 100 = 393,7mm

Se rotunjeste L_p = 395 mm.

M_i=F_m*L_c =150 245,7 = 36855N mm

W_nec = π (d_p)³/32 = M_i/σ_ai a π (d_p)³ σ_ai = M_i 32 a (d_p)³= M_i 32/π σ_ai a

a d_p = = = a d_p=14,24 mm

Se rotunjeste d_p =15 mm

d_p’ =d_p+1 mm = 16mm

Se verifica sectiunea slabita din capul surubului, la rasucire :

τ_t =M_tot/W_t, unde :

h_c =(D_c-d_p’)/2 = (32-16)/2 = 8 mm

W_t=[2 (D_c)³/22,9] [(2 h_c/D_c)^2,82]= [2 (32)³/22,9] [(2 8/32)^2,82] a W_t=405,27mm³

τ_t =M_tot/W_t = 39261,1 / 405,27 = 96,88 N/mm²

τ_t = 96,88 N/mm² < τ_{at OLC 45N} =100N/mm²

D_c/h_c = 32mm/8mm = 4 a se verifica conditia 2 < D_c/h_c=4 < 8

Hc=(1,5χ2)dp = 2 15mm =30mm  a Hc=30mm

Se reprezinta grafic, la scara, mecanismul de actionare

E. DEFINITIVAREA CONSTRUCTIVA SI VERIFICARILE FINALE

ALE SURUBULUI

Se cunosc :

marimea filetului (p=3mm);

numarul de spire in contact (z=10);

toate elementele privind forma si dimensiunile capului surubului (deja reprezentate la scara pe formatul desenului de ansamblu)

inaltimea piulitei (H_p=z p+f₂), unde f₂ este inaltimea degajarii filetului surubului sau H_p=z p+Δ, unde Δ≈p, fiind inaltimea tesiturilor filetului interior.

f₂=4,5 p=4,5 3=13,5mm (din : Anexa 3 – A29)

H_p=30+13,5=43,5mm

H_p=43,5mm>10 p=30mm a se elimina termenul f₂ si se stabileste

H_p=z p=10 3=30mm si se pastreaza doar 10 spire: H_p + f₂  = 10 3 = 30mm.

Se precizeaza :

trecerea de la capul surubului la corpul filetat = H_p+f₂ =10 3=30mm

lungimea partii filetate f₂=43,5mm-30mm =3,5mm

Se verifica sectiunea slabita din dreptul degajarii, la solicitarile compuse:

compresiune

σ = F₁/A, A = π (d₀)²/4,   unde d₀ = d+1,5mm=22+1,5=23,5mm (din anexa3)

a A = π*(d₀)²/4 = π (23,5)²/4 = 433,74mm²

a σ = F₁/A = 24000/433,74mm²=55,34N/mm²

W_p = π (d₀)³/16 = π (23,5)³/16 = 2548,2 mm³

τ = M₁₂/W_p = 27144/2548,2=10,65N/mm²

σ_ech = = = 56,87N/mm²

σ_a = σ_c/c_c =R_p02/2,5= 360/2,5 = 144N/mm²

σ_ech = 56,87N/mm² < σ_a = 144N/mm²

Se calculeaza lungimea Lf =H+(Z p) = 320+(8 5)=360mm a Lf = 360mm

Tesitura din capul surubului se realizeaza la 45°.

Siguranta de la capatul inferior al surubului se alege constructiv, conform anexei 4 si se reprezinta in desen.

F. PROIECTAREA SISTEMULUI DE PRELUARE – TRANSMITERE

A FORTEI, DE CATRE PIULITA

In marea majoritate a sistemelor care fac obiectul studiului, piulita este plasata in fluxul de forta, intre surub si corpul ansamblului.

Astfel, piulita preia sarcina de la surub, prin intermediul spirelor filetate si o transmite corpului ansamblului. Piulita are un guler care va fi astfel plasat, incat sa realizeze transmiterea prin forma, a fortei, la elementul pe care se face rezemarea, asigurand astfel si o mai buna repartitie a sarcinii pe spire, fata de varianta fara guler.

In aceasta faza a proiectarii, se cunosc :

d=22mm;

H_p=30mm;

Se vor determina : D_e, D_g si h_g

Precizarea solicitarilor

Corpul piulitei este solicitat la tractiune (F₂=F₁=F) si rasucire (M₁₂=M₂₁), conform diagramelor de eforturi. Din aceasta solicitare se va determina diametrul exterior al corpului, D_e.

Inelara de contact pe care se face rezemarea, este solicitata la strivire. Din aceasta solicitare, se poate determina diametrul gulerului D_g si (D_g’).

Gulerul piulitei este solicitat la incovoiere (si forfecare). Pe baza acestei solicitari, se poate determina inaltimea gulerului h_g.

Dimensionarea piulitei:

F_c=γ F, γ ≈ 1,3 a F_c= 1,3 24000 = 31200N.

A_min=π [(D_e)² - (D₄)²] = F_c/σ_at ;  σ_at pentru fonta = σ_r/c_r =350/6 =58,33N/mm²

a π [(D_e)² - (D₄)²] σ_at = F_c 4 a

a (D_e)² = [(F_c 4)/π σ_at]+(D₄)² a D_e=

a D_e = 32,2mm.

Se rotunjeste D_e = 32mm.

Se calculeaza D_g, pe baza solicitarii de contact, dintre piulita si corp.

A_min=π [(D_e)² - (D₄)²] = F_c/σ_at

D_e’= D_e+2 3mm=32+6=38mm a π σ_as [(D_g’)² - (D_e’)²] =F 4 a

(D_g’)² = (F 4/ π σ_as)+ (D_e)² a D_g’ =

Se alege σ_as =100MPa =100N/mm²

D_g’ = = 41,82mm

Se rotunjeste D_g’ = 42mm

D_g = D_g’+(2 3mm) = 42+6=48mm D_g = 48mm

Se calculeaza h_g din solicitarea de incovoiere a gulerului piulitei

W_min = π D_e (h_g²)/6 = F (D_g-D_e)/4 σ_ai

σ_ai pentru fonta = σ_r/c_r=350/5 =70N/mm²

a 4 π D_e (h_g²) σ_ai=6 F (D_g-D_e) a h_g =

a h_g = 9,04 mm

Se rotunjeste h_g = 9 mm

Se verifica relatiile D_g =(1,3χ1,5) D_e

D_g/D_e =48/32 = 1,5

h_g=(0,2χ0,25) H_p a h_g/H_p=9/40=0,22

Se verifica ambele relatii.

G. PROIECTAREA SISTEMULUI DE BLOCARE A PIULITEI

Momentul de insurubare M₁₂ tinde sa roteasca piulita. Tendintei de rotire a piulitei, i se opune frecarea dintre piulita si corp.

M_f=μ F R_o = 0,1 17400 R_o, pentru μ=0,08χ1.

R_o =[(D_g’)³-(D_e’)³] / 3 [(D_g’)²-(D_e’)²] = [(47)³-(38)³] / 3 [(47)²-(38)²] =

= 48951/(3*756)  a R_o =21,3mm

M_f=μ F R_o = 0,1 24000 21,3=51120N mm.

M₁₂=19679,4N mm

M₁₂=19679,4N mm < M_f=37062N mm a se produce blocarea piulitei prin frecare.

H. PROIECTAREA CORPULUI

Corpul cricului se afla in fluxul de forta, intre piulita fixa si suprafata de asezare a cricului.

Forma si dimensiunile corpului trebuie sa raspunda cerintelor formulate in tema proiectului, deci inaltimea corpului este determinata de inaltimea minima sub sarcina si de cursa.

Se precizeaza:

Corpul este turnat, din fonta;

Forma corpului  este conica;

Stabilirea diametrului inferior al bazei de asezare

D_in=D_e+10mm=32+10 42mm a D_e = 42mm;

H=910mm

z p=30mm

H+(z p)=940mm

h_g=8mm

D_e=32mm

D_in=42mm

Din conditia de conicitate, c=1/20=(D-d)/H a 1/20=(D_bi-D_in)/940 a

1/20=(D_bi-42)/940 a D_bi =(940/20)+42mm =89mm a D_bi =89mm

F/σ_as= π [(D_be)²- (D_bi)²]/4 a 17400/3 = π [(D_be)²- (3364)]/4 a

a D_be = a D_be = 103,7mm

Se rotunjeste D_be= 104mm

Grosimea peretelui s = 5mm se obtine din Tabelul A2.18, considerand diametrul exterior al corpului = D_g = 47mm.

Rezulta inaltimea talpii h = 1,8 s=1,8 5= 9mm.

Se reprezinta corpul-suport al cricului simplu, la scara 1:2

I. EVALUAREA RANDAMENTULUI TRANSMISIEI

In proiectarea cricului simplu, ca in cazul oricarui dispozitiv de lucru similar, randamentul constituie un principal criteriu de evaluare tehnico-economica, astfel:

η = L_u / L_c, unde :

L_u = lucrul mecanic util, corespunzator unei rotatii complete a elementului de antrenare;

L_c = lucrul mecanic consumat, corespunzator unei rotatii complete a elementului de antrenare;

L_u = F δ, δ=p, a L_u =24000N 5mm = 120000 Nmm

L_c = M_tot*2π a L_c = 39261,1 Nmm 2 π = 246559,7 Nmm

Randamentul η = L_u / L_c = 120000/246559,7 = 0,48 a η = 48%