46959808 Cric Cu Piulita Rotitoare

UNIVERSITATEA TEHNICǍ DIN CLUJ-NAPOCAFACULTATEA DE CONSTRUCŢII DE MAŞINI

Cric cu piuliţă rotitoare

Student:

Cluj-Napoca 2006-2007

ORGANE DE MAŞINI CRIC CU PIULIŢǍ ROTITOARE PROIECT

1. Cuprins

2. Tema de proiect Pag. 3 3. Memoriu tehnic Pag. 4

3.1 Introducere şi consideraţii generale Pag. 43.2 Cele trei soluţii constructive pentru cricul cu piuliţă rotitoare Pag. 53.3 Justificarea şi descrierea soluţiei alese Pag. 63.4 Caracteristici funcţionale impuse Pag. 73.5 Materiale folosite Pag. 73.6 Funcţionare Pag. 73.7 Indici de exploatare, reglaj şi întreţinere Pag. 73.8 Toleranţe, rugozităţi şi condiţii tehnice impuse Pag. 83.9 Norme de protecţia muncii Pag. 8

3.10 Rodajul Pag. 94. Memoriu justificativ de calcul Pag. 9

4.1 Consideraţii generale Pag. 94.2 Alegerea filetului Pag.104.3 Materialele alese pentru realizarea şurubului de forţă şi a piuliţei Pag.124.4 Calculul şi determinarea dimensiunilor pentru şurubul de forţă Pag.14

4.4.1 Determinarea numărului de începuturi pentru filetul şurubului de forţă Pag.154.4.2 Verificarea autofrânării Pag.154.4.3 Calculul numărului de spire în contact Pag.154.4.4 Verificarea şurubului de forţă Pag.164.4.5 Verificarea spirelor şurubului Pag.174.4.6 Verificarea şurubului la flambaj Pag.18

4.5 Dimensionarea piuliţei Pag.184.5.1 Verificarea corpului piuliţei Pag.19

4.6 Calculul cupei Pag.20 4.6.1 Verificarea cupei Pag.20 4.6.2 Alegerea şi verificarea dimensiunilor ştiftului care solidarizează cupa de şurubul principal

Pag.20

4.6.3 Verificarea capului şurubului la solicitări compuse Pag.21

4.7 Calculul mecanismului de acţionare Pag.224.7.1 Calculul manivelei Pag.224.7.2 Determinarea diametrului manivelei şi a prelungitorului Pag.234.7.3 Calculul roţii de clichet Pag.234.7.4 Verificarea roţii de clichet Pag.244.7.5 Calculul clichetului Pag.25

4.7.6 Verificarea clichetului Pag.25

4.7.7 Calculul bolţului Pag.25

4.8 Corpul cricului Pag.264.8.1 Verificarea corpului cricului Pag.27

5 Bibliografie Pag.29

Pag. 2


2. Tema de proiect

Proiect de semestru

Să se proiecteze mecanismul cric cu piulţă rotitoare destinat pentru ridicarea unor piese cunoscând:

- forţa maximă F = 19000 N;- cursa maximă h = 190 mm.

Se cere:

1. Memoriu tehnic;2. Memoriu justificativ de calcul;3. Desene de execuţie la şurub şi piuliţă;4. Desen de ansamblu.

Etape de lucru:

1. Tema, etape, bibliografie;2. Documentare. Prezentarea a trei soluţii constructive;3. Realizarea schemei funcţionale şi trasarea diagramei de forţe şi momente. Alegerea

materialelor şi a tipului de filet.4. Dimensionarea şurubului de forţă şi a piuliţei. Verificarea şurubului de forţă şi a piuliţei.

Desen preliminar.5. Calculul şi proiectarea celorlalte piese. Desen de ansamblu complet.6. Desen de execuţie pentru şurub şi piuliţă. Finalizare scris.7. Predarea şi susţinerea proiectului.

Pag. 3


3. Memoriu Tehnic

3.1 Introducere şi consideraţii generale

Proiectarea este o activitate tehnico-ştiinţifică ce se desfăşoară pentru întocmirea

documentaţiei tehnice scrise şi desenate sau strict necesare executării unui ansamblu.

Fazele acţiunii de proiectare sunt:

- concepţia este faza în care se realizează documentaţia şi în care se găsesc o serie de

soluţii constructive care răspund integral sau parţial temei de proiect propuse ;

- execuţia este faza în care se urmăreşte dezvoltarea schiţei de principiu până la

definitivarea formei constructive a ansamblului.

Tema de proiect constituie obiectul activităţii de proiectare şi are la bază:

- idee nouă;

- idee cunoscută dar nerealizată practice;

- construcţie existentă ce trebuie modificată, aceasta ne

mai fiind corespunzătoare din punct de vedere tehnic,

economic, etc.

Documentaţia necesară activităţii de proiectare, conform STAS 6269, se clasifică în :

- documentaţie de studiu ;

- documentaţie de bază ;

- documentaţie tehnologică şi de fabricaţie ;

- documentaţie de exploatare ;

- documentaţie auxiliară.

Acţiunea de proiectare desfăşurată la disciplina ORGANE DE MAŞINI completează

cunoştiinţele dobândite în cadrul cursului, ajutându-l pe student să-şi însuşească temeinic

problemele de metodică de calcul şi normele de proiectare a organelor de maşini impuse prin

tema de proiect.

Proiectul de faţă are rolul de :

dezvoltarea deprinderilor de lucru independent ale studentului ;

insuşirea de către student a metodologiei de calcul şi proiectare ;

obţinerea de către student de experienţă în realizarea de forme constructive şi

dimensiuni optime atât prin calcul cât şi din consideraţii constructive, în alegerea adecvată a

materialelor ;

însuşirea deprinderilor de utilizare eficientă a literaturii de specialitate, a normelor şi

standartelor.

Pag. 4


In prezentul proiect s-a ţinut seama de normele de proiectare a organelor de maşini ,

pornind de la condiţiile impuse prin tema de proiectare cât şi de următoarele criterii de

proiectare :

-funcţional;

-tehnologic;

-de material;

-constructiv.

Prin proiectare se urmăreşte atingerea mai multor deziderate,cum ar fi:

-funcţionalitatea superioară, execuţie şi exploatare uşoara,fiabilitate

ridicată,siguranţă, tehnologitatea şi nu în ultimul rând economicitatea.

Obiectul prezentului proiect este proiectarea unui dispozitiv cu şurub şi piuliţă,mai exact

unui cric cu piuliţă rotitoare, destinată atelierelor de lăcătuşerie ori atelierelor mecanice,

unde acesta şi-ar găsi utilitatea. Dispozitivul mai sus amintit este destinat fabricării în

serie mică, executându-se numai la comandă. Dispozitivul este destinat utilizării

frecvente, dar de către un singur muncitor.

3.2. Cele trei soluţii constructive pentru cricul cu piuliţă rotitoare

Cele trei forme constructive ale cricului cu piuliţă rotitoare, care reprezintă tema acestui

proiect, sunt prezentate în figurile 3.1, 3.2 şi 3.3. Daca facem o comparaţie brută a celor trei

variante se observă că prima (fig 3.1)dintre ele este mult mai simplă din punct de vedere

constructiv. Corpul circului este turnat lucru care reprezintă un mare avantaj în cazul unei

producţii pe scară largă a acestui mecanism. Mecanismul de acţionare este cu clichet vertical,

roata de clichet este montată pe piuliţă prin pană. Mişcarea de rotaţie a şurubului este împiedicată

de proeminenţele în formă de pene ale unei piese montate pe capătul inferior al şurubului, piesă

realizată prin sudare, servind şi la ghidarea şurubului. Piesele au fost prevăzute cu raze de

racordare, grosimea pereţilor este uniformă, evitându-se astfel aglomerările de material şi corpul

cricului a fost prevăzut cu două nervuri de rigidizare din cauza raportului mare dintre diametrul

tălpii şi cel al corpului.

La a doua soluţie (fig 3.2)constructivă corpul cricului este format din trei piese sudate.

Manivela cricului este cu clichet orizontal, corpul manivelei se realizează prin forjare sau

turnare. Piuliţa rotitoare se centrează în corpul cricului prin intermediul rulmentului, lucru care

determină o mărire a diametrului radial al piuliţei.

La varianta a treia (fig 3.3) corpul cricului se obţine prin turnare iar piuliţa şi roata de

acţionare a mecanismului cu clichet sunt corp comun. Având în vedere că la acest tip de

mecamisme se preferă ca realizarea piuliţei să se facă dintr-un material inferior calitativ faţă de

cel al şurubului, înlocuirea piuliţei pentru această variantă constructivă ar presupune cheltuieli

prea mari şi nejustificate. Cricul se acţionează prin intermediul unei manivele cu clichet

Pag. 5


orizontal, care pentru a putea fi montată, este executată din două părţi îmbinate cu şuruburi şi

centrate cu ajutorul a două ştifturi. Intre extremităţile libere ale pieselor, care formează manivela

este introdusă o plăcuţă de distanţare.

Principiul de funcţionare al cricului este acelaşi pentru toate cele trei variante

constructive. Cricul este folosit pentru a ridica de la pământ obiecte grele si are poate cea mai

largă răspândire în industria de autoturisme. Principiul de funcţionare este relativ simplu

realizând transformarea miscării de rotaţie a mecanismului de acţionare în mişcare de translaţie

pentru şurubul de forţă care se va ridica sau coborî.

3.3 Justificarea şi descrierea soluţiei alese

Toate cele trei variante constructive prezentate au avantaje şi dezavantaje. De aceea am

decis să aleg din fiecare variantă constructivă părţile acesteia mai bune pentru a realiza o soluţie

constructivă optimă. Pentru mecanismul de acţionare am ales roata cu clichet vertical fiind cea

mai simplă şi mai robustă ca şi construcţie şi neavând nici un dezavantaj la funcţionare. Corpul

se va realiza prin turnare pentru că în cazul unor asemenea mecanisme producţia lor va fi foarte

mare şi de aceea varianta cu corp turnat este cea optimă. Corpul cricului va fi realizat cu un

diametru interior sensibil mai mare decât cel al şurubului. Şurubul va avea filet ferăstrău pentru

că acest tip de filet are multe avantaje, cum ar fi:

-se poate executa prin frezare ;

-rezistenţă şi rigiditate mare a spirei ;

-asigură o bună centrare între şurub şi piuliţă;

-randament mare, apropiat de cel al filetului pătrat ;

-este recomandat la forţe mari ;

-concentratorul de tensiuni la fundul filetului este relativ mic datorită razei mari

de racordare ;

Singurul dezavantaj al acestui tip de filet este că poate prelua sarcini doar într-un sens, pe

flancul activ,care are o înclinaţie tehnologică de 3°,dar ştiind că avem o cursă relativ mică,

direcţia forţei rămâne constantă, deci putem folosi acest tip de filet.

Prin folosirea unui ştift fixat atât în partea inferioară a şurubului cât şi într-un canal din

corpul cricului acesta va împiedeca rotirea şurubului, oprirea acestuia la atingerea valorii

maxime şi va realiza şi o ghidare a şurubului, pentru ca aceasta să nu fie realizată numai de

piuliţă între elementul de ghidare şi corpul cricului având alezaj cu joc.

Cupa va fi fixată în partea superioară a şurubului printr-un alezaj cu joc sprijinindu-se pe

capătul şurubului şi fiind fixată de acesta printr-un ştift.

Roata de clichet va fi montată pe piuliţa rotitoare, acesta din urmă având formă

hexagonală. Clichetul vertical este fixat pe manivelă prin intermediul unui şurub de pasuire.

Pag. 6


Corpul cricului e prevăzut cu două nervuri de rigidizare, necesare, ţinând cont de raportul

mare dintre diametrul tălpii şi cel al corpului.

3.4 Caracteristici func ţionale impuse

Dispozitivul trebuie să îndeplinească următoarele condiţii funcţionale:

mânuire, antrenare, manipulare uşoară ;

gabarit cât mai redus ;

curse utile cât mai mici ;

siguranţă în funcţionare ;

posibilităţi de producere a accidentelor cât mai reduse ;

posibilitatea mânuirii fără a necesita scule sau dispozitive speciale.

3.5 Materiale folosite

La alegerea materialelor în primul rând s-a ţinut seama de fiabilitate şi durabilitate.

Astfel pentru şurub s-a ales OL 60(STAS 500/2 - 80), material, care posedă calităţi

mecanice suficient de bune şi se poate prelucra uşor.

Piuliţa s-a proiectat în aşa fel încât uzura să fie concentrată asupra ei, deoarece este o

piesă mai puţin costisitoare de realizat decât şurubul. Materialul ales este Fgn 400-12 (STAS

6071 - 75), alegându-se acest material pentru că prezintă cele mai favorabile calităţi. Deoarece

prin alegerea acestui material piuliţa este destinată să preia cea mai mare parte din uzura

flancurilor filetului, in caz de uzură înlocuindu-se doar piuliţa şi nu întregul ansamblu şurub-

piuliţă.

Manivela s-a executat din Fc 250(STAS 568-82).

Restul materialelor au fost alese după criteriul rezistenţei, a preţului de cost cât mai

scăzut şi în acord cu standardele în vigoare.

3.6 Funcţionare

La rotirea manivelei mişcarea se transmite prin piuliţă, care se sprijină pe rulment, la şurub.

Acesta va face o mişcare de translaţie, cu ajutorul căruia se deplasează cupa.

3.7 Indici de exploatare, reglaj şi întreţinere

Dispozitivul se va manevra de către un singur muncitor, nefiind permisă pentru

manipulare folosirea altor ţevi, bare, prelungitoare decât cele prevăzute de proiectant, sau a

Pag. 7


sistemelor de pârghii.

Este indicat, ca dispozitivul să fie montat pe suprafeţe cât mai plane şi orizontale.

Dispozitivul se va folosi pentru sarcini şi dimensiuni nu mai mari decât cele pentru care a

fost proiectat.

Se vor verifica periodic flancurile filetului, iar în caz că se constată uzura acestora, se va

schimba piuliţa sau şurubul dacă este cazul.

După terminarea lucrului dispozitivul se va curăţa, suprafeţele funcţionale se vor unge cu

unsoare consistentă de uz general.

3.8 Toleranţe, rugozităţi şi condiţii tehnice impuse

Piesele cmponente ale mecanismului nefiind piese de înaltă precizie, s-a ales din clase de

precizie mari. Pentru ajustajul filetat s-a ales precizia 8H/8e, fiind în acord cu destinaţia

dispozitivului şi tehnologia de execuţie. Celelalte toleranţe la dimensiuni s-au ales conform unor

clase şi precizii medii sau chiar grosolane, deoarece s-a considerat că nu este necesară impunerea

unor precizii mai mari.

Toleranţele s-au stabilit pe acelaşi criteriu, fiind impuse numai acolo unde ar fi existat

pericolul unor disfuncţii la montare, demontare şi în funcţionare.

Rugozităţile s-au prescris în funcţie de procedeele tehnologice asupra cărora s-a optat

pentru prelucrarea pieselor componente ale dispozitivului.

Condiţiile tehnice impuse sunt următoarele:

suprafeţele funcţionale şi ansamblele componente se vor unge cu unsoare

consistentă;

suprafeţele nefuncţionale se protejează printr-un strat de vopsea;

pe suprafeţele pieselor turnate nu se admit urme de nisip, zgură sau

bravuri provenite din turnare;

muchiile necotate se vor teşi la 45°

3.9 Norme de protecţia muncii

Pentru a evita accidentele, proiectantul a luat următoarele măsuri :

verificarea şurubului la solicitări compuse;

asigurarea asamblărilor;

utilizare de materiale corespunzătoare;

verificarea înaintea livrării.

Măsuri impuse beneficiarului :

trebuie respectate regulile de protecţie a muncii din

atelierul de producţie ;

Pag. 8


personalul de lucru trebuie să fie instruit corespunzător;

dispozitivul de strângere nu se va supune la şocuri şi

lovituri directe;

la apariţia unei defecţiuni se va retrage dispozitivul din

lucru şi se va înlocui piesa defectă ;

asamblarea şurub-piuliţă se va unge periodic cu unsoare

consistentă tip U 80.

3.10 Rodajul

Se recomandă următoarea schemă de rodaj pentru ansamblul şurub-piuliţă. Rodajul are loc în ambele sensuri, deoarece cricul va lucra în exploatere în ambele

sensuri. Dacă nu se constată defecte (frecare prea mare, chia gripare), criccul se supune

unor încercări peste cele de regim. Ungerea filetului şurubului şi a piuliţei în timpul rodajului se execută cu

lubrifiantul prevăzut mai înainte. După rodaj cricul se curăţă de praful metalic rezultat în urma rodajului şi de ulei. Se verifică cu atenţie filetele celor doua piese (şurub respectiv piuliţă) După terminarea rodajului se trece la încercări de control, ele se execută de

asemenea la diferite încărcări. La încărcarea de regim se măsoară şi randamentul, care permite a se verifica

obiectiv economicitatea, calitatea prelucrării şi montajul.

4. Memoriu justificativ de calcul

4.1 Consideraţii generale

În general mecanismele cu şurub şi piuliţă se utilizează în dispozitivele unde este

necesară transformarea mişcării de rotaţie în mişcare de translaţie şi invers. În cazul cricului cu

piuliţă rotativă, după cum se vede şi după denumire, la acţionarea mecanismului cu clichet acesta

va roti piuliţa care va determina, în funcţie de sensul de rotaţie, ridicarea sau coborârea

şurubului.

Avantajele principale ale asamblărilor filetate sunt :

- permit construcţii foarte variate în forme compacte;

- au montare şi demontare uşoară;

- construcţie simplă şi tehnologie de execuţie uşor

realizabilă;

- posibilitatea de transmitere a unor sarcini axiale mari

utilizând forţe de acţionare mici;

- raport mare de transmitere care duce la viteze mici;

Pag. 9


- gabarit redus;

- funcţionare lină şi fără zgomot ;

- posibilitatea de a asigura în mod simplu autofrânarea;

- permite utilizarea materialelor ieftine;

- preţ de cost scăzut.

Între dezavantajele mecanimelor cu şuruburi de mişcare se menţionează :

- necesită asigurare împotriva autodesfacerii;

- uzura flancurilor introduce jocuri;

- lipsa autocentrării;

- existenţa unei frecări mari între spirele filetului

şurubului şi piuliţei conduce la uzura pieselor şi la un

randament scăzut ;

- prezenţa unor puternici concentratori de tensiune în

zona filetată afectează rezistenţa la oboseală a

şurubului ;

- necunoaşterea exactă a forţelor de strângere.

4.2 Alegerea filetului

Pentru şuruburile de mişcare se poate utiliza doar filetul cilindric cu diferite profile:

pătrat, trapezoidal, ferăstrău şi rotund cu diferite pasuri. Cu cât pasul este mai fin, cu atât

autofrânarea este mai bună însă şi deplasarea şurubului, la o rotaţie de 360° a piuliţei, va fi mai

mică. Deci cu cât pasul este mai mic, şi randamentul este mai mic. Insă, pasul fin are avantajele

sale, pentru că fiind mai fin, la filetare cuţitul nu intră aşa de adânc în material şi şurubul poate fi

mai subţire. De aceea trebuie găsit echilibrul optim între gabarit şi performanţe.

Pag. 10

Figura 4.1. Reprezentarea în detaliu a filetului ferăstrău


Pentru cric,ştiind că avem o deplasare relativ mică a şurubului şi direcţia forţei rămâne

constantă, am ales un filet ferăstrău oferind o serie de avantaje. Singurul dezavantaj al acestui

filet, a cărui reprezentare se poate observa şi în figura 4.1, este că poate prelua sarcini doar într-

un sens, pe flancul activ, care după cum se poate observa şi din desen, are o înclinaţie

tehnologică de 3°. Principalele avantaje pe care le oferă filetul ferăstrău sunt:

Rezistenţă şi rigiditate mare a spirei

Asigură centrarea bună a piuliţei faţă de şurub

Randament apropiat de cel al filetului pătrat

Se poate executa prin frezare

Este recomandat la forţe mari

Datorită razei mari de racordare, concentratorul de tensiune este relativ mic.

Filetul este standardizat în STAS 2234/1-75, putând avea pas normal, fin sau mare.

Valorile dimensiunilor sale se determină conform relaţiilor de calcul, în funcţie de diametrul

nominal şi de pasul filetului. Astfel:

d = D diametrul nominal al filetului

D1 = d - 2H1 = d – 1.5P

d3 = d – 2h3

H = 1.5878 P

R = 0.12427 P

D2 = d – 0.75 P

H1 = 0.75 P

e = w – a w = 0.26384 P

h3 = 0.86777 P

În cazul cricului cu piuliţă rotitoare, piuliţa execută o mişcare de rotaţie iar şurubul o

mişcare de translaţie. În figura 4.2 sunt prezentate disgramele de forţe şi de momente care apar la

lucrul sub sarcină al cricului.

Pag. 11

Cupa (1) Şurub (2) Piuliţa rotitoare (3) Corp (4)F Mt F Mt F Mt F Mt

Figura 4.2. Diagrama de eforturi pentru cricul cu piuliţă rotitoare


4.3 Materialele alese pentru realizarea şurubului de forţă şi a piuliţei

Alegerea materialului pentru şurubul de forţă şi piuliţă ca elemente ale mecanismelor cu

şurub depinde de mai mulţi factori:

- caracteristicile mecanice ale materialului;

- asigurarea condiţiilor funcţionale, tehnologice şi economice în modul cel mai fovorabil;

- fiabilitatea optimă în contextul unor cheltuieli de producţie minimă.

Caracteristicile mecanice ale materialului pentru şurubul şi piuliţa din construcţia

mecanismelor cu surub sunt:

(Rp0.2) - limita de curgere

(Rm) - limita de rupere

(A) - alungirea

(E) - modulul de elasticitate

Forţa maximă la care trebuie să reziste cricul este de F=19000 N şi am încercat să realizez

un cric cu dimensiuni de gabarit cât mai mici. Pentru a reduce diametrul şurubului de forţă am

ales materialul OL60 (tratat termic prin călire cu revenire înaltă) având următoarele caracteristici

(vezi tabelul 3.2 din [1]):

Solicitări cu concentratori de tensiune:

- rezistenţa la tracţiune

- rezistenţa la încovoiere

- rezistenţa la răsucire

- rezistenţa la forfecare

Solicitari fără concentratori de tensiune:

- tracţiune

- încovoiere

- răsucire

- forfecare

Caracteristicile mecanice pentru OL 60 sunt (vezi tabelul 3.1 [1]):


- limita de curgere

- alungirea la rupere

Piuliţa ca element component al cuplei de frecare şurub-piuliţă din mecanismul cu şurub,

este indicat a fi astfel construită încât uzura să fie concentrată asupra ei. Astfel se recomandă ca

materialul ales pentru piuliţă să aiba modulul de elasticitate mai mic decât cel al materialului

Pag. 12


şurubului, ceea ce are ca efect uniformitatea repartizării sarcinii pe spire, îmbunătăţirea

comportării la oboseală şi ca urmare creşterea duratei de funcţionare.

Alegerea materialului pentru piuliţă, ca element al culpei de frecare şurub-piuliţă, se va

face în aşa fel încât să se limiteze presiunea de contact dintre spirele piuliţei şi ale şurubului la

valori reduse evitându-se astfel uzura prematură. Plecând de la faptul că nu este indicat să se

utilizeze acelaşi material atât pentru piuliţă cât şi pentru şurubul de forţă vom utiliza cupluri de

materiale care au o comportare bună din punct de vedere al rezistenţei la uzură, ca de exemplu:

oţel pe fontă, oţel pe bronz moale, oţel pe fontă antifricţiune.

Trebuie să ţinem seama şi de faptul că la o utilizare îndelungată piesele se vor uza, şi de

aceea preferăm uzura piuliţei pentru că prin materialul ales şi prin construcţia ei simplă va fi o

piesă ieftină de făcut şi de înlocuit. Pentru piuliţă am ales o fontă cu grafit nodular Fgn400-12

care are următoarele caracteristici:



- rezistenţa la compresiune



- rezistenţa la forfecare

Solicitări fără concentratori de tensiune:


- rezistenţa la compresiune



Caracteristicile mecanice pentru Fgn400-12(conform STAS 6071-75)

- rezistenţa minimă la tracţiune

- limita de curgere

- duritatea Brinell HB

- alungirea la rupere (vezi tabel 3.4 [1])

4.4 Calculul şi determinarea dimensiunilor pentru şurubul de forţă

Pag. 13


Valoarea forţei maxime la care va fi supus cricul este de F=19000 N, iar cricul va avea o

cursă maximă de . Presiunea admisibilă de contact dintre cele două materiale alese

pentru cuplul şurub-piuliţă (OL 60 şi Fgn400-12) este . Relaţia cu care vom determina

diametrul mediu al şurubului de forţă este:

[mm];

unde: d2 este diametrul mediu al şurubului,

fiind un factor dimensional care pentru filetul ferăstrău va fi h=0.75

reprezintă factorul de lungime al piuliţei şi va avea valoarea

În urma calculelor se va obţine d2 = 29.93 mm, din STAS rezultă , care

ne va conduce la alegerea şurubului de forţă cu următoarele caracteristici:

diametrul nominal d = D = 36 mm

pasul filetului, P = 6 mm

diametrul mediu, cel calculat, d2 = D2 = 29.93 mm

diametrul mediu, cel standardizat,

diametrul interior, d3 = 25.586 mm

diametrul interior, D1= 27.000 mm

notaţie: S36x6.

Se determină .

Calcule pentru determinarea celorlalte dimensiuni ale filetului ferăstrău :

D2 = d – 0.75 P = 36-0.75*6 = 31.5 = d ;

D1 = d - 2H1 = d – 1.5P = 36-1.5*6 = 27;

d3 = d – 2h3 = 36-2*5.206 = 25.586;

H1 = 0.75 P = 0.75*6 = 4.5;

H = 1.5878 P = 1.5878*6 = 9.5268;

h3 = 0.86777 P = 0.86777*6 = 5.20662;

= 0.11777*6 = 0.706;

;

w = 0.26384 P = 0.26384*6 = 1.583;

e = w – a = 1.583-0.244 = 1.339;

R = 0.12427 P = 0.12427*6 = 0.745

4.4.1 Determinarea numărului de începuturi pentru filetul şurubului de forţă

Pag. 14


În cazul cricurilor, la acţionare avem nevoie de autofrânare, deci, numărul de începuturi

impus va fi 1.

4.4.2 Verificarea autofrânării

care reprezintă unghiul de înclinare al elicei pe cilindrul de diametru d2

Unghiul de frecare unde =0,1….0,18, este coeficientul de frecare

pentru cuplul de materiale şi calitatea ungerii, iar 1 este unghiul de înclinare al flancului activ al

filetului, care, după cum am văzut anterior, este (filet ferăstrău).

În urma calculelor se obţin următoarele valori:

;

.

Este cunoscută condiţia de autofrânare, şi anume, care după cum se observă din

calcule este îndeplinită, şi deci condiţia de autofrânare este îndeplinită.

4.4.3 Calculul numărului de spire în contact

Pentru determinarea numărului de spire în contact se pot folosi următoarele formule:

sau

Din calcule se obţine pentru z, valoarea de z = 9.45. Se cunoaşte faptul că numărul de

spire în contact se recomandă a fi între . Se alege

astfel o valoare de z = 10 spire în contact. După această

determinare lungimea piuliţei se calculează foarte uşor,

ştiind că lungimea acesteia depinde de numărul de spire în

contact z şi de pasul filetului. Lungimea piuliţei se

determină cu formula şi de aici se obţine m = 60

mm. Forma şurubului la cricul cu piuliţă rotitoare este

relativ simplă şi extremităţile aceastuia unde se face

îmbinarea cu cupa şi ghidarea şurubului în corpul cricului

vor avea formă cilindrică cu diametrul mai mic decât

diametrul interior al filetului şurubului de forţă. Pentru

a permite rotirea liberă a piuliţei cu frecări şi pierderi de

energie minime, s-a utilizat un rulment axial, care se sprijină pe una din feţe pe corpul cricului

iar pe cealaltă faţă va fi aşezată piuliţa (vezi figura 4.3). Piuliţa se va asigura cu un ştift filetat cu

Pag. 15

Figura 4.3 Aşezarea piuliţei în corp


crestătură, cu cep cilindric, care conform STAS 4867-69 se notează M8x12, cu o lungime a

cepului de 5 mm cu un diametru în zona cepului de d4 = 6 mm. Ţinând seama că diametru exerior

al şurubului este de 36 mm, şi urmărind dimensiunile standardizate ale rulmenţilor din STAS

3921-86, s-a ales un rulment axial din clasa 51108 care are următoarele caracteristici:

diametrul interior 40 mm

diametrul exerior 60 mm

înălţimea rulmentului, T = 13 mm

Cunoscând şi înălţimea rulmentului putem acum determina lungimea şurubului de forţă:

unde:

hmax – cursa şurubului de forţă

m – înălţimea piuliţei

T – înălţimea rulmentului

P – pasul filetului şurubului de forţă

obţinându-se o valoare de Lf(teoretic) = 190+60+13+18=281 mm.

Dar să avem la final o bună centrare a piuliţei în corpul cricului şi ca să putem monta

roata de clichet, mânerul şi un inel de fixare trebuie să marim lungimea piuliţei cu 25 mm, fără

să marim şi nr de spire di piuliţă. După această modificare rezultând şi lungimea finală a

şurubului de forţă : Lf(practic) = 281+25 =306 mm.

La proiectarea extremităţilor şurubului, trebuie să fim atenţi ca dimensiunile radiale ale

unei extremităţi să se înscrie în cercuri cu diametrele mai mici decât diametrul interior al

filetului. În caz contrar şurubul nu poate fi introdus în piuliţă. Ele rezultă din varianta aleasă

pentru construcţie.

4.4.4 Verificarea şurubului de forţă

Pentru a verifica corectitudinea alegerii dimensiunilor şi materialului pentru şurubul de

forţă sunt necesare câteva calcule de verificare, pentru a determina rezistenţa şurubului la diferite

solicitări.

Calculul momentului de torsiune: , elementele acestei ecuaţii fiind

prezentate mai sus. Rezultatul obţinut este :

;

Se determină acuma efortul unitar de compresiune: şi se

obţine o valoare de .

Pag. 16


Efortul unitar de răsucire este: obţinându-se

valoarea de:

Se determină acum efortul unitar echivalent:

şi se obţine o valoare de pe care o comparăm cu rezistenţa la tracţiune

. Se observă că ,deci şurubul va rezista.

4.4.5 Verificarea spirelor şurubului

Pentru a determina dacă spirele şurubului vor rezista în timpul solicitărilor, spirele

trebuiesc verificate la următoarele tipuri de solicitări:

H1 este înălţimea utilă, care pentru filetul ferăstrău utilizat este , H1 = 4.5

strivire: cu valoarea de q = 4.26

,fiind grosimea spirei la bază h = 4,61

,acesta reprezentând jocul la fund, ac = 0.706

încovoiere: cu valoarea σi =

19,741 N/mm2

forfecare: ,obţinând o valoare de

Aceste valori obţinute prin calcul se compară cu valorile maxime admisibile ale

materialului folosit pentru şurub, (vezi paragraful 4.3) şi se observă că spirele rezistă.

4.4.6 Verificarea şurubului la flambaj

Pag. 17


Flambajul este de fapt pierderea stabilităţii elastice a unui corp solicitat la compresiune

fenomen care apare la acţiunea unei forţe critice (valoare a forţei la care apare fenomenul de

flambaj). Pentru a verifica şurubul la flambaj, trebuie să determinăm coeficientul de zvelteţe al

acestuia. Pentru aceasta considerăm pentru că ne situăm în cazul

barei drepte încastrate la un capăt şi liberă la celalalt. Se determină apoi aria secţiunii şurubului

, care va fi egală cu A = 513,65. Momentul de inerţie se determină cu

formula . Se

determină cu valorile obţinute anterior coeficientul de zvelteţe care este:

şi de obţine . Având în vedere că coeficientul de

zvelteţe , conduce la condiţia ,rezultă că verificarea la

flambaj nu este necesară pentru această valoare a lui λ.

4.5 Dimensionarea piuliţei rotitoare

După cum s-a observat deja anterior piuliţa are o înălţime filetată de z = 60 mm plus o

parte superioară unde nu mai avem filet interior, dar pe exterior se vor monta roata de clichet,

mânerul şi inelul care îi fixează, diametrul

interior de 36 de mm acesta fiind de fapt

diametrul exterior al şurubului de forţă. O

vedere în secţiune a piuliţei este prezentată în

figura 4.4. Piuliţa se va fabrica dintr-un

material inferior calitativ celui ales pentru

şurubul de forţă pentru a fi predispusă la

uzură comparativ cu şurubul de forţă.

Determinăm valoarea solicitării compuse

pentru piuliţă, cu formula:

şi obţinem o valoare mm care ne

asigură că piuliţa va rezista. Constructiv, vom alege diametrul exterior de la baza piuliţei, asta

din cauza rulmentului ales, în funcţie de capacitatea statică >F, iar diametrul alezajului

rulmentului să fie mai mare decât diametrul exterior al şurubului, se ia din STAS diametrul

exterior al rulmentului şi se determină mm .

Pag. 18

Figura 4.4 Piuliţa cricului


4.5.1 Verificarea corpului piuliţei

Pentru a verifica corpul piuliţei trebuie să verificăm rezistenţa acesteia la eforturile

normale şi tangenţiale care apar la încărcarea cricului. Astfel pentru eforturile normale vom

calcula:

unde De şi D sunt diametrele exterior respectiv interior al piuliţei, şi se obţine o valoare de

Nm. Pentru eforturile tangenţiale se va folosi formula:

de unde se va obţine Nm.

Pentru secţiunile solicitate compus, efortul unitar echivalent are expresia :

.

Verificarea spirelor piuliţei :

H1 este înălţimea utilă, care pentru filetul ferăstrău utilizat este , H1 = 4.5

strivire: cu valoarea de q = 4.26

,fiind grosimea spirei la bază h = 4,61

,acesta reprezentând jocul la fund, ac = 0.706

încovoiere: cu valoarea σi =

14,027N/mm2

forfecare: ,obţinând o valoare de

Din calcule rezultă că spirele filetului piulitei vor rezista la solicitările respective.

4.6 Calculul cupei

Pentru calculul cupei se va porni de la

diametrul interior al şurubului, în funcţie de

Pag. 19 Figura 4.5 Detaliu secţiune prin cupa cricului


care vom alege diametrul exterior al capului şurubului în porţiunea în care se va fixa cupa, mai

mică decât acest diametru.

; constructiv vom lua reprezentând diametrul exterior al

capătului şurubului ;

Determinăm :

diametrul superior al cupei cu formula : ;

diametrul inferior al cupei :

înălţimea cupei :

adâncimea găurii, din interiorul cupei, unde introducem capul şurubului :

.

4.6.1 Verificarea cupei

Verificarea pentru cupă se va face doar la strivire având în vedere că şurubului nu

execută mişcare de rotaţie care ar putea crea probleme prin apariţia unor tensiuni de forfecare.

Astfel:

şi se obţine o valoare de care se încadrează în plaja de valori pentru

cuplele imobile oţel – oţel (65...100), pentru cupă folosindu-se ca şi material de fabricaţie OL37.

4.6.2 Alegerea şi verificarea dimensiunilor ştiftului care solidarizează cupa de

şurubul principal

Pentru a permite montarea cricului, respectiv demontarea uşoară a acestuia cupa se va monta prin

intermediul unui ştift care nu va avea alt rol decât de siguranţă pentru fixarea cupei pe şurub,

pentru că efortul va fi suportat de capătul şurubului care este fixat pe suprafaţa interioară a cupei,

aşa cum se poate observa şi în figura 4.5.

Diametrul ştiftului se calculează cu următoarea formulă :

. Ţinând seama de

dimensiunile cupei şi de diametrul necesar se va alege din STAS 1599-80 un ştift cilindric cu

forma B cu diametrul de 5 mm şi o lungime de l = 60 mm din OL 60 care se notează astfel: ştift

cilindric B 5x60 STAS 1599-80.

Pag. 20


Pentru verificare se utilizează relaţiile :

,

unde :

4.6.3 Verificarea capului şurubului la solicitări compuse

Verificarea se face la nivelul secţiunii lungitudinale a ştiftului, cu relaţiile :

Momentul de torsiune: ,a fost calculat mai sus.

Se determină acuma efortul unitar de compresiune:

şi se obţine o valoare de .

Efortul unitar de răsucire este:

obţinându-se valoarea de:

Se determină acum efortul unitar echivalent:

şi se obţine o valoare de pe care o comparăm cu rezistenţa la tracţiune

. Se observă că ,deci şurubul va rezista.

4.7 Calculul mecanismului de acţionare

Pag. 21


Mecanismele de acţionare care se pot

folosi la cricurile cu piuliţă rotitoare sunt

mecanismele cu clichet orizontal sau

vertical. S-a optat pentru varianta cu clichet

vertical, variantă prezentată în figura de mai

jos.

Principalele dimensiuni ale

mecanismelor de acţionare cu clichet se

determină cu ajutorul calculelor de

rezistenţă.

4.7.1 Calculul manivelei

Pentru calculul manivelei avem nevoie de momentul de torsiune care trebuie dezvoltat de

muncitor la acţionarea cricului. Forţa medie cu care acţionează muncitorul s-a considerat

. Lungimea manivelei se va calcula cu următoarea formulă:

unde:

Lc lungimea de calcul a manivelei,

K coeficient de simultaneitate, care pentru un muncitor este K = 1.

La fel ni reprezintă numărul de muncitori care în cazul cricului este ni = 1. La lungimea

calculată se va adăuga o lungime l0 care reprezintă dimensiunea mâinii muncitorului, care va

reprezenta de fapt zona de prindere (apucare) aceasta considerându-se de 50 mm. Astfel din

calcule [mm] şi lungimea totală se determină cu formula şi rezultă

L = 307,4 [mm].

4.7.2 Determinarea diametrului manivelei şi a prelungitorului

În cazul mecanismului cu clichet vertical se va folosi formula:

Pag. 22

Figura 4.6 Mecanism cu clichet vertical


unde (valoare corespunzătoare oţelurilor carbon);

l=100[mm];

.

Astfel, din calcule, rezultă mm care se consideră constructiv d5 = 14 mm unde

diametrul D, care este diametrul exterior al ţevii se calculează cu formula , şi rezultă o

valoare egală cu mm. Pentru prelungitor se alege ţeavă standardizată cu diametrul exterior

egal cu diametrul interior al mânerului, ,dimetru pentru care există teavă

standardizată cu STAS 403-66, aceasta fiind ţeavă cu diametrul interior d int = 12 mm şi cel

exterior dext = 14 mm.

În cazul mecanismului de acţionare cu clichet vertical prelungitorul se verifică la

încovoiere în secţiunea B-B, cu formula:

şi se obţine o valoare de N/mm2. .

4.7.3 Calculul roţii de clichet

Roata de clichet (figura 4.7) se va fixa pe piuliţă printr-un

contur hexagonal al găurii interioare. Lungimea laturii

poligonului este a = 32,5 mm. Pentru stabilirea diametrului

interior se foloseşte formula ,unde De este

diametrul exterior al piuliţei. Astfel Di = 91 mm. S-a ales un

număr de z = 10 dinţi pentru roata de clichet. Diametrul mediu,

pe care se vor dispune dinţii roţii, se va obţine cu relaţia:

şi rezultă Dm = 98,75[mm]. Pentru a putea obţine profilul exact al roţii de clichet trebuie sa

determinăm grosimea dinţilor, distanţa dintre centrele a doi dinţi alăturaţi şi înălţimea dinţilor.

Astfel distanţa dintre centrele a doi dinţi alăturaţi este: , şi rezultă

t= 31 [mm]. De aici se determină grosimea dintelui cu valoarea b = 15.5, şi

înălţimea dintelui care este , adică h = 7.75 [mm]. Diametrul exterior al

Pag. 23

Figura 4.7 Roata de clichet


roţii de clichet se poate calcula ştiind înălţimea dintelui şi este (se

adună de două ori h, pentru că diametrul creşte cu lungimea a doi dinţi) şi rezultă D e = 106.5

[mm]. Lăţimea roţii de clichet se consideră constructiv [mm].

4.7.4 Verificarea roţii de clichet

Roata de clichet va fi confecţionată din OL60 şi trebuie verificată la trei tipuri de

solicitări:

- încovoiere: şi rezultă o valoare de

;

- se verifică dinţii roţii de clichet la forfecare: şi

rezultă

- verificarea la strivire a suprafeţei de contact dintre dintele roţii şi clichet se va

calcula cu relaţia: şi se obţine

.

Suprafaţa de contact dintre roata de clichet şi piuliţa pe care aceasta se montează este

solicitată la strivire. Efortul unitar pe această suprafaţă se va determina cu relaţia:

unde n1 depinde de forma găurii de fixare din roata de clichet.

(n1=4 pentru formă patrată şi n1= 6 pentru formă hexagonală).

De remarcat este faptul că acest efort unitar va avea o

valoare mai mare în cazul în care roata de clichet se va fixa pe

piuliţă având o secţiune pătrată faţă de cazul în care forma

găurii este hexagonală. Pentru acest cric s-a adoptat varianta

cu gaură de fixare hexagonală. Valoarea efortului unitar la

strivire este .

4.7.5 Calculul clichetului

Dimensiunile clichetului vor rezulta constructiv

în funcţie de dimensiunile manivelei. Schema

clichetului o putem vizualiza în figura 4.9.

Pag. 24

Figura 4.8 Locaşul roţii de clichet

Figura 4.9 Clichetul vertical


4.7.6. Verificarea clichetului

Efortul unitar efectiv de încovoiere în secţiunea A-A a clichetului vertical se stabileşte cu

relaţia:

unde: c=h=7,75 [mm];

;

măsoară pe desen;

În cazul nostru :

4.7.7 Calculul bolţuluiSe dimensionează pe baza solicitării de încovoiere şi se verifică la forfecare şi la strivire

cu relaţiile :

unde :

-Verificarea la forfecare :

-Verificarea la strivire :

Pentru a simplifica cât mai mult posibil mecanismul de

acţionare şi pentru ca să avem o montare şi demontare uşoară

vom înlocui bolţul cu un şurub de păsuire standardizat, pe care

îl alegem în funcţie de calculel făcute pentru bolţ şi folosind

acelaşi material. Surubul de păsuire va avea filet M6 in zona

filetată, şi o lungime de 24 mm,din care 9,6 mm de la capul

Pag. 25

Figura 4.10 Şurubul de păsuire


şurubului se lasă nefiletat şi va avea un diametru de 7 mm unde vom monta clichetul vertical şi o

Şaibă plată pentru metal, conform STAS 5200/4. cu diametrul interior de 7,4mm, diametrul

exterior 14 mm şi lăţimea de 1,6 mm.

Conform STAS 5930-80 avem : Şurub de păsuire B-M6x24.

4.8 Corpul cricului

Pentru realizarea corpului cricului (figura 4.11), s-a ales o variantă care se realizează prin

turnarea întregului corp dintr-o piesă. Astfel cricul se toarnă dintr-o fontă cenuşie, mai exact

Fc250 care are următoarele caracteristici:


- tracţiune

-compresiune

- încovoiere

- răsucire

- forfecare

Solicitari fără concentratori de tensiune:

- tracţiune

- compresiune

- încovoiere

- răsucire

Dimensiunile corpului sunt

următoarele:

- grosimea peretelui este de a=8 mm

- grosimea tălpii corpului este b=1,25*a=10 mm ;

- reprezentând diametrul exterior al piuliţei;

- reprezentând diametrul exterior al rulmentului, a cărui inel inferior se va

fixa printr-un ajustaz cu strângere H7/p6 care este un ajustaj cu strângere mică.

- diametrul interior al corpului în zona şurubului de

forţă;

- diametrul exterior al corpului în zona şurubului care are această valoare datorită

grosimii de 8 mm aleasă pentru peretele corpului

-

Pag. 26

Figura 4.11. Reprezentarea corpului cricului


unde: reprezintă numărul de rotaţii relative între şurub şi

piuliţă necesare pentru realizarea cursei maxime;

P - pasul filetului;

şi reprezintă cursa maximă a şurubului cricului

- înălţimea totală a corpului fiind : ;

- , pentru că interiorul corpului este cilindric, să fie mai uşoară ghidarea

şurubului în mişcare.

Din condiţia de rezistenţă la strivire a materialului suprafeţei pe care se reazămă talpa

cricului se determină diametrul exterior al tălpii cricului, , cu formula:

;

unde: se alege în funcţie de suprafaţa de sprijin, pentru

scândură;

Conform recomandărilor constructive avem condiţia :

Condiţia fiind îndeplinită, cu recomandarea de a nu folosi cricul pe pământ ci doar pe lemn

şi beton pentru că pe pământ coeficientul de rezistenţă este la limită, trecem la verificarea

corpului.

4.8.1 Verificarea corpului cricului

Verificarea la compresiune se face în secţiunea de la partea superioară a cilindrului în

care se mişcă şurubul principal, cu relaţia:

şi se obţine o valoare de valoare la care corpul cricului va rezista.

De menţionat este faptul că lăţimea canalului pentru ştiftul cilindric( fig 4.12), Ştift cilindric B

10x90 ,conform STAS 1599-80 ,confecţionat din OL 60, s-a considerat de 10,5 mm, pentru a nu

avea o frecare semnificativă. Avem nevoie şi de un stift filetat, Ştift filetat M4x8 STAS 4771-69

Confecţionat tot din OL60 având forma din figura 4.13.

Pag. 27


Pag. 28

Fig 4.12. Ştift cilindric

Fig 4.13. Ştift filetat


5 Bibliografie

1. Dorina Matieşan, Adalbert Antal, Dumitru Pop, Iacob Olteanu, Felicia Sucală, Aurica Căzilă,

Ioan Turcu, Ovidiu Belcin, Ştefan Bojan, Ovidiu Tătaru - Elemente de proiectare pentru

mecanismele cu şurub şi piuliţă, Lito IPCN, 1985

2. Jula Aurel şi colectivul – Mecanism cu şurub şi piuliţă rotitoare. Îndrumător de proiectare.

Braşov, Editura Lux Libris, 2000.

3. Gh. Hulpe, M. Bulubasa, L. Noveanu – Desen tehnic industrial. IPCN, 1980

4. Traian Itu, Mihai Tripa – Toleranţe şi ajustaje. U.T.PRES, Cluj-Napoca, 2005

5. Colecţia STAS de Organe de maşini şi extrase din standarde pentru proiectarea elementelor

componente ale masinilor. Vol I şi II.

6. Curs Organe de maşini

Pag. 29

46959808 Cric Cu Piulita Rotitoare

Documents

Transcript of 46959808 Cric Cu Piulita Rotitoare