TEMA DE PROIECTStudentulI. S se proiecteze un cric cu piul rotitoare pentru urmtoarele date: - Fora maxim F = 17900 N; - Cursa maxim h = 200 mm. II. Proiectul va conine: Memoriu tehnic; Memoriu justificativ de calcul; Desen de ansamblu, 3 vederi, scara 1:1; Desene de execuie la urubul principal i piulia rotitoare (scara 1:1); Bibliografia.

Termen de predare 18 mai 2010

Conductor de proiect

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

1. Memoriul tehnic1.1 Introducere i consideraii generaleProiectarea este o activitate tehnico-tiinific ce se desfoar pentru ntocmirea documentaiei tehnice scrise i desenate sau strict necesare executrii unui ansamblu. Fazele aciunii de proiectare sunt: concepia este faza n care se realizeaz documentaia i n care se gsesc o serie de soluii constructive care rspund integral sau parial temei de proiect propuse ; execuia este faza n care se urmrete dezvoltarea schiei de principiu pn la definitivarea formei constructive a ansamblului. Tema de proiect constituie obiectul activitii de proiectare i are la baz: idee nou; idee cunoscut dar nerealizat practice; construcie existent ce trebuie modificat, aceasta ne mai fiind corespunztoare din punct de vedere tehnic, economic, etc. Documentaia necesar activitii de proiectare, conform STAS 6269, se clasific n : documentaie de studiu ; documentaie de baz ; documentaie tehnologic i de fabricaie ; documentaie de exploatare ; documentaie auxiliar. Aciunea de proiectare desfurat la disciplina ORGANE DE MAINI completeaz cunotiinele dobndite n cadrul cursului, ajutndu-l pe student s-i nsueasc temeinic problemele de metodic de calcul i normele de proiectare a organelor de maini impuse prin tema de proiect. Proiectul de fa are rolul de : dezvoltarea deprinderilor de lucru independent ale studentului ; nsuirea de ctre student a metodologiei de calcul i proiectare ; obinerea de ctre student de experien n realizarea de forme constructive i dimensiuni optime

att prin calcul ct i din consideraii constructive, n alegerea adecvat a materialelor ; nsuirea deprinderilor de utilizare eficient a literaturii de specialitate, a normelor i

standartelor.

5

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

n prezentul proiect s-a inut seama de normele de proiectare a organelor de maini , pornind de la condiiile impuse prin tema de proiectare ct i de urmtoarele criterii de proiectare : -funcional; -tehnologic; -de material; -constructiv. Prin proiectare se urmrete atingerea mai multor deziderate,cum ar fi: -funcionalitate superioar, execuie i exploatare uoar, fiabilitate ridicat, siguran, i economicitatea. Obiectul prezentului proiect este proiectarea unui dispozitiv cu urub i piuli, mai exact unui cric cu piuli rotitoare, destinat atelierelor de lctuerie ori atelierelor mecanice, unde acesta i-ar gsi utilitatea. Dispozitivul este destinat utilizrii frecvente, dar de ctre un singur muncitor.

1.2. Variantele constructive pentru cricul cu piuli rotitoareCele dou variante constructive ale cricului cu piuli rotitoare, care reprezint tema acestui proiect, sunt prezentate n figurile 1 i 2. Varianta prezentat n figura 1 are corpul circului turnat, iar mbinarea acestuia cu talpa de sprijin este realizat prin sudur. Mecanismul de acionare este cu clichet vertical, roata de clichet fiind montat pe piuli printr-un profil hexagonal. Micarea de rotaie a urubului este mpiedicat de tiftul montat n extremitatea inferioar a urubului de for. Piuliei i se permite numai micarea de rotaie, datorit tiftului filetat cu cep. Cupa, de asemenea, este fixat pe extremitatea superioar a urubului printr-un tift. La a doua variant, corpul cricului se obine prin tot turnare iar piulia rotitoare i roata de clichet sunt corp comun. Cricul se acioneaz prin intermediul unei manivele cu clichet orizontal, care pentru a putea fi montat, este executat din dou pri mbinate cu uruburi i centrate cu ajutorul a dou tifturi. Intre extremitile libere ale pieselor, care formeaz manivela este introdus o plcu de distanare. Micarea de rotaie a urubului i micarea de translaie a piuliei sunt anulate prin aceleai metode folosite la prima variant Principiul de funcionare al cricului este acelai pentru ambele variante constructive. Cricul este folosit pentru a ridica obiecte grele i are poate cea mai larg rspndire n industria de autoturisme. Principiul de funcionare este relativ simplu realiznd transformarea miscrii de rotaie a mecanismului de acionare n micare de translaie pentru urubul de for care se va ridica sau cobor.

6

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

1.3 Justificarea i descrierea soluiei aleseToate variantele constructive prezentate au avantaje i dezavantaje, ns varianta aleas pentru proiectare este cea prezentat n figura 1. Acest alegere a fost influenat de mecanismul de acionare, care este cel cu clichet vertical, i de corpul realizat prin turnare. Mecanismul de acionare cu clichet vertical este cel mai simplu i mai robust, ca i construcie, i nu prezint niciun dezavantaj la funcionare. Realizarea prin turnare a corpului i mbinarea acestuia, prin sudur, cu talpa de sprijin este cea varianta cea mai optim, deoarece turnarea n serie mare prezint costuri reduse de producie, iar sudarea ulterioar a tlpii de sprijin reprezint un alt avantaj economic. Utlizatorul tiind n ce condiii va folosi cricul, pe ce va fi pus acesta (pmnt, lemn, beton), va alege talpa dimensionat pentru necesitaile lui. Corpul cricului va fi realizat cu un diametru interior sensibil mai mare dect cel al urubului. urubul va avea filet trapezoidal pentru c acest tip de filet are multe avantaje, cum ar fi: - se poate executa prin frezare ; - rezisten i rigiditate mare a spirei ; - asigur o bun centrare ntre urub i piuli; - este recomandat la fore mari ; Cel mai mare avantaj al alcestui tip de filet este c poate prelua sarcini n ambele sensuri, iar avnd n vedere ca mecanismul nostru cu urub i piuli este acionat sub sarcin i la urcare i la coborre, acest filet este ideal pentru necesitile noastre. Prin folosirea unui tift fixat n extremitatea inferioar a urubului i n canalul din corpul cricului acesta va mpiedeca rotirea urubului, va asigura cursa maxim stabilit de ctre utilizator i va realiza i ghidarea urubului, pentru ca aceasta s nu fie realizat numai de piuli. Cupa va fi fixat n partea superioar a urubului printr-un alezaj cu joc sprijinindu-se pe extremitatea superioar a urubului i fiind fixat de acesta printr-un tift. Roata de clichet va fi montat pe piulia rotitoare, acesta din urm avnd form hexagonal, pe proiunea aflat n contact cu roata de clichet. Clichetul vertical este fixat pe manivel prin intermediul unui urub de pasuire. Piuliei rotitoare i se anuleaz micarea de translaie, n acest fel fiind solidar cu corpul cricului, printr-un tift filetat cu cep. ntregul mecanism de acionare mpreun cu roata de clichet sunt fixate pe piulia rotitoare cu ajutorul unui inel elastic.

7

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

1.4 Caracteristici funcionale impuseDispozitivul trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii funcionale: mnuire, antrenare, manipulare uoar ; gabarit ct mai redus ; curse utile ct mai mici ; siguran n funcionare ; posibiliti de producere a accidentelor ct mai reduse ; posibilitatea mnuirii fr a necesita scule sau dispozitive speciale.

1.5 Materiale folositeLa alegerea materialelor n primul rnd s-a inut seama de fiabilitate i durabilitate. Astfel pentru urub s-a ales OLC 45, material, care posed caliti mecanice suficient de bune i se poate prelucra uor. Piulia s-a proiectat n aa fel nct uzura s fie concentrat asupra ei, deoarece este o pies mai puin costisitoare de realizat dect urubul. Materialul ales este CuSn12-clit, alegndu-se acest material pentru c prezint cele mai favorabile caliti. Deoarece prin alegerea acestui material piulia este destinat s preia cea mai mare parte din uzura flancurilor filetului, n caz de uzur nlocuindu-se doar piulia i nu ntregul ansamblu urub-piuli. Restul materialelor au fost alese dup criteriul rezistenei, a preului de cost ct mai sczut i n acord cu standardele n vigoare.

1.6 FuncionareLa rotirea manivelei micarea se transmite prin piuli, care se sprijin pe rulment, la urub. Acesta va face o micare de translaie, cu ajutorul cruia se deplaseaz cupa.

1.7 Indici de exploatare, reglaj i ntreinereDispozitivul se va manevra de ctre un singur muncitor, nefiind permis pentru manipulare folosirea altor evi, bare, prelungitoare dect cele prevzute de proiectant, sau a sistemelor de prghii. Este indicat, ca dispozitivul s fie montat pe suprafee ct mai plane i orizontale.

8

ORGANE DE MAINI

Dispozitivul se va folosi pentru sarcini i dimensiuni nu mai mari dect cele pentru care a fost

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

proiectat. Se vor verifica periodic flancurile filetului, iar n caz c se constat uzura acestora, se va schimba piulia sau urubul dac este cazul. Dup terminarea lucrului dispozitivul se va cura, suprafeele funcionale se vor unge cu unsoare consistent de uz general.

1.8 Tolerane, rugoziti i condiii tehnice impusePiesele cmponente ale mecanismului nefiind piese de nalt precizie, s-a ales din clase de precizie mari. Pentru ajustajul filetat s-a ales precizia 8H/8e, fiind n acord cu destinaia dispozitivului i tehnologia de execuie. Celelalte tolerane la dimensiuni s-au ales conform unor clase i precizii medii sau chiar grosolane, deoarece s-a considerat c nu este necesar impunerea unor precizii mai mari. Toleranele s-au stabilit pe acelai criteriu, fiind impuse numai acolo unde ar fi existat pericolul unor disfuncii la montare, demontare i n funcionare. Rugozitile s-au prescris n funcie de procedeele tehnologice asupra crora s-a optat pentru prelucrarea pieselor componente ale dispozitivului. Condiiile tehnice impuse sunt urmtoarele: suprafeele funcionale i ansamblele componente se vor unge cu unsoare consistent; suprafeele nefuncionale se protejeaz printr-un strat de vopsea; pe suprafeele pieselor turnate nu se admit urme de nisip, zgur sau bravuri provenite din turnare; muchiile necotate se vor tei la 45

1.9 Norme de protecia munciiPentru a evita accidentele, proiectantul a luat urmtoarele msuri : verificarea urubului la solicitri compuse; asigurarea cupei printr-un tift; asigurarea mecanismului de acionare printr-un inel elastic; limitarea cursei; asigurarea piuliei rotitoare printr-un tif filetat cu cep; utilizare de materiale corespunztoare; verificarea naintea livrrii.

Msuri impuse beneficiarului :

9

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

trebuie respectate regulile de protecie a muncii din atelierul de producie ; personalul de lucru trebuie s fie instruit corespunztor; utlizarea cricului numai pe fundaii cu o rigiditate mai mare sau cel putin egal, cu tipul de

fundatie care a fost luat n calcul la momentul proiectrii ; dispozitivul de strngere nu se va supune la ocuri i lovituri directe; la apariia unei defeciuni se va retrage dispozitivul din lucru i se va nlocui piesa defect ; asamblarea urub-piuli se va unge periodic cu unsoare consistent tip U 80.

1.10 RodajulSe recomand urmtoarea schem de rodaj pentru ansamblul urub-piuli. Rodajul are loc n ambele sensuri, deoarece cricul va lucra n exploatere n ambele sensuri. Dac nu se constat defecte (frecare prea mare, chiar gripare), cricul se supune unor ncercri peste cele de regim. Ungerea filetului urubului i a piuliei n timpul rodajului se execut cu lubrifiantul prevzut mai nainte. Dup rodaj cricul se cur de praful metalic rezultat n urma rodajului i de ulei. Se verific cu atenie filetele celor doua piese (urub respectiv piuli) Dup terminarea rodajului se trece la ncercri de control, ele se execut de asemenea la diferite ncrcri. La ncrcarea de regim se msoar i randamentul, care permite a se verifica obiectiv economicitatea, calitatea prelucrrii i montajul.

10

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

2. Memoriul justificativ de calcul2.1 Consideraii generalen general mecanismele cu urub i piuli se utilizeaz n dispozitivele unde este necesar transformarea micrii de rotaie n micare de translaie i invers. n cazul cricului cu piuli rotitoare, dup cum se vede i dup denumire, la acionarea mecanismului cu clichet, acesta va roti piulia care va determina, n funcie de sensul de rotaie, ridicarea sau coborrea urubului. Avantajele principale ale asamblrilor filetate sunt : permit construcii foarte variate n forme compacte; au montare i demontare uoar; construcie simpl i tehnologie de execuie uor realizabil; posibilitatea de transmitere a unor sarcini axiale mari utiliznd fore de acionare mici; raport mare de transmitere care duce la viteze mici; gabarit redus; funcionare lin i fr zgomot ; posibilitatea de a asigura n mod simplu autofrnarea; permite utilizarea materialelor ieftine; pre de cost sczut. necesit asigurare mpotriva autodesfacerii; uzura flancurilor introduce jocuri; existena unei frecri mari ntre spirele filetului urubului i piuliei conduce la uzura pieselor i la un randament sczut ; prezena unor puternici concentratori de tensiune n zona filetat afecteaz rezistena la oboseal a urubului ; necunoaterea exact a forelor de strngere.

ntre dezavantajele mecanimelor cu uruburi de micare se menioneaz :

2.2 Alegerea materialului pentru urub i pentru piuliAlegerea materialului pentru urubul de for i piuli ca elemente ale mecanismelor cu urub depinde de mai muli factori: caracteristicile mecanice ale materialului;

11

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

-

asigurarea condiiilor funcionale, tehnologice i economice n modul cel mai fovorabil; fiabilitatea optim n contextul unor cheltuieli de producie minim. Caracteristicile mecanice ale materialului pentru urubul i piulia din construcia mecanismelor

cu surub sunt: (Rp0.2) - limita de curgere (Rm) (A) (E) - rezistena de rupere la traciune - alungirea relativ la rupere - modulul de elasticitate

Fora maxim la care trebuie s reziste cricul este de F=17900 N i s-a ncercat realizarea unui cric cu dimensiuni de gabarit ct mai mici. Pentru a reduce diametrul urubului de for s-a ales materialul OLC45 (tratat termic prin normalizare) avnd urmtoarele caracteristici : Solicitri cu concentratori de tensiune: -

[ ] rezistena la ncovoiere = 72...78[N / mm ] rezistena la rsucire = 38...42[N / mm ] rezistena la forfecare = 52[N / mm ]rezistena la traciune at = ac = 65 N / mm 22 ai

2

at

2

af

Solicitari fr concentratori de tensiune: Caracteristicile mecanice pentru OLC45 sunt: rezistena la traciune Rm = min 610 N / mm 2 limita de curgere R po = 360 N / mm 2 alungirea la rupere A = 18% traciune at = ac = 180 N / mm 2 ncovoiere ai = 207 N / mm 2 rsucire at = 117 N / mm 2

[

]

[

]

[

]

forfecare af = 144 N / mm 2

[

][ ]

[

]

Piulia ca element component al cuplei de frecare urub-piuli din mecanismul cu urub, este indicat a fi astfel construit nct uzura s fie concentrat asupra ei. Astfel se recomand ca materialul ales pentru piuli s aiba modulul de elasticitate mai mic dect cel al materialului urubului, ceea ce are

12

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

ca efect uniformitatea repartizrii sarcinii pe spire, mbuntirea comportrii la oboseal i ca urmare creterea duratei de funcionare. Trebuie inut seama i de faptul c la o utilizare ndelungat piesele se vor uza, i de aceea se prefer uzura piuliei, fiine o pies mai ieftin i mai uor de nlocuit. Pentru piuli s-a ales un bronz calit CuSn12 care are urmtoarele caracteristici: Solicitri cu concentratori de tensiune: rezistena la traciune at = 32 N / mm 2

[

]

rezistena la compresiune ac = 32 N / mm 2 rezistena la ncovoiere ai = 32 N / mm 2 rezistena la rsucire at = 22 N / mm 2

[

]

[

]

[

]

Solicitri fr concentratori de tensiune: rezistena la traciune at = 88 N / mm 2

[

]]

rezistena la compresiune ac = 88 N / mm 2 rezistena la ncovoiere ai = 88 N / mm 2 rezistena la rsucire at = 62 N / mm 2

[

[

]]

[

][

Caracteristicile mecanice pentru CuSn12 rezistena minim la traciune Rm = 250 N / mm 2 duritatea Brinell HB = 90 alungirea la rupere A = 5%

2.3 Alegerea profilului filetuluiPentru uruburile de micare se poate utiliza doar filetul cilindric cu diferite profile: ptrat, trapezoidal, ferstru i rotund cu diferite pasuri. Cu ct pasul este mai fin, cu att autofrnarea este mai bun ns i deplasarea urubului, la o rotaie de 360 a piuliei, va fi mai mic. Deci cu ct pasul este mai mic, iFigura 3

13

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

randamentul este mai mic. Ins, pasul fin are avantajele sale, pentru c fiind mai fin, la filetare cuitul nu intr aa de adnc n material i urubul poate fi mai subire. De aceea trebuie gsit echilibrul optim ntre gabarit i performane. Pentru mecanismele cu urub i piuli, deci i pentru cricul cu pili rotioare, care transmit sarcini mari, n ambele sensuri, direcia forei fiind variabil, se recomand utilizarea filetelor trapezoidale. Filetul trapezoidal are o rezisten i o rigiditate mai mare decat filetul ptrat. Folosirea piuliei reglabile radial permite eliminarea jocului axial creat n urma uzrii flancurilor, avantaj care impune filetul trapezoidal ca principal soluie pentru cric. Filetul trapezoidal asigur o bun centreare ntre urub i piulia i se poate executa prin procedeul de frzare (care este foarte productiv). n cazul cricurilor, la acionare avem nevoie de autofrnare, deci, numrul de nceputuri impus va fi 1.

2.4 Calculul diametrului mediu al filetuluiValoarea forei maxime la care va fi supus cricul este de F=17900 N, iar cricul va avea o curs maxim de hmax = 200 mm . Relaia cu care vom determina diametrul mediu al urubului de for este:

d2 =unde: d 2 este diametrul mediu al urubului,

F h m q a

h =

H1 fiind un factor dimensional (H 1 reprezint nlimea util a filetului, P reprezint pasun) P

care pentru filetul trapezoidal va fi h =0.5m = m reprezint factorul de lungime al piuliei i va avea valoarea m = 1.8 d2

qa reprezint rezistena admisibil la strivire pentru cupla de material oel-bronz i va avea valoarea qa =12.5 N/mm2

d2 =

17900 F = = 22.51 [mm] 3.14 * 0.5 * 1.8 * 12.5 h m q a

Din STAS rezult d 2 STAS = 23.50mm , care ne va conduce la alegerea urubului de for cu urmtoarele caracteristici: diametrul nominal d = D = 26 mm14

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

pasul filetului, P = 5 mm diametrul mediu, d 2 = D 2 = 23.5 mm diametrul exterior, D 4 =26.5 mm diametrul interior, d 3 = 20.5 mm diametrul interior, D 1 = 21mm notaie: Tr26x5.

2.4.1 Calcularea elementelor geometrice pentru filetul trapezoidal :1 2

z=0.25*P=

=1.25

R 1max =0.5*a c = 0.125 a c =0.25 pentru 2 P 5 D 2 = d 2z = d 0.5P = 23.5 = d 2 ; D 1 = d - 2H 1 = d P = 21; D 4 = d + 2a c = 26.5; d 3 = d 2h 3 = d P 2a c = 20.5; H 1 = 0.5 P = 0.5*5 = 2.5; H = 1.866 P = 1.866*5 = 9.33; h 3 = 0.5P + a c = 2.75 = H 4 ; n cazul cricului cu piuli rotitoare, piulia execut o micare de rotaie iar urubul o micare de translaie. n figura 4 sunt prezentate disgramele de fore i de momente care apar la lucrul sub sarcin al cricului.F

Cupa (1) F Mt

F

urub (2) Mt

Piulia rotitoare (3) F Mt

F

Corp (4) Mt

0.5M 32 F L 0.5M 32 F M tot M" 23

Fm F 0.5M 32 M' +M" = M23 23 23 M24 = 0.5M32 M' 23 M43

M34 M24

F

M23 = Mt1 M34 = Mt2

Figura 4

15

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

2.5 Dimensionarea piuliei rotitoareDiametrul extrerior al piuliei rotitoare se va determina cu relaia: D e = D r + (46) mm Unde D r este diametrul rulmentului axial cu bile, pe un rnd cu simplu efect cu aibe plane, pe care se sprijin piulia rotioare. Din STAS se alege un rulment axial cu bile (figura 6) cu diametrul mai mare dect diametrul nominal al urubului de for i C o mai mare dect sarcina maxim a cricului. n acest fel se alege rulmentul 51106 din STAS 3291-80 cu urmatoarele dimensiuni:Figura 5

D = 47 mm = d 1 ; d = 30 mm; T = 11 mm= H;

C o = 29.3 mm; D 1min =30.2 mm;

Figura 6

n urma alegerii rulmentului se poate determina diametrul exterior al piuliei rotitoare: D e = D r + 5 = 47 + 5 = 52 mm16

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

2.6 Calculul numrului de spire n contactPentru determinarea numrului de spire n contact se va folosi urmtoarea formul:z= 17900 F = = 7.75 d 2 H 1 q a 3.14 * 23.50 * 2.5 *12.5

Din calcule se obine de z = 7.75. Se cunoate faptul c numrul de spire n contact se recomand a fi ntre 6 i 10. Se alege astfel valoarea de z = 8 spire n contact.

2.7 Calculul lungimii piulieiDeterminarea lungimii piuliei se face n funcie de numrul de spire n contact, z, astfel : m = z * P = 8 * 5 = 40 mm

2.8 Verificarea autofrnrii P m = arctg d care reprezint unghiul de nclinare al elicei pe cilindrul de diametru d 2 2 Unghiul de frecare = arctg cos unde =0,1.0,18, este coeficientul de frecare pentru 1 cuplul de materiale i calitatea ungerii, iar 1 este unghiul de nclinare al flancului activ al filetului, care este 1 = 15 (filet trapezoidal). In urma calculelor se obin urmtoarele valori:5 = 3.87 ; 3.14 * 23..50

m = arctg = arctg

0.12 = 7.08 . cos15

Este cunoscut condiia de autofrnare, i anume, m < , care dup cum se observ din calcule este ndeplinit, i deci condiia de autofrnare este ndeplinit.

17

ORGANE DE MAINI

Dup ce au fost calculate principalele cote ale urubului de for i a piuliei rotitoare, i a fost ales

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

din STAS rulmentul pe care se va sprijinii piulia, se va face o reprezentare la scara 1 :1 (figura 6), pentru verificarea posibilitii de montaj a acestora.

Figura 7

18

ORGANE DE MAINI

CRIC CU PIULI ROTITOARE

PROIECT

2.9 Calculul lungimii filetuluiLungimea filetului de for se calculeaz cu formula : L f = h + m + T + 3P [mm] unde h este cursa maxim n mm m lungimea filetului piuliei n mm ; T gabaritul axial al rulmentului n mm ; P pasul filetului n mm. L f = h + m + T + 3P = 200 + 40 + 11 + 3*5 = 266 mm

2.10 Proiectarea extremitilor urubului principal2.10.1 Proiectarea extremitii superioareFigura 8

Calculul cupei

Pentru calculul cupei se va porni de la diametrul interior al urubului, n funcie de care vom alege diametrul exterior al capului urubului n poriunea n care se va fixa cupa, mai mic dect acest diametru. D CS