Curs Organe de Masini Filete

23
Mecanisme şi Organe de Maşini Asamblări filetate

Transcript of Curs Organe de Masini Filete

Page 1: Curs Organe de Masini Filete

Mecanisme şi Organe de Maşini

Asamblări filetate

Page 2: Curs Organe de Masini Filete

6.1. GeneralităŃi, clasificare

6.1.1. GeneralităŃiAsamblările filetate sunt cele mai utilizate asamblări demontabile realizându-se

ansambluri complexe şi extrem de variate .Asamblările permit dezvoltarea de aplicaŃii care să realizeze:- forŃe de strângere mari, prin aplicarea de forŃe de acŃionare relativ mici;- deplasări de piese voluminoase sau supuse la încărcari mari;- transformarea mişcării de rotaŃie în mişcare de translaŃie şi invers;- reglaj;- măsurare.Cunoaşterea acestor tipuri de organe de maşini este extrem de importantă datorită

numărului mari de aplicaŃii la care acestea sunt utilizate.Exemplu: în cazul unui avion de mari dimensiuni (Airbus, Boeing, etc.) numărul de

asamblări cu şuruburi este de 2,4· 106 şuruburi.Elementele unei asamblări sunt:- şurubul - piesa tip arbore care are înfăşurat pe suprafaŃa exterioară, după o curbă

elicoidală, un profil (de formă triunghiulară, trapezoidală, pătrată, rotundă, etc.) numit filet;- piuliŃa – piesă tip bucşă care are înfăşurat pe suprafaŃa interioară un profil similar cu

cel al şurubului.

Page 3: Curs Organe de Masini Filete

6.1. GeneralităŃi, clasificare

În cadrul asamblărilor filetate se disting următoarele situaŃii:• asamblare şurub-piuliŃă unde, prin rotirea uneia dintre piese (şurubul sau

piuliŃa), piesa conjugată capătă o deplasare axială, realizându-se strângerea pieselor cuprinse de asamblare;

• asamblare şurub într-o gaură filetată a unei piese unde prin rotirea şurubului acesta se deplasează axial fixând piesa cuprinsă de acesta.

• asamblare şurub fără cap (prezon) înşurubat în piesa de bază; Prin înşurubarea piuliŃei se realizează strângerea celor două piese.

Principial acŃiunea şurubului este similară cu cea a unei pene, ambele bazându-se pe efectul planului înclinat.

Page 4: Curs Organe de Masini Filete

6.1. GeneralităŃi, clasificare

6.1.2. Filete

Filetul este un profil obŃinut prin înfăşurarea unui contur poligonal de o anumită formă, pe o curbă directoare (curba elicoidală). Aceasta se obŃine prin înfăşurarea unui plan înclinat pe un cilindru cu diametru d3.

Mărimile caracteristice ale curbei elicoidale (spirei filetului) sunt:• pasul p, reprezintă distanŃa pe înălŃime parcursă de spiră în jurul

cilindrului de bază la o rotire cu 360º;• unghiul de înclinare a spirei β, este dat de relaŃia

Profilul care este lăsat să alunece pe această elice şi care va genera filetul se numeşte profil generator. Forma acestor profile generatoare sunt: triunghiular, pătrat, trapezoidal, rotund.

3d

ptg

πβ =

Page 5: Curs Organe de Masini Filete

6.1. GeneralităŃi, clasificare♦ Tipuri de filete:● Filetul triunghiular- execuŃie uşoară;- rezistenŃă mecanică bună;- autodesfacere redusă.Utilizare: pentru şuruburi careformează asamblări permanente● Filetul pătrat- execuŃie pretenŃiosă;- rezistenŃă mecanică redusă;- randament ridicat;Utilizare: şuruburi de mişcare, având tendinŃa să fie înlocuite de filetele trapezoidale.● Filetul trapezoidal- rezistenŃă superioară filetului pătrat;-randament comparabil cu cel al filetului pătrat;- execuŃie mai uşoară decât a filetului pătrat.Utilizare: şuruburile de mişcare● Filetul rotund-rezistenŃă mare la şocuri;- funcŃionare în medii cu impurităŃi;-preŃ de cost ridicat.Utilizare: în electrotehnică (duliile becurilor) şi la piese supuse laşocuri sau posibile

deteriorări (şuruburi pentru material rulant).

Page 6: Curs Organe de Masini Filete

6.1. GeneralităŃi, clasificare♦ Clasificare a filetelor

metricinch

Sistemul de măsură

pas marepas normalpas fin

FineŃea pasului

cilindricconic

Forma corpului de înfăşurare,

un începutdouă sau mai multe începuturi

Numărul de începuturi,

dreaptastânga

DirecŃia de înfăsurare,

Criteriul

Page 7: Curs Organe de Masini Filete

6.1. GeneralităŃi, clasificare

6.1.2.1. Filetul metric

Filetul metric sau filetul conform sistemului international (SI) a fost definit în anul 1898 la Congresul de la Zurich. Caracteristicile geometrice ale acestuia sunt următoarele:

d- diametrul exterior care delimitează vârfurile filetulul şi reprezintă diametrul nominal;d1- diametrul interior al filetului corespunzător cercului de bază;d2- diametrul mediu

p- pasul filetului;H- înălŃimea profilului primitivα- unghiul la vârf al prfilului primitiv α = 60º.Pentru piuliŃă diametrele corespunzătoare sunt D, D1, D2. În cazul ueni asamblăridiametrele medii ale filetelor sunt egaleD2= d2Filetele metrice se simbolizează asfel/;

( ) 2/12ddd +=

pH 0866=

Page 8: Curs Organe de Masini Filete

6.1. GeneralităŃi, clasificare

6.1.2.2. Filetul Whitworth

Filetul Whitworth este un filet definit în Marea Britanie în jurul anului 1840 şi se caracterizează prin următorii parametri:

- înălŃimea teoretică

- pasul

unde z- numărul de spire- unghiul la vârf al spirei

pt 96049,0=

zp

4,25=

°= 55α

Page 9: Curs Organe de Masini Filete

6.2. Şuruburi, piuliŃe şi şaibe

Şuruburile sunt organe de maşini formate dintr-o tijă filetată care are la capătul nefiletat un element de blocare şi de acŃionare (capul şurubului).

PiuliŃele sunt piese mamă filetate care prin înşurubare pe şurub, au rolul de a fixa piesele cuprinse în asamblare.

6.2.1. Clasificare şuruburilor

● Rolul funcŃional.a) Şuruburi de fixare (de strângere) care se utilizează pentru asamblări.b) Şuruburi de reglare utilizate pentru fixarea poziŃiei relative a unor piese, figura 9.8, b

(exemple: dispozitive de reglare a curselor subansamblurilor mecanice, închiderea-deschiderea contactelor electrice, etc.).

c) Şuruburi de mişcare folosite pentru transformarea mişcării de rotaŃie în mişcare de translaŃie şi invers, (exemple: şurubul conducător al strugurilor, suruburi pentru prese, cricuri, etc.).

d) Şuruburi pentru măsurare folosite la dispozitivele de măsură (exemplu: şurubul micrometrelor).

e) Şuruburi cu destinaŃie specială.

Page 10: Curs Organe de Masini Filete

6.2. Şuruburi, piuliŃe şi şaibe● Forma şuruburilor. Şuruburile au următoarele zone caracteristice:- Capetele şuruburilor

Acestea au rolul de blocarea deplasării axiale a şurubului sau de antrenare a acestuia,cu ajutorul cheilor sauşurubelniŃelor;

- Tijele şuruburilor;Există următoarele forme de tije ale şuruburilor:a- tijă filetată până sub cap;b- tijă filetată parŃial cu diametrul identic cu diametrulnominal al părŃii filetate;c- tijă filetată parŃial cu diametrul mai mare decâtDiametrul nominal al părŃii filetate;d, e - tije filetate parŃial cu degajare - Vârfurile şuruburilor

Partea teminală a şuruburilor poatesă aibă formele următoare.

Page 11: Curs Organe de Masini Filete

6.2. Şuruburi, piuliŃe şi şaibe

6.2.2. PiuliŃePiuliŃele, ca şi capetele de şuruburi au forme extrem de variate, în funcŃie de

scop, spaŃiu disponibil, sistem de asigurare. Din punct de vedere al claselor de execuŃie acestea se realizează în trei clase de execuŃie: uzuală, semiprecisă şi precisă. PiuliŃa hexagonală, ca cea mai utilizată, se execută în urmatoarele forme: înaltă, hoasă, cu o singură faŃă sau cu ambele feŃe teşite. În figura sunt prezentate diferite forme de piuliŃe utilizate pentru realizarea asamblărilor.

Page 12: Curs Organe de Masini Filete

6.2. Şuruburi, piuliŃe şi şaibe

9.2.3. Elemente de asigurareÎn timpul funcŃionării sistemelor mecanice, datorită forŃelor dinamice şi vibraŃiilor,

asamblările au tendinŃa să se desfacă. Din acest motiv asamblările au nevoie de elemente de asigurare împotriva desfacerii.

Principalele elemente de asigurare împotriva desfacerii piuliŃelor sunt:• contrapiuliŃele;• cuiele spintecate;• şaibele de siguranŃă;• forme speciale alesuprafeŃei de aşezare a piuliŃelor;• piuliŃe cu elemente de blocareîncorporate;

Page 13: Curs Organe de Masini Filete

6.3. Materiale şi tehnologie de execuŃie

Parametri privind alegerea unui material folosit la execuŃia şuruburilor şi piuliŃelor:• sarcina la care funcŃionează asamblarea;• condiŃiile de funcŃionare( mediu, temperatură, umiditate);• limita de curgere a materialului ;• raportul dintre limita de curgere şi limita de rupere ;• prelucrabilitatea şi tehnologiile utilizate pentru execuŃia lor;• proprietăŃi speciale;

● OŃelurile. Din oŃeluri se execută majoritatea şuruburilor şi piuliŃelor. OŃelurile cele mai utilizate sunt:

- oŃeluri carbon de uz general OL37, OL42, OL50, OL60;- oŃeluri carbon de calitate de cementare (OLC15) şi îmbunătăŃire (OLC35, OLC45);- oŃeluri pentru automate;- oŃeluri aliate de cementare (19CN35) şi îmbunătăŃire (41MoC11);- oŃeluri cu proprietaŃi speciale, rezistente la coroziune (inoxidabile) şi refractare.Din punct de vedere a rezistenŃei şi definirea caracteristicilor fizico-mecanice, şuruburile

sunt împărŃite pe grupe de rezistenŃă. Simbolurile sunt grupuri de cifre şi litere.Pentru şuruburi simbolizarea se face prin două cifre

Exemplu: pentru şuruburi grupa 6.8 rezistenŃa la rupere σr este de 600 MPa şi limita de curgere σc este de 200 MPa.

Pentru piuliŃe simbolizarea se face printr-o singură cifră

Exemplu: pentru piuliŃe grupa 5 rezistenŃa la rupere σr este de 500 MPa.

Page 14: Curs Organe de Masini Filete

6.3. Materiale şi tehnologie de execuŃie

● Alamele şi aliajele de aluminiu şi magneziu Acestea sunt utilizate, datorită proprietăŃii de conductibilitate electrică, în industria electrotehnică, pentru asamblarea componentelor electoconductoare.

● Aliaje de nichel. Aceste aliaje sunt utilizate pentru şuruburi care funcŃionează în medii corozive.

● Aliaje de titan şi beriliu sunt folosite în cazul asamblărilor la care se impun cerinŃe de greutate redusă.

● Materialele plastice. Acestea sunt utilizate în urmatoarele scopuri:

- impunerea de condiŃii de izolaŃie electrică, umiditate, rezistenŃă la agenŃi corozivi;

- elemente de asamblare pentru piese cu rezistenŃă mecanică mică şi casante (obiecte sanitare) sau în industria bunurilor de larg consum;

- elemente de protecŃie contra zgârieturilor;

- elemente de etanşare (şaibe de etaşare), datorită capacităŃii de deformare a acestora

Page 15: Curs Organe de Masini Filete

6.4. Randamentul şuruburilor

6.4.1. Randamentul asamblării filetateStrângerea unui ansamblu şurub-piuliŃă sau a unui şurub într-o gaură filetată, sau

ridicarea unei sarcini de către un dispozitiv de ridicare, este similară cu deplasarea unui corp pe un plan înclinat. Asupra corpului acŃionează următoarele forŃe:

• sarcina care acŃioneză vertical F reprezentând forŃa de strângere;• forŃa de împingere orizontală FH reprezentând forŃa tangenŃială de rotire a piuliŃei;• forŃa de frecare Ff;Randamentul mecanic al asamblării, la o rotaŃie completă a piuliŃei, este

în care Lu – lucurul mecanic util;Lc – lucrul mecanic consumat;Din figură rezultă următoarele:

unde φ este unghiul de frecare şi µ coeficientul de frecare

În cazul desfacerii asamblărilor sau coborârii unui corp cu ajutorul cricului, randamentul este

( )2/2 2dF

pF

L

L

Hc

u

πη

⋅==

βπ tgdp ⋅⋅= 2

( )ϕβ +⋅= tgFFH

ϕµ tg= µϕ arctg=

( ) ( )ϕβ

β

πϕβ

βπη

+=

⋅⋅+⋅

⋅⋅⋅=

tg

tg

dtgF

tgdF

2

2

( )β

ϕβη

tg

tg −=

Page 16: Curs Organe de Masini Filete

6.5. Autodesfacerea piuliŃelor şi şuruburilorUnul din principalele dezavantaje ale asamblărilor filetate este că, în timpul funcŃionării sistemelor mecanice,

apare tendinŃa de slăbire a asamblărilor filetate şi la final desfacerea acestora. Prin procesul de proiectate asamblările filetate au un unghi de înclinare a spirei filetului β suficient de mic şi

un coeficient de frecare suficient de mare pentru a se realiza, în condiŃii statice, autoblocarea.În condiŃii reale, asupra asamblărilor acŃionează diferiŃi factori care favorizează desfacerea asamblării.

●● Factori dependenFactori dependenŃŃi de asamblarei de asamblare. Aceştia sunt:▪ unghiul de înclinare al elicei filetului surubului; Filetele cu pas mare au tendinŃa de desfacere mai mare decât cele cu pas fin.▪ strângerea iniŃială; Cu cât strângerea iniŃială este mai mare cu atât autodesfacerea este mai redusă.▪ calitatea suprafeŃelor; Dacă suprafeŃele de contact din zonele de strângere au rugozităŃi prea mici (suprafeŃe prea fine) sau prea mari (suprafeŃe rugoase) apar următoarele fenomene:

- în cazul rugozităŃilor prea mici, coeficientul de frecare dintre capul şurubului sau piuliŃei şi piesă este mic şi apar alunecări între cele două suprafeŃe, slăvind asamblarea;

- în cazul rugozităŃilor prea mari, în zona de contact apar deformaŃii plastice care modifică strângerea iniŃială şi slabesc asamblarea.

▪ tratamentele termice; Prin tratarea termică a pieselor în contact cresc parametri fizico-mecanici, dispar deformaŃiile plastice şi menŃin forŃa iniŃilă de strângere.▪ coeficientul de frecare; Prin creşterea coeficientului de frecare dintre suprafeŃe creşte rezistenŃa la desfacere.

●● Factori externiFactori externi.. Principalii factori externi de influenŃă sunt:• forŃele dinamice interne şi externe;• vibraŃiile;• dilatare diferenŃiată între şurub şi piuliŃă;• dilataŃii şi contracŃii repetate;Pentru evitarea autodesfacerii se apelează la soluŃii de blocare a asamblării cum ar fi:

- utilizarea contrapiuliŃelor, a cuielor spintecate, a şaibelor de asigurare cu umăr, a şaibelor de blocare, conta autodesfacerii a piuliŃelor- utilizarea şaibelor de siguranŃă;- folosirea de piuliŃe autoblocante (ovalizate, cu pas modificat, cu element de asigurare din alt material);- folosirea de materiale (lacuri, vopsele, grunduri, geluri) care prin întărire blochează autodesfacerea.

Page 17: Curs Organe de Masini Filete

6.6. Solicitări şi calculul asamblărilor filetate

6.6.1. Şuruburi supuse la forŃe axiale centriceÎn cazul şuruburilor cu filet triunghiular supuse la forŃe axiale centrice, determinarea solicitărilor principale se determină

pe baza următoarelor ipoteze:• forŃa de calcul F acŃionează pe direcŃia axei şurubului;• sarcina este repartizată uniform pe numărul de spire, fiecare spiră preluînd F/z din sarcină;• încărcarea care acŃionează pe o spiră este uniform distribuită pe suprafaŃa de contact.Solicitările principale care apar sunt: tracŃiune sau compresiune în şurub; strivire sau presiune de contact pe flacul

spirelor; încovoiere şi forfecare în spira filetului în spira filetului♦ Solicitarea şurubului la tracŃiune sau compresiuneConform relaŃiile din figură efortul unitar axial este dat de relaŃia

unde: d1 este diametrul interior al surubului şi σat,c – rezistenŃa admisibilă la tracŃiune respectiv compresiune.Se dimensionează diametrul interior al filetului

♦ Solicitarea spirei filetului la strivire (presiune de contact)Pe baza ipotezelor şi a notaŃiilor din figură, solicitarea filetului la strivire este♦ Determinarea înălŃimii piuliŃeiPe baza condiŃiei de egală rezistenŃă a tijeişurubului la tracŃiune si a filetului la strivire

numarul de spire z este

catctd

F,2

1

,

πσ ≤=

cat

Fd

,

1

4

πσ=

( ) asszdd

πσ ≤

−=

2

1

2

4

ascat zHdd σπσπ

12,

2

14

=

as

cat

Hd

dz

σ

σ ,

12

2

1

4= pzm ⋅=

Page 18: Curs Organe de Masini Filete

6.6. Solicitări şi calculul asamblărilor filetate6.6.2. Şuruburi supuse la forŃe transversaleSe consideră solicitarea transversală a unui şurub, forŃa exterioară acŃionând perpendicular pe axa

şurubului (cazul şuruburilor pentru asamblarea flanşelor).

♦ Şuruburi montate cu jocSe consideră cuplajul din figură. În cazul şuruburilor montate cu joc transmiterea momentului de

torsiune Mt se realizează prin intermediul forŃelor de frecare Ff dintre cele două flanşe ale cuplajului. ForŃele de frecare se datoresc forŃelor de strângere Fa din şuruburi.

Şurubul se dimensionează pe baza condiŃiei de rezistenŃă la tracŃiune, forŃa de tracŃiune fiind Fa.Considerându-se ca dată de intrare momentul de torsiune, forŃa tangenŃială este

CondiŃia de transmitere a cuplului este

Dacă se consideră că axială este forŃă normală pentru forŃa de frecare, valoarea acesteia este

unde β este coeficient de majorare a forŃei pentru a se asigura evitarea alunecării β = 1,2...2Efortul unitar de tracŃiune din şurub este dat de relaŃia urmatoare:

unde n- numărul de şuruburi.diametrul interior al filetuluişurubului

02 DMF tt =

tf MM ≥

af FF µβ =⋅

at

aa

tnd

F

A

πσ ≤==

2

1

4

at

t

D

Md

σµπ 0

1

8=

Page 19: Curs Organe de Masini Filete

6.6. Solicitări şi calculul asamblărilor filetate♦ Şuruburi montate făra joc (pasuite)În cazul suruburilor montate fără joc transmiterea momentului de torsiune Mt se

realizează prin intermediul şuruburilor care preiau întregul efort. Solicitările care apar în surub sunt forfecare şi strivire.

● Solicitarea la forfecare. Solicitarea de forfecare apare în secŃiunea planului de separaŃie acelor două flanşe. Efortul unitar lde forfecare este

Considerind

si n –numărul de şuruburi, diametrul interior al şurubului este

● Solicitarea de strivire. Strivirea apare între suprafeŃele laterale ale şurubului şi flanşelor. Efortul unitar de strivire este dat de relaŃia

RelaŃia reprezinta relaŃie deVerificare dar poate fi utilizatăPentru dimensionarea lăŃimiih a flanşei.

af

t

f

t

fnd

F

A

πτ ≤==

2

1

4

02 DMF tt =

af

t

nD

Md

τπ 0

1

8=

as

tt

s

t

shndD

M

dhn

F

A

Fσσ ≤===

0

2

Page 20: Curs Organe de Masini Filete

6.7. Chei pentru strângerea şuruburilor şi piuliŃelorCheile sunt scule pentru strângerea şi desfacerea şuruburilor si piuliŃelor. Arestea au o

diversitate mare de forme si dimensiuni, în funcŃie de următoarele criterii:- forma capului şurubului sau piuliŃei;- mărimea acestora;- forma tehnologică necesară pentru accesul în diferitele zone de lucru;- gabaritul de manevră.Există două categorii mari de chei:- chei fixe;- capete profilete- chei cu deschidere reglabilă.

9.6.1. Chei fixeCheile fixe sunt cele mai răspândite chei utilizate pentru strânferea sau desfacerea

suruburilor. Acestea sunt de mai multe tipuri.▪ Chei deschise sunt folosite pentru şuruburi si piuliŃe hexagonale şi pătrate. Acestea sunt

simple şi duble care au la un capăt o dimensiune şi la celălalt altă dimensiune. ▪ Cheile inelare simple sau duble au profil identic cu cel al capului surubului. Acestea sunt

folosite de obicei pentru şuruburi sau piuliŃe cu formă hexagonală, pătrată. Avantajul acestor tipuri de chei este că presiunea de contact nu se repartizează numai pe două feŃe ca în cazul cheilor deschise ci pe toate suprafeŃele poligonului. Acestea sunt drepte sau curbe.

▪ Cheile tubulare au profilul identic cu al capului şurubului. Acestea au avantajul că pot desface şuruburi care au capul îngropat.

▪ Chei hexagonale sunt utilizate pentru acŃionarea şuruburilor cu locaş hexagonal (imbus).▪ Chei pentru piuliŃe rotunde a căror formă depinde de forma piuliŃei.- chei pentru piuliŃe canelate sau găurite radial;- chei pentru piuliŃe crenelate;- chei pentru piuliŃe găurite axial.

Page 21: Curs Organe de Masini Filete

6.7. Chei pentru strângerea şuruburilor şi piuliŃelor

Page 22: Curs Organe de Masini Filete

6.7. Chei pentru strângerea şuruburilor şi piuliŃelor

9.6.2 Capete profilateCapetele profilete pot fi încadrate în categoria capetelor de şurubelniŃă întrucât

majoritatea acestora sunt acŃionate cu ajutorul mânerelor sau maşinilor de înşurubat tip şurubelniŃă. Capetele profilete au o diversitate foarte mare, în funcŃie de tipul de cap de şurub care urmează să fie acŃionat. În general cuplul de strângere este relativ mic, aceasă categorie de capete de înşurubare neputând să fie utilizate la forŃe de strângere mari.

Page 23: Curs Organe de Masini Filete

6.7. Chei pentru strângerea şuruburilor şi piuliŃelor

9.6.3. Chei cu deschidere reglabilăCheile cu deschidere reglabilă sunt chei universale care permit strângerea sau

desfacerea unei game dimensionale mari de capete de şuruburi. Există următoarele tipuri de chei reglabile, considerate „clasice”:

• cheie cu melc striat, figura 9.20, a;• cheie cu melc striat şi reglare rapidă, figura 9.20, b;• cheie cu strângere pe şurub (cheie franceză), figura 9.20, c;• cheie cu strângere cu ambele fălci mobile (cheie englezească), figura 9.20, d.