ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

97
Organe de maşini – Îndrumar pentru lucrări de laborator LUCRAREA DE LABORATOR NR. 1 STABILIREA VARIANTEI CONSTRUCTIVE PENTRU ORGANELE DE MAŞINI Proiectarea presupune conceperea unui organ de maşină care să-şi îndeplinească în totalitate rolul funcţional în condiţiile în care se poate executa respectând condiţiile economice impuse. Din multitudinea variantelor posibile se va alege o soluţie constructivă optimă, respectînd următoarele indicaţii [14] : - organul de maşină care intră în componenţa unei maşini, instalaţii sau utilaj trebuie să îndeplinească anumite criterii de calitate, asigurând fiabilitatea şi mentenabilitatea; - să se asigure cele mai avantajoase condiţii tehnico-economice de realizare şi exploatare ; - să se respecte toate standardele, normele şi legile aflate în vigoare. Factorii de care trebuie să se ţină seama în stabilirea formei geometrice optime pentru organele de maşini sunt factorii de proiectare (experienţă, nivel de cunoştinţe, creativitate) şi factorii tehnologici (execuţie, montaj, control). Variantele constructive pentru o roată de curea (curea lată) sunt prezentate în figura 1. În fgura 1, a 1 este prezentată o construcţie compactă care se poate realiza cu dimensiuni, pentru discul de legătură între coroană şi butuc, mai mici (fig. 1, a 2 ) sau mai mari (fig. 1, a 3 ). 9

description

ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M.

Transcript of ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Page 1: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Organe de maşini – Îndrumar pentru lucrări de laborator

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 1

STABILIREA VARIANTEI CONSTRUCTIVE PENTRU ORGANELE DE MAŞINI

Proiectarea presupune conceperea unui organ de maşină care să-şi îndeplinească în totalitate rolul funcţional în condiţiile în care se poate executa respectând condiţiile economice impuse.

Din multitudinea variantelor posibile se va alege o soluţie constructivă optimă, respectînd următoarele indicaţii [14] :

- organul de maşină care intră în componenţa unei maşini, instalaţii sau utilaj trebuie să îndeplinească anumite criterii de calitate, asigurând fiabilitatea şi mentenabilitatea;

- să se asigure cele mai avantajoase condiţii tehnico-economice de realizare şi exploatare ;

- să se respecte toate standardele, normele şi legile aflate în vigoare.Factorii de care trebuie să se ţină seama în stabilirea formei geometrice optime

pentru organele de maşini sunt factorii de proiectare (experienţă, nivel de cunoştinţe, creativitate) şi factorii tehnologici (execuţie, montaj, control).

Variantele constructive pentru o roată de curea (curea lată) sunt prezentate în figura 1.

În fgura 1, a1 este prezentată o construcţie compactă care se poate realiza cu dimensiuni, pentru discul de legătură între coroană şi butuc, mai mici (fig. 1, a2) sau mai mari (fig. 1, a3).

În figura 1, b1 este prezentată o variantă constructivă (netehnologică) compusă din două elemente, care poate fi îmbunătăţită prin folosirea de elemente cilindrice (butucul, coroana şi discurile), fixate prin şuruburi şi sudură (fig 1, b2 şi 1, b3).

În figura 1, c1, roata de curea este compusă din două elemente montate printr-un ajustaj cu strângere, dar se pot folosi pentru fixare şi ştifturi filetate (fig. 1, c2) sau umerii de poziţionare (fig. 1, c3).

Construcţia fără poziţionări (fig 1, d1) se poate îmbunătăţi prin poziţionări diverse ale discurilor cu ajutorul ştifturilor filetate, umerilor sau inelelor (fig. 1, d 2 şi 1, d3).

În figurile 1, e1, 1, e2, 1, e3 sunt prezentate construcţii unde sau folosit capace profilate (ca elemente de legătură între coroană şi butuc), fixate la rândul lor prin ştifturi filtetate sau printr-o îmbinare cu strângere elastică.

9

Page 2: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 1

Forma constructivă a pieselor obţinute prin turnare

Proiectarea formei organelor de maşini obţinute prin turnare, se face respectând următoarele indicaţii [14]:

- grosimea minimă a pereţilor se stabileşte în funcţie de fluiditatea materialului, de procedeul de turnare aplicat şi de dimensiunile piesei;- reducerea valorilor concentratorilor de tensiuni se obţine prin folosirea razelor de racordare (fig. 2);- nervurile de rigidizare vor fi mai subţiri decât peretele şi vor fi prevăzute cu o conicitate pentru a putea extrage modelul de turnare din amestecul de formare (fig. 3); înclinarea pereţilor trebuie să respecte indicaţiile din figura 4;

10

Page 3: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

- grosimile tălpilor şi flanşelor, precum şi trecerile de la o grosime la alta vor fi prescrise conform celor prezentate în figura 5;

Fig. 5

11

Page 4: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

- este bine să se evite ştrangulările (a < ), recomandându-se respectarea condiţiei a > (fig. 6).

Fig. 6

Forma constructivă a pieselor obţinute prin forjare (matriţare)

Organele de maşini obţinute prin forjare se proiectează respectând următoarele reguli:

- formele tronconice se recomandă a fi înlocuite cu forme cilindrice (fig. 7);

Fig. 7 Fig. 8

12

Page 5: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

- lungimea de întindere prin forjare L, trebuie să îndeplinească condiţia L > 0,7d (fig. 8);- se vor evita trecerile bruşte de la o secţiune la alta (fig. 9) şi se vor prevedea înclinări ale pereţilor care să permită extragerea piesei din matriţă (fig. 10);

Fig. 9 Fig. 10

Forma construtivă a pieselor obţinute prin aşchiere

Tehnologia de prelucrare prin aşchiere se aplică semifabricatelor obţinute prin laminare, forjare, turnare etc., în vederea obţinerii formei şi cotelor finite ale organelor de maşini. Proiectarea unor astfel de piese se face respectând următoarele indicaţii [14]:

- suprafeţele de prelucrat trebuie să fie cât mai mici, fapt pentru care se prevăd bosaje sau cavităţi (fig. 11);

Fig. 11 Fig. 12

- se vor stabili variante tehnologice care să permită prelucrarea unor suprafeţe dintr-o singură trecere sau dintr-o singură prindere (fig. 12);

13

Page 6: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

- trebuie să se evite centrarea simultană pe două suprafeţe (fig. 13) şi executarea găurilor pe suprafeţe înclinate (fig. 14);

Fig. 13 Fig. 14

- la prelucrările suprafeţelor exterioare, dar mai ales la cele interioare se vor proiecta degajări pentru a se evita deteriorarea sau distrugerea sculelor aşchietoare (fig. 15);

Fig. 15

- filetele nu realizează, în general, o bună centrare.

14

Page 7: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Forma constructivă a pieselor, impusă de tehnologia de montare sau demontare

Proiectarea organelor de maşini, în funcţie de condiţiile impuse de montare şi demontare, trebuie să respecte următoarele reguli:

- pentru asamblarea diverselor organe de maşini pe arborii în trepte, precum şi la montarea rulmenţilor pe arbori se va impune executarea de teşituri şi umeri de poziţionare (fig. 16) ;

Fig. 16

- se vor folosi ştifturi de centrare pentru poziţionarea pieselor, precum şi canale şi găuri filetate pentru demontare;- în cazul asamblărilor filetate, trebuie să existe spaţiu pentru manevrarea cheilor (fig. 17);

Fig. 17

15

Page 8: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

- piesele de mari dimensiuni sau având greutăţi considerabile, vor avea prevăzute găuri filetate în care să se poată monta şuruburi cu ochi, în vederea manevrării.

16

Page 9: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Organe de maşini – Îndrumar pentru lucrări de laborator

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 2

DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE FRECARE ÎN CUPLA ELICOIDALĂ

ŞURUB – PIULIŢĂ ŞI PE SUPRAFAŢA DE AŞEZARE A PIULIŢEI

1. Scopul lucrării

Scopul lucrării este acela de a determina coeficienţii de frecare în cupla elicoidală şurub – piuliţă şi pe suprafaţa de aşezare a piuliţei .

2. Noţiuni teoretice

Prin acţiunea forţei exterioare la capătul cheii de lungime L, se obţine momentul motor

. (1)Ca urmare a strângerii piuliţei, în asamblarea filetată se dezvoltă o forţă axială

F care acţionează atât asupra pieselor asamblate cât şi asupra şurubului şi piuliţei (fig. 1) [27].

Relaţia de echilibru a momentelor, într-o asamblare filetată se poate scrie sub forma

, (2)

unde este mometul de înşurubare în cupla elicoidală şurub – piulită, iar

- momentul de frecare între piuliţă şi piesa pe care aceasta se sprijină. Mometul de înşurubare se obţine cu relaţia

,

(3) unde: F este forţa axială; - diametrul mediul al filetului (fig. 2); - unghiul

mediul de înclinare al spirei (fig. 2)

, (4)

în care p este pasul filetului, - unghiul de frecare aparent

17

Page 10: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

,

(5)unde este coeficientul real de frecare din cupla elicoidală şurub – piuliţă, iar

- unghiul profilului filetului.

Fig. 1

Fig. 2

18

Page 11: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Dacă piuliţa se sprijină direct pe piesa pe care o strânge, momentul de frecare este un moment de pivotare pe o suprafaţă de frecare sub forma unei coroane circulare, momentul obţinându-se cu relaţia

, (6)

unde: este coeficientul de frecare pe suprafaţa de aşezare a piuliţei; F - forţa

axială; S - deschiderea cheii (diametrul exterior al coroanei circulare); - diametrul găurii de trecere (diametrul interior al coroanei circulare).

Dacă piuliţa se sprijină pe un rulment axial cu bile, momentul de frecare este momentul de frecare din rulment, care se determină cu relaţia

, (7)

unde: este coeficientul de frecare din rulment ( ); - diametrul interior al rulmentului; F - forţa axială.

Din relaţia (3), se poate determina unghiul de frecare aparent

, (8)

în funcţie de care se determină coeficientul de frecare aparent din cupla elicoidală şurub-piuliţă

(9) sau coeficientul (real) de frecare

. (10)

Din relaţia (6), se poate determina coeficientul de frecare pe suprafata de aşezare a piuiţei

. (11)

Forţa de strângere F se limitează la o valoare maximă, determinată din condiţia de rezistenţă la tracţiune a tijei şurubului, ţinând seama că aceasta este solicitat de o forţă axială şi de un moment de torsiune

, (12)

unde: este coeficientul care indică aportul tensiunii de torsiune la tensiunea

echivalentă; - diametrul interior al filetului şurubului M12; - rezistenţa admisibila la tracţiune

, (13)

în care c este coeficientul de siguranţă, iar - limita de curgere

, (14)pentru materialul şurubului din grupa 10.9.

19

Page 12: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

3. Prezentarea dispozitivului

Determinarea experimentală a coeficienţilor de frecare în cupla elicoidală şurub–piuliţă şi pe suprafaţa de aşezare a piuliţei, se realizează cu dispozitivul prezentat în figura 3.

Fig. 3

Dispozitivul se compune din corpul principal 1 fixat pe flanşa 2 prin şuruburile 3.

20

Page 13: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

În gaura practicată în corpul principal 1 se introduce şurubul 4 prevăzut cu un cap hexagonal, fiind menţinut în poziţia de lucru de un arc elicoidal 5 a cărui forţă de compresiune se poate regla cu dopul filetat 6.

La partea superioară a piesei 1 într-un locaş cilindric se montează inelul pe care se reazemă capacul 8 prin intermediul rulmentului axial 9. Pe capacul 8 se reazemă piuliţa 10, care realizează strângerea cu şurubul 4.

În locul pieselor 7, 8, 9 se poate monta inelul 11 în care frecarea de rostogolire este înlocuită cu frecarea de alunecare pe suprafaţa de reazem a piuliţei de strângere 10.

Strângerea piuliţei 10 se realizează cu o cheie dinamometrică prevăzută cu cadranul gradat în daN.m (fig. 4).

Fig. 4

Pe capatul filetat al şurubului 4 se reazemă tija unui ceas comparator 12 care este fixat pe braţul 13, reglat la o înălţime corespunzătoare pe bara 14.

Pe tija şurubului se poate monta un traductor electric rezistiv, prin degajarea practicată în corpul principal 1.

4. Modul de desfăşurare al lucrării

În funcţie de diametrul nominal d ( d =12 mm M12 ) al filetului şurubului 4 se stabilesc restul de parametrii care intră în relaţiile de calcul :

d1 = 10,106 mm; ; ; ; ; Cu aceste date se determină aria secţiunii tijei filetului

, (15)

iar cu relaţia (4), unghiul mediu de înclinare al spirei.Se montează şurubul 4 în dispozitiv şi se înşurubează piuliţa 10 până atinge

inelul 11. Pentru strângerea în continuare a piuliţei 10 se foloseşte cheia dinamometrică cu ajutorul căreia se măsoară momentul motor necesar pentru învingerea frecării de pe spirele filetului şi de pe suprafaţa de aşezare a piuliţei pe inelul 11. Simultan cu înregistrarea momentului motor se citeşte şi deplasarea acului indicator al ceasului comparator care reprezintă alungirea tijei şurubului.

În continuare se slăbeşte piuliţa 10 până la revenirea acului indicator la poziţia iniţială pe cadran.

21

Page 14: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Cunoscând deformaţia elastică a şurubului se calculează forţa de întindere F din şurub, cu relaţia

, (16)

unde : E este modulul de elasticitate longitudinal al materialului din care este

executat şurubul 4 ( ); A- aria secţiunii tijei filetului (se determină

cu relaţia (15)); l - lungimea şurubului măsurată de la capul hexagonal până la piuliţa de strângere (l = 380 mm).

Pentru diferite valori ale alungirii se obţin valori corespunzătoare pentru F, cu care se completează tabelul 1 şi apoi se trasează o diagramă.

Tabelul 1 Nr. exp.

Fig. 5

Pentru determinarea coeficienţilor de frecare în cupla elicoidală şurub – piuliţă şi pe suprafaţa de aşezare a piuliţei, se utilizează montajul cu rulment axial. Se repetă operaţia de strângere a piuliţei 10 cu cheia dinamometrică citind valorile momentului motor corespunzătoare deformaţiilor elastice din tabelul 1. În acest caz momentul de frecare dintre piuliţă şi suprafaţa de aşezare este înlocuit cu momentul de frecare din rulment care se obţine cu relaţia (7), în care şi

.

Se vor scrie în continuare relaţiile de calcul pentru momentul motor , din tabelul 1

(17)

şi pentru momentul motor , obţinut prin folosirea rulmentului axial, când se

produce aceeaşi alungire , adică se dezvoltă acelaşi moment de înşurubare

22

Page 15: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

. (18)

Prin scăderea relaţiilor (17) şi (18) se obţine

, (19)

putându-se astfel stabili valoarea momentului de frecare dintre piuliţă şi suprafaţa de aşezare, deoarece momentele din relaţia (19) se cunosc sau se pot calcula.

În continuare, folosind relaţia (11) se poate determina coeficientul de frecare pe suprafaţa de aşezare a piuliţei, în care se obţine cu relaţia (19), iar F este calculat şi notat în tabelul 1

. ( )

Deoarece coeficientul de frecare variază în limite destul de largi (în funcţie de natura materialelor din care sunt executate elementele asamblării, precizia şi calitatea execuţiei pieselor care compun asamblarea, prezenţa şi felul ungerii, presiunea pe suprafeţele de contact), se recomandă efectuarea mai multor experienţe şi calcularea unui coeficient de frecare mediu . Datele se vor înscrie în tabelul 2.

Tabelul 2 Nr. exp.

Folosind relaţia (2) în care se cunoaşte momentul motor (notat cu

în tabelul 2 şi în tabelul 1), momentul de frecare dintre piuliţă şi suprafaţa de

aşezare (tabelul 2), se poate calcula momentul de înşurubare . Folosind acest

moment în relaţiile (8) şi (9) se determină coeficientul de frecare aparent din cupla elicoidală

. ( )

Datele se vor înscrie în tabelul 3 şi se va determina un coeficient de frecare aparent mediu din cupla elicoidală şurub – piuliţă.

Tabelul 3 Nr. exp

23

Page 16: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

5. Modul de elaborare al referatului lucrării de laborator

Referatul lucrării de laborator trebuie să cuprindă:- titlul lucrării;- scopul lucrării;- schema asamblării (fig. 1) şi relaţiile de calcul necesare;- schema dispozitivului (fig. 3) şi descrierea acesteia;- etapele necesare efectuării lucrării de laborator;- tabelele 1, 2 şi 3.

Notă : Determinarea momentului motor , a alungirii şurubului şi a forţei de întindere (tabelul 1), poate constitui o lucrare de laborator de sine stătătoare.

24

Page 17: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Organe de maşini – Îndrumar pentru lucrări de laborator

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 3

DETERMINAREA CAPACITĂŢII DE ÎNCĂRCARE A PIULIŢELOR MULTIPLE

1. Scopul lucrării

Lucrarea propune determinarea capacităţii de încărcare a piuliţelor multiple şi compararea acesteia (capacităţii) cu cea a piuliţelor standardizate.

2. Noţiuni teoretice

Formele de deteriorare a organelor de asamblare filetate sunt ruperea tijei şi distrugerea filetului piuliţei sau şurubului.

Distrugerile în cazul solicitărilor statice se produc rar (în cazul suprasarcinilor) şi se manifestă, de cele mai multe ori, prin deteriorarea filetului ca urmare a solicitărilor de strivire, încovoiere şi forfecare, accentuate de modul neuniform de repartizare a sarcinii între spire. Ruperile sunt situaţii de excepţie şi se datorează prelucrării mecanice necorespunzătoare a pieselor filetate sau a montării şi exploatării incorecte.

Considerând ca tensiune de bază tensiunea (fig. 1) din tija nefiletată a şurubului, în secţiunile cu concentratori de tensiuni apar valori ale tensiunilor de până

la 5 ori mai mari comparativ cu tensiunea de bază. Cea mai mare tensiune

apare în zona primei spirei a şurubului în contact cu piuliţa. (aceasta este zona celor mai frecvente ruperi). Concentrarea tensiunilor în această zonă se explică prin distribuţia neuniformă a sarcinii între spirele în contact ale şurubului şi piuliţei, prima spiră preluând peste 30 % din sarcină, iar a zecea spiră mai puţin de 1 % din sarcină [22].

Spira filetului este solicitată la strivire, încovoiere şi forfecare, calculul efectuându-se prin adoptarea următoarelor ipoteze simplificatoare [5]:

- sarcina exterioară F acţionează în axa şurubului;- sarcina exterioară F se repartizează uniform pe cele z spire ale şurubului

aflate în contact cu spirelele piuliţei (trebuie observat că în realitate prima spiră

preia aproximativ 30 % din întreaga sarcină );

25

Page 18: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

- sarcina exterioară (cea care revine unei spire) se repartizează uniform pe

întreaga suprafaţă a spirelor şurubului şi piuliţei, aflate în contact;- suprafaţa de contact dintre spire se consideră a fi proiecţia suprafeţei reale

(de contact), pe un plan perpendicular pe axa de simetrie a asamblării şurub–piuliţă

(se consideră );

- se consideră spira plană (se neglijează unghiul de înclinare al spirei, adică ).

Fig. 1

Suprafaţa de strivire a spirei este o coroană circulară cu diametrul exterior egal cu diametrul nominal al filetului d, iar diametrul interior este egal cu diametrul interior al filetului piuliţei .

26

Page 19: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 2

Tensiunea de strivire a spirei filetului pentru şuruburile de fixare (fig. 2), se determină cu relaţia

, (1)

unde este rezistenţa admisibilă la strivire a materialului din care este executat filetul (materialul cu caracteristici mecanice mai slabe; pentru oţel, în cazul sarcinilor constante ).

Pentru calculul solicitării la încovoiere se consideră spira ca fiind o grindă

încastrată, cu sarcina în consolă (fig. 3, a). Sarcina este rezultanta presiunilor de

contact şi se consideră concentrată pe diametrul al filetului, iar secţiunea periculoasă este secţiunea de încastrare a spirei pe tija şurubului sau în corpul piuliţei (fig. 3, b).

Calculul la încovoiere se efectuează pentru spira filetului şurubului şi spira filetului piuliţei, cu relaţiile:

; (2)

, (3)

27

Page 20: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

unde, pentru oţel .Tensiunile datorate solicitării la forfecare pentru spirele şurubului şi piuliţei se

obţin cu relaţiile:

; (4)

, (5)

unde, pentru oţel .

Fig. 3

3. Prezentarea dispozitivului

28

Page 21: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

"Piuliţa multiplă" este compusă din cinci "piuliţe simple" (fig. 4), a căror înălţime este sub cea prevăzută de STAS. Piuliţele simple sunt filetate în bloc (simultan), fiecare având un filet cu două spire.

Fig. 4

Pentru mărirea rigidităţii, piuliţele simple sunt ambutisate, având forma unor calote sferice. Această operaţie (ambutisarea), precum şi filetarea, se execută înaintea tratamentului termic care conferă piuliţelor proprietăţi elastice.

Prin suprapunerea mai multor piuliţe simple se obţine o piuliţă multiplă (fig. 5), care se compune din: 1 - piuliţa simplă; 2 - armătura de prindere a piuliţelor simple între ele, precum şi de şaiba de sprijin (poz. 3); 3 - şaiba plată de sprijin.

Testul se efectuează pe maşina de încercare la tracţiune (ZDM 100 tf), folosind un dispozitiv simplu (fig. 6), compus din: 1 – şurub; 2 – piuliţă multiplă; 3 – inel reţinere; 4 – semibucşă (dreapta); 5 – semibucşă (stânga).

Fig. 5

29

Page 22: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 6

4. Modul de desfăşurare al lucrării

Pentru a înţelege modul de desfăşurare al lucrării se va prezenta un exemplu de calcul pentru cazul unui filet M16 (STAS 510), unde: ; ;

; . Materialul din care este executat şurubul face parte din

grupa 4.6. ( ; ). Deoarece nu se doreşte deteriorarea şurubului, testele se vor face pe maşina de încercare la tracţiune, cu dispozitivul din figura 6, folosind o forţă calculată pentru

. (6)

Presupunând că prima spiră a filetului piuliţei preia 30% din întreaga sarcină, se obţine

, (7)

forţa care solicită spira la strivire, încovoiere şi forfecare. Folosind relaţia (1), se obţine

, (8)

unde

(9)

30

Page 23: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

în care este înălţimea efectivă a spirei filetului şurubului (H1=0,541p), iar - înălţimea profilului generator (fig. 7)

. (10)

Fig. 7

Analizând figura 7, se observă ca înălţimea (grosimea) racordării de la fundul filetului este

, (11)

iar distanţa de la vârful profilului la extremitatea racordării se obţine cu relaţia (fig. 8)

. (12)

Fig. 8

Din asemănarea triunghirilor ABC şi , se obţine

31

Page 24: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

, (13)

unde se fac înlocuirile

, (14)

rezultând

. (15)

Dimensiunea reprezintă înălţimea h a secţiunii periculoase (secţiunea de încastrare a spirei filetului în corpul piuliţei).

Cu datele obţinute şi prin folosirea relaţiilor (3) şi (5) se obţin tensiunile din secţiunea periculoasă pentru solicitarea la încovoiere şi forfecare:

; (16)

. (17)

În relaţiile (8), (16) şi (17) se observă că tensiunile efective depăşesc rezistenţele admisibile. De aceea s-ar putea trage concluzia că prima spiră a filetului piuliţei s-a deteriorat în urma efectuării testului. În realitate, datorită concepţiei constructive a "piuliţei multiple", are loc o repartizare uniformă a sarcinii pe spirele filetului piuliţei, astfel că nici o spiră nu este deformată, fapt care poate fi constatat cu ajutorul unei lere pentru filete.

În continuare se vor face calculele conform exemplului prezentat pentru dimensiunile reale ale filetului M.......d =….. ; ...... ; ..... ; .....

Prin folosirea relaţiei (6) se va stabili forţa cu care va fi solicitată asamblarea filetată.

După efectuarea testului se va verifica filetul piuliţei cu o leră pentru filete.

5. Modul de elaborare al referatului lucrării de laborator

Referatul lucrării de laborator trebuie să cuprindă:- titlul lucrării;- scopul lucrării;- desenul "piuliţei multiple" (fig. 5);- desenul dispozitivului (fig. 6);- calculul pentru piuliţa reală şi desenele aferente.

Notă. Calculul pentru dimensiunile reale ale filetului şi stabilirea forţei care va solicita asamblarea filelată pot constitui o lucrare laborator, urmată de o alta în care

32

Page 25: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

se fac testele (pe maşina din laboratorul de Încercări mecanice) şi verificările spirei filetului piuliţei.

Organe de maşini – Îndrumar pentru lucrări de laborator

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 4

STUDIUL ASAMBĂRILOR FILETATE CU STRÂNGERE INIŢIALĂ

1. Scopul lucrării

Lucrarea are ca scop determinarea sarcinilor şi deformaţiilor elementelor unei asamblări prin şuruburi montate cu prestrângere şi solicitate axial.

2. Noţiuni teoretice

Asamblările filetate cu strângere iniţială asigură etanşarea şi/sau împiedicarea deplasării relative între elementele asamblate, fiind folosite pentru fixarea capacelor

33

Page 26: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

unor recipienţi sub presiune, chiulasei pe blocul motor, capacelor lagărelor cu alunecare.

Aceste asamblări se caracterizează prin obţinerea unei forţe iniţiale F0 (la montaj), care solicită atât şurubul cât şi piesele strânse, la tracţiune, respectiv la compresiune. Această forţă iniţială (numită forţă de prestrângere), acţionează în permanenţă, chiar şi în lipsa forţei exterioare (de exploatare).

În timpul realizării şi exploatării asamblării se disting următoarele faze [22]:- piuliţa se strânge până la anularea tuturor jocurilor din asamblare (fig. 1, a);

- prin strângerea piuliţei de dezvoltă forţa de prestrângere , care alungeşte

tija şurubului cu cantitatea şi comprimă piesele strânse cu (fig. 1, b);

- forţa de exploatare F alungeşte şurubul cu cantitatea şi produce în

piesele strânse o destindere , unde (fig. 1, c).

Forţa totală care solicită şurubul se obţine cu relaţia (fig. 2) , (1)

iar forţa care acţionează asupra asamblării este

, (2)

unde este fracţiunea din forţa de exploatare care încarcă suplimentar tija

şurubului, iar este fracţiunea din forţa de exploatare care destinde piesele

strânse, fiind coeficientul de repartiţie al forţei de exploatare F între şurub şi piesele strânse.

Fig. 1

Forţa de prestrângere (forţa iniţială) se determină cu relaţia

, (3)

unde K este un coeficient de siguranţă ( K = 1,3- pentru sarcini de exploatare statice; K = 1,5…4- pentru sarcini de exploatare dinamice).

Pornind de la egalitatea deformaţiilor suplimentare

, (4)

se poate determina coeficientul de repartiţie . Considerând solicitările în domeniul elastic cu respectarea legii lui Hooke

, (5)

se determină dependenţa dintre forţă şi deformaţie

, (6)

34

Page 27: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

unde: F este forţa care solicită piesa; l- lungimea piesei asupra căreia acţionează forţa F; A- aria secţiunii piesei; E- modulul de elasticitate longitudinal al

materialului piesei; - rigiditatea piesei.

Cu ajutorul relaţiei (6) se obţin deformaţiile suplimentare pentru şurub şi piesele strânse:

; (7)

, (8)

unde este rigiditatea şurubului compus din n tronsoane cilindrice cu lungimile l si

şi ariile Asi, executate din acelaşi material al cărui modul de elasticitate longitudinal este Es

, (9)

iar Kp este rigiditatea pieselor strânse, având grosimile lpi, ariile secţiunilor Api

şi modulele de elasticitate

. (10)

35

Page 28: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 2Ţinând seama de relaţia (4), cu ajutorul relaţiilor (9) şi (10) se obţine

coeficientul de repartiţie

. (11)

36

Page 29: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Se recomandă valori mici ale coefientului de repartiţie, adică utilizarea

şuruburilor elastice ( mic) şi pieselor strânse foarte rigid ( mare), deoarece o

mare parte a forţei de exploatare descarcă asamblarea şi numai o mică parte încarcă suplimentar şuruburile, rezultând pentru acestea dimensiuni mici.

În cazul utilizării unui şurub rigid (Ks mare) şi a pieselor strânse elastic (Kp

mic), rezultă un coeficient de repartiţie cu valoare mare, situaţie în care cea mai mare parte din forţa de exploatare încarcă suplimentar şurubul şi doar o mică parte descarcă piesele strânse, impunându-se folosirea unui şurub cu dimensiuni mari şi cu o rezistenţă la oboseală redusă.

Se admite ipoteza conform căreia volumul de material care participă la transmiterea sarcinii este delimitat la exterior de două mantale tronconice având generatoarea înclinată cu un unghi γ, iar la interior de diametrul găurii de trecere (fig. 3).

Fig. 3

În cazul în care grosimea piesei este relativ mică, trunchiul de con se poate înlocui cu un cilindru echivalent (fig. 3, b), cu diametrul interior şi diametrul exterior

, (12)

unde se consideră , rezultând

. ( )

Aria secţiunii unei piese i, supusă deformaţiei se obţine cu relaţia

, (13)

unde: este deschiderea cheii; lpi- grosimea piesei i; - diametrul găurii de trecere.

Dacă pentru etanşare se foloseşte o garnitură, aria decţiunii deformate este (fig. 4)

. (14)

37

Page 30: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 4

3. Prezentarea dispozitivului

Dispozitivul este prezentat în figura 5.Suportul 1 este prins cu şuruburi pe un perete vertical al plăcii de bază. Corpul 2 este montat pe suportul 1, prin şuruburile 3. La rândul său, corpul 2

reprezintă suportul asamblării filetate montată cu prestrângere care se compune din distanţierul 4, flanşa 5 şi şurubul 6, care se strâng cu piuliţa 7. Eventualele deplasări ale capului şurubului 6 sunt sesizate de ceasul comparator 9, care prin tija 8 ia contact cu capul şurubului. Flanşa 5 (de construcţie specială), este prevăzută cu un orificiu în care se montează tija 10, care este în legătură cu ceasul comparator 11 cu ajutorul căruia se determină deformaţiile şurubului şi ale pieselor strânse.

Cu maneta 14 se roteşte manşonul 13 care se va deplasa pe filetul exterior al corpului 2, comprimând arcul 12. Acesta (arcul 12) va dezvolta forţa de exploatare F, printr-o deformaţie (deplasare) care se citeşte pe ceasul comparator 16, montat într-o bucşă solidară cu suportul 1. Rulmentul axial cu bile 15 are rolul de a reduce frecarea dintre manşon şi arc.

Piesele strânse 4 şi 5 sunt montate în corpul 2 al dispozitivului prin şuruburile 17, putându-se schimba cu piese de alte dimensiuni şi configuraţii.

Deformaţiile şurubului se stabilesc prin citirea indicaţiilor ceasului comparator 18 (dacă este cazul, din valorile acestor indicaţii se scad valorile indicate de ceasul comparator 9).

O schemă de principiu a dispozitivului este prezentată în figura 6, unde s-au păstrat notaţiile din figura 5.

38

Page 31: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 5

39

Page 32: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 6

4. Modul de desfăşurare al lucrării

Poziţiile 4, 5, 6 şi 7 din figura 5, au forma şi dimensiunile prezentate în figura 7.

Lucrarea de laborator se desfăşoară prin parcurgerea următoarelor etape :

- în cazul în care nu sunt cunoscute, se măsoară următoarele elemente:

diametrul exterior al filetului ; grosimile pieselor şi ; lungimile

şurubului supuse deformaţiilor şi (obţinute prin adăugarea unei jumătăţi din înălţimea piuliţei şi a unei treimi din înălţimea capului şurubului – fig. 8);

- din standarde se aleg: diametrul interior al filetului şurubului; diametrul

găurii de trecere ; deschiderea cheii ; - din condiţia de rezistenţă la tracţiune se calculează forţa maximă pe care o

poate prelua tija şurubului

, (15)

unde rezistenţa admisibilă la tracţiune se determină cu relaţia , în

care este limita de curgere a materialului şurubului (pentru OLC45,

), iar - coeficientul de siguranţă ( = 1,3....2,5);

40

Page 33: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 7

Fig. 8

- cu relaţia (9) se calculează rigiditatea şurubului

41

Page 34: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

, (16)

unde:

;

;

(pentru oţel OLC45);

- cu relaţia (10) se calculează rigiditatea pieselor asamblate

, (17)

unde:

;

;

;

- cu relaţia (11) se calculează coeficientul teoretic de repartiţie a sarcinii de exploatare pe elementele asamblării;

- prin utilizarea dispozitivului (fig. 5), se stabilesc deformaţiile, efectuând următoarele operaţii:

• se elimină jocul din asamblare (prin strângerea piuliţei 7 cu mâna) şi se reglează ceasurile comparatoare 9, 11, 16 şi 18 la zero, arcul 12 fiind necomprimat; • prin strângerea cu o cheie dinamometrică a piuliţei 7, în asamblare se dezvoltă forţa de prestrângere , care alungeşte tija şurubului cu cantitatea (care se obţine prin diferenţa valorilor citite pe aparatele 18 şi 9 ) şi comprimă

piesele strânse cu cantitatea (care se citeşte pe aparatul 11) ;

• se comprimă arcul elicoidal cilindric de compresiune 12, cu ajutorul manşonului 13, realizându-se forţa de exploatare F (valorile acestei forţe se determină în funcţie de săgeata arcului 12 care se citeşte pe aparatul 16, folosind diagrama de etalonare a arcului din figura 9);

42

Page 35: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 9

- în funcţie de valorile determinate prin folosirea dispozitivului se calculează coeficientul experimental cu relaţiile:

; (18)

 ; (19)

 ; (20)

sau

; ; (21)

- cu relaţia (1) se calculează forţa totală care acţionează în tija şurubului;

- cu relaţia (2) se calculează forţa de strângere remanentă care acţionează în piesele strânse

.

43

Page 36: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

6. Modul de elaborare al referatului lucrării de laborator

Referatul lucrării de laborator trebuie sa cuprindă:- titlul lucrării;- scopul lucrării ;- prezentarea fazelor de realizare şi funţionare pentru o asamblare cu şuruburi

montate cu prestrângere şi solicitate axial (fig. 1);- relaţiile de calcul ale forţelor din şurub şi din piesele strânse;- figura 6 în care se vor indica elementele componente;-tabelul 1, care se va completa cu rezultatele determinărilor experimentale

obţinute prin utilizarea dispozitivului (fig. 5) şi cu valorile stabilite în urma calculelor: momentul motor (momentul la cheie, care se citeşte pe cheia dinamometrică);

forţa de prestrângere care se obţine cu relaţia

; (22)

forţa de exploatare F (care se stabileşte în funcţie de indicaţiile ceasului comparator 16 şi prin urmărirea diagramei de etalonare a arcului din figura 9 ); deformaţiile ,

, şi (care se stabilesc în funcţie de indicaţiile ceasurilor comparatoare 9, 11

şi 18); coeficientul de repartiţie (care se calculează cu relaţiile (20) sau (21)); forţa

totală din tija şurubului ; forţa de strângere remanentă care acţionează în piesele

strânse .

În continuare se vor prezenta câteva elemente de calcul pentru o asamblare filetată cu un şurub M16 unde: d = 16mm; d1= 13,835mm; d0= 18mm; S = 24mm;

K=10mm; m=13mm; lp1=20mm ; lp2=20mm ; ;

.

Folosind relaţiile (16) şi (17) se determină şi

. Coeficientul se stabileşte cu relaţia (11), iar forţa

maximă pe care o poate prelua şurubul , se calculează cu relaţia

(15). În timpul efectuării testelor trebuie avut în vedere ca , unde

.Prin introducerea în relaţia (22) a datelor prezentate şi considerând că

, se obţine dependenţa forţei de prestrângere de momentul motor

. (23)

44

Page 37: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Tabelul 1

Elementul determinatSimbol şiunitate de

măsură

Valoarea

1 2 3

Momentul la cheie ,

Forţa de prestrângere , Forţa de exploatare , Deformaţia tijei şurubului sub acţiunea forţei de prestrângere

,

Deformaţia pieselor strânse sub acţiunea forţei de prestrângere

,

Deformaţia tijei şurubului sub acţiunea forţei de exploatare

,

Deformaţia pieselor strânse sub acţiunea forţei de exploatare

,

Coeficientul de repartiţie a forţei de exploatare , între şurub şi piesele strânse Forţa totală din tija şurubului , Forţa de strângere remanentă care acţionează în piesele strânse

,

Organe de maşini – Îndrumar pentru lucrări de laborator

45

Page 38: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 5

STUDIUL ASAMBLĂRILOR FILETATE SUPUSE SOLICITĂRILOR VARIABILE

1. Scopul lucrării

Scopul lucrării este acela de a determina forţa de prestrângere, forţele care încarcă elementele asamblării şi deformaţiile elastice ale unei asamblări cu şuruburi montate cu prestrângere (solicitate axial), în prezenţa unei forţe variabile de exploatare.

2. Noţiuni teoretice

Asamblările prin şuruburi montate cu prestrângere se întâlnesc în cazul recipienţilor sub presiune, chiulasei blocului motor (motorul cu ardere internă), capacelor lagărelor cu alunecare, capacelor de bielă etc. Aceste asamblări se caracterizează prin realizarea unei forţe de prestrângere în şurub şi în piesele asamblate (prin strângerea piuliţei la montaj), înaintea aplicării forţei de exploatare .

Prin strângerea şuruburilor cu forţa iniţială , asamblarea trebuie să asigure etanşeitate sau să împiedice deplasarea relativă, în timpul funcţionării, când se dezvoltă forţa de exploatare .

Pentru a prezenta fenomenele care apar în asamblările filetate cu strângere iniţială (prestrângere), se va studia cazul montării şi solicitărilor la care este supus un capac al unui recipient aflat sub presiune (fig. 1) [38].

Fig. 1

În prima fază (fig. 1, a), piuliţa nu strânge flanşa, înşurubarea având loc până la eliminarea jocurilor, iar deformaţiile elementelor îmbinării sunt nule.

46

Page 39: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

În faza a doua (fig. 1, b), piuliţa se strânge cu cheia pentru a se asigura etanşarea. În tija şurubului şi în piesele strânse apare forţa de prestrângere , care

produce o alungire a tijei şurubului notată cu şi o comprimare a pieselor notată cu

. Valoarea deformaţiei , diferă de valoarea deformaţiei , datorită rigidităţii

diferite a tijei şurubului şi pieselor strânse. În faza a treia (fig. 1, c) recipientul este pus în funcţiune, dezvoltându-se forţa

de exploatare . Sub acţiunea acesteia apare o deformaţie suplimentară a şurubului

şi o decomprimare a pieselor strânse ( ). Sub acţiunea forţei , care

solicită şurubul şi forţei , care solicită piesele, tija şurubului va avea o deformaţie

totală , iar piesele asamblate .

Considerând solicitările în domeniul elastic cu respectarea legii lui Hooke, se pot analiza relaţiile dintre forţe şi deformaţii, sub forma unei diagrame (fig. 2).

Fig. 2

În tija şurubului acţionează forţa totală , (1)

iar în asamblare acţionează forţa de prestrângere remanentă

, (2)

unde este coeficientul de repartiţie a forţei de exploatare între şurub şi piesele asamblate (rigiditatea asamblării)

, (3)

în care este rigiditatea şurubului ( ), iar - rigiditatea

pieselor strânse ( ).

47

Page 40: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Pentru a menţine contactul între piesele asamblate în timpul exploatării se pune condiţia

, (4)

de unde rezultă forţa de prestrângere , (5)

unde este un coeficient de siguranţă ( =1,3 - pentru sarcini de exploatare statice; = 1,5...4- pentru sarcini de exploatare dinamice).

Pentru un şurub executat în totalitate din acelaşi material, având tronsoane cu lungimile şi ariile , rigiditatea de determină cu relaţia (fig. 3)

, (6)

unde este modulul de elasticitate longitudinal al materialului şurubului, iar

- rigiditatea fiecărei porţiuni de secţiune constantă din lungimea şurubului, supusă la tracţiune.

Fig. 3

Pentru şuruburile scurte ( ) se recomandă a fi luate în considerare

rigiditatea filetului piuliţei şi cea a capului şurubului prin adăugarea la lungimea a şurubului a încă două lungimi, prima fiind jumătate din înălţimea piuliţei, iar a doua reprezentând o treime din înălţimea capului şurubului.

Rigiditatea pachetului de piese strânse se determină mai greu, din cauza dificultăţii de a aprecia volumul de material din piesele strânse, care participă la preluarea forţei, respectiv volumul care se deformează (elastic) sub acţiunea acesteia. În literatura de specialitate se admite ipoteza conform căreia volumul de material care participă la transmiterea sarcinii este delimitat la exterior de două mantale tronconice având generatoarea înclinată cu un unghi , iar la interior de diametrul găurii de trecere (fig. 4).

48

Page 41: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 4

Aria medie a piesei strânse i şi aria garniturii de etanşare, care participă la preluarea forţei se calculează cu relaţiile:

; (7)

, (8)

unde:

; (9)

, (10)

în care se consideră ( ). Rigiditatea piesei asamblate i şi rigiditatea garniturii se determină cu relaţiile:

; (11)

, (12)

cu ajutorul cărora se determină rigiditatea totală a celor n piese asamblate în lipsa garniturii şi în cazul existenţei garniturii (intermediare):

49

Page 42: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

; (13)

, (14)

unde reprezintă modulul de elasticitate longitudinal al materialului piesei

i din asamblare, iar - modulul de elasticitate longitudinal pentru materialul

garniturii.

3. Prezentarea dispozitivului

Schema dispozitivului este prezentată în figura 5.

Fig. 5

Prin strângerea piuliţei 1, montată pe şurubul 2, se realizează forţa de prestrângere care se măsoară cu traductorul electric rezistiv 3 (traductor etalonat).

Deformaţiile elastice produse de forţa se măsoară în raport cu placa de bază 4, legată de suportul dispozitivului 5.

Forţa de exploatare se aplică cu ajutorul cadrului 6, care acţionează asupra piesei superioare 7. Forţa este produsă de cilindrul hidraulic 8, presiunea din acesta fiind realizată prin intermediul pompei de mână 9 şi măsurată cu manometrul 10.

50

Page 43: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Alungirea şurubului se măsoară cu ceasul comparator 11, iar comprimarea

pieselor strânse cu ceasul comparator 12.

Forţa va produce în piesele strânse o destindere , iar în şurub o alungire

suplimentară :

; (15)

, (16)

unde şi se măsoară cu ceasurile comparatoare 11 şi 12.

Forţa rezultantă în şurub se măsoară cu traductorul 3, iar forţa din piesele

strânse se obţine cu relaţia

. (17)

Fig. 6

În desenul de asamblu al dispozitivului (fig. 6), se observă că asamblarea filetată compusă din şurubul de fixare 2 şi piuliţa 7, strânge piesele 4, capacul 6 şi

51

Page 44: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

placa de bază 12. Forţa de exploatare se aplică cu ajutorul tijelor 3, ghidate în bucşele de ghidare 1. Tijele 3 sunt împinse simultan de placa 13, fixată pe capătul tijei pistonului 14 al cilindrului hidraulic. Măsurarea forţei din şurub se face cu traductorul electric rezistiv 11, iar valorile deformaţiilor se obţin cu ajutorul comparatoarelor 8 şi 9, fixate pe suportul 10.

a b c Fig. 7

Testele se vor efectua cu şuruburi elastice şi rigide (poz. 2 – fig. 6):- dacă şurubul este elastic (fig. 7, b şi c) şi piesele asamblate foarte rigide, se

vor obţine valori mici pentru coeficientul de repartiţie , iar forţa suplimentară (care încarcă şurubul) are o valoare mult mai mică comparativ cu cazul utilizării unor şuruburi cu secţiune constantă (fig. 7, a şi c), rezultând şuruburi de diametre mai mici;

- dacă şurubul este relativ rigid şi piesele asamblate sunt mai puţin rigide, cea mai mare parte a forţei de exploatare încarcă suplimentar şurubul, rezultând în acest caz un şurub cu diametrul mai mare şi cu o rezistenţă la oboseală mai mică, comparativ cu primul caz.

4. Modul de desfăşurare al lucrării

Se stabilesc caracteristicile geometrice şi de material ale şurubului de fixare şi ale piesei prinse în asamblarea filetată.

Se calculează rigiditatea teoretică a pieselor strânse şi a şurubului de fixare (prin folosirea relaţiilor (6)..(14)), după care se determină coeficientul de repartiţie (cu relaţia (3)).

Lucrarea de laborator se desfăşoară prin parcurgerea următoarelor etape:- se strânge piuliţa 7 (cu o cheie fixă), iar şurubul 2 nu trebuie să-şi modifice

poziţia ;- prin citirea valorii indicată de puntea tensometrică şi cunoscând

constanta traductorului (marcată pe acesta), se determină valoarea , cu relaţia ; (18)

- cu ajutorul ceasurilor comparatoare 8 şi 9 (fig. 6) se măsoară deformaţiile

şi ;

- se determină experimental rigiditatea şurubului, respectiv a pieselor asamblate, cu relaţiile:

52

Page 45: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

; ; (19)

- se acţionează pompa manuală 9 (fig. 5), pentru a obţine forţa de exploatare , a cărei valoare se determină cu relaţia

, (20)unde p este presiunea realizată de pompă (se citeşte pe cadranul manometrului

10 – fig. 5), iar A - aria secţiunii transversale a pistonului din cilindrul hidraulic ();

- se determină forţa , cu relaţia

, (21)în care reprezintă indicaţia punţii tensometrice;

- se determină valoarea deformaţiei şurubului şi a deformaţiei pieselor

strânse , cu ajutorul ceasurilor comparatoare 8 şi 9;

- cu relaţiile (15) şi (16) se calculează deformaţiile şurubului şi ale pieselor

strânse  ;

- cu relaţia (3) se calculează coeficientul (experimental) de repartiţie .Rezultatele măsurătorilor şi calculelor se notează în tabelul 1.

Tabelul 1 Nr. şuru

b

Nr.de-ter-mi-nare

Mă-surat

Me-diu

Cal-culat

1 123

2 123

5. Modul de elaborare al referatului lucrării de laborator

Referatul lucrării de la laborator trebuie să conţină: - titlul lucrării;- scopul lucrării;- schema de principiu a instalaţiei (fig. 5) cu indicarea părţilor componente şi a funcţionării acesteia;- etapele desfăşurării lucrării;- calculele efectuate în vederea completării tabelului 1;- tabelul 1, completat cu rezultatele măsurătorilor şi calculelor;- diagramele forţă – deformaţie, pentru fiecare încercare (conform figurii 2).

53

Page 46: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Organe de maşini – Îndrumar pentru lucrări de laborator

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 6

STUDIUL SOLICITĂRILOR ŞURUBURILOR DE FIXARE ALE UNEI CONSOLE

1. Scopul lucrării

Lucrarea de laborator are ca scop determinarea experimentală a repartiţiei sarcinii pe şuruburile de prindere ale unei console, încărcată cu o forţă exterioară şi montată pe o suprafaţă suport.

2. Noţiuni teoretice

Fixarea consolelor, prinderea carcaselor pe fundaţii etc., sunt asamblări prin şuruburi montate cu prestrângere, putând avea sau nu, prag de sprijin (fig. 1).

Fig. 1

Pentru montaj se consideră că şuruburile sunt solicitate cu aceeaşi forţă de prestrângere (fig. 1). Forţa exterioară care solicită consola se consideră că

acţionează sub un unghi , având două componente şi

(fig. 2). Se foloseşte ipoteza simplificatoare conform căreia componenta (care

54

Page 47: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

acţionează în acelaşi sens cu forţa de prestrângere ) este uniform distribuită pe cele

zs şuruburi.Componenta este preluată de pragul de sprijin sau prin frecare (în cazul în

care nu există prag de sprijin).

a b Fig. 2

Momentul încovoietor produs de componenta care acţionează la distanţa faţă de zona de contact a asamblării, este echilibrat de momentele încovoietoare parţiale, definite ca produs între forţele preluate de şuruburi şi distanţele de la fiecare şurub până la axa de rotaţie (fig. 2).

Se vor considera două cazuri de rotire ale consolei: rotirea în jurul axei definită de punctul (fig. 2, a) şi rotirea în jurul axei definită de punctul (fig. 2, b).

Sarcinile (fig. 2), se determină cu relaţia

, (1)

unde: este coeficientul de repartiţie al forţei de exploatare; - forţa de

prestrângere; - numărul de şuruburi (i = 1,2….zs); - componenta variabilă care solicită şuruburile datorită încărcărilor diferite ale acestora sub acţiunea momentului

încovoietor .

În ipoteza rotirii consolei în jurul punctului se pot scrie relaţiile de echilibru de momente

,

în care ,

de unde

55

Page 48: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

. (2)

Relaţia (2) se foloseşte şi în cazul rotirii consolei în jurul punctului Y, cu precizarea că forţele care solicită şuruburile la întindere suplimentară se consideră pozitive, iar forţele care decomprimă şuruburile se consideră negative.

Folosind relaţia (2) în relaţia (1) se obţine

. (3)

Pornind de larelaţia (3) se pot determina forţele remanente pe piesele strânse

. (4)

Folosind relaţia (4) şi punând condiţia ca în zona şurubului 1 forţa remanentă să fie zero, se obţine forţa de prestrângere

. (5)

Cu relaţiile (3) şi (5) se poate determina sarcina care încarcă şurubul 1

, (6)

unde

. (7)

Folosind relaţiile (6) şi (7), se pot determina forţa maximă de încărcare a consolei şi forţa de prestrângere

56

Page 49: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

 ; (8)

. (9)

3. Prezentarea dispozitivului

Dispozitivul este prezentat în figura 3.Batiul 1, braţele 2 şi consolele 3, montate cu şi fără prag de sprijin, au masă şi

rigiditate mare, comparativ cu şuruburile 4, pentru a nu influenţa distribuţia forţelor pe şuruburi.

Forţele care solicită consola se obţin cu ajutorul tirantului 5, care face legătura între braţele 2 şi consolele 3, şuruburile de întindere 6 şi piuliţele 7. Prin soluţia constructivă adoptată, forţa exterioară poate acţiona sub unghiuri de şi .

Forţa exterioară se determină cu traductorul electric rezistiv (TER), etalonat şi lipit de piesa 5.

Forţele de prestrângere şi de încărcare se determină cu ajutorul traductoarelor electrice rezistive etalonate şi lipite pe şuruburile 4.

Aceste forţe , şi se pot determina şi prin folosirea unei chei dinamometrice şi a ceasurilor comparatoare montate astfel încât să ia contact cu capetele şuruburilor.

Cunoscând filetul şuruburilor 4, M12 ( ), rezistenţa admisibilă

a materialului şuruburilor ( ) şi coeficientul de repartiţie se

poate calcula cu relaţia (9) forţa de prestrângere maximă ( ).

Pentru că strângerea iniţială a şuruburilor se va face la o forţă mai mică

decât forţa de prestrângere maximă şi respectând condiţia ca pentru şurubul cel

mai solicitat să avem (relaţia (4)), forţa de încărcare se va stabili cu

ajutorul relaţiei (5)

. (10)

57

Page 50: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

F

ig. 3

58

Page 51: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Datele necesare efectuării lucrării de laborator sunt:- ; ; ; ;

- unghiul α are valorile: ;- în ipoteza rotirii consolei în jurul axei definită de punctul , lungimile vor fi

(fig. 2, a): ; ; ; - în ipoteza rotirii consolei în jurul axei definită prin punctul Y, lungimile vor

fi (fig. 2, b): ; ; .Instalaţia experimentală pentru determinarea repartiţiei sarcinii pe şuruburile

de prindere ale unei console este prezentată schematic în figura 4, unde poziţionarea elementelor se face ca în figura 3.

Fig. 4

59

Page 52: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

4. Modul de desfăşurare al lucrării

Lucrarea de laborator se desfăşoară prin parcurgerea următoarelor etape:- se strâng cele trei şuruburi ale fiecărei console până la obţinerea aceleiaşi

forţe pe fiecare şurub, urmărind indicaţiile aparatului la care sunt legate

traductoarele electrice rezistive (lipite pe şuruburile 4);- se determină valorile forţei de încărcare a consolei (folosind relaţia 10),

în cele două ipoteze (rotirea consolei în jurul axelor definite de punctele A şi Y), alegându-se valoarea minimă (se va nota valoarea forţei minime);

- se realizează încărcarea consolei, prin strângerea piuliţei 7, până se obţine valoarea minimă a forţei (stabilită în etapa anterioară);

- se stabilesc forţele care solicită cele trei şuruburi ( ; ; );

- se calculează, în cele două ipoteze adoptate, forţele teoretice care încarcă

şuruburile asamblării, utilizând relaţia (3), în care  ;

- se trasează diagramele de variaţie ale forţelor determinate experimental şi calculate teoretic;

- testele se vor face pentru cele două variante constructive ale montării consolei, cu şi fără prag de sprijin;

- rezultatele obţinute se trec în tabelul 1.

Tabelul 1 Şurubul , , , , , (teoretic)

1 2 1 2

Cu prag de sprijin

123

Fără prag de sprijin123

4. Modul de elaborare al referatului lucrării de laborator

Referatul lucrării de laborator trebuie să cuprindă:- titlul lucrării;- scopul lucrării;- ipotezele de calcul şi relaţiile corespunzătoare;- schema de principiu a dispozitivului;

60

Page 53: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

- etapele desfăşurării lucrării de laborator;- tabelul 1;- diagramele de încărcare ale şuruburilor stabilite teoretic şi experimental;- concluziile referitoare la rolul pragului de sprijin.

61

Page 54: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Organe de maşini – Îndrumar pentru lucrări de laborator

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 7

STUDIUL SOLICITĂRII LA CARE ESTE SUPUS ŞURUBUL UNUI CRIC CU PÂRGHII

1. Scopul lucrării

Scopul lucării este acela de a stabili dependenţa dintre unghiul de înclinare al pârghiilor şi forţa în şurub, în cazul unui cric cu pârghii.

2. Noţiuni teoretice

Momentul motor folosit pentru strângerea sau desfacerea unei asamblări filetate se obţine cu relaţia (fig. 1)

, (1)

unde este forţa exterioară care acţionează la capătul cheii, iar - lungimea cheii.

Fig. 1

Relaţia de echilibru a momentelor este

, (2)

unde este momentul de frecare dezvoltat în lagăre şi pârghii (pentru cricul

62

Page 55: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

cu pârghii), iar - momentele de înşurubare sau de deşurubare,obţinute cu relaţiile:

; (3)

. (4)

Sarcinile care încarcă elemetele unui cric cu pârghii cu o piuliţa sunt prezentate în figura 2, unde forţa F care încarcă şurubul, se obţine cu relaţia (fig. 3)

, (5)unde α1min =300 .

Fig. 2

63

Page 56: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 3

3. Prezentarea dispozitivului

Schema dispozitivului este prezentată în figura 4.

Fig. 4

Pe placa de bază 1 (fig. 4) se montează lagărul 2, pentru şurubul de mişcare 3 şi pârghia principală 5. Piuliţa nerotitoare 4, ghidată în placa de bază 1, va acţiona pârgia principală 5, prin pârghia 6. Pe pârghia principală 5, la capătul superior, se montează cupa 7 care preia sarcina utilă . Între lagărul 2 şi gulerul şurubului se montează un arc elicoidal cilindric de compresiune 8. Printr-o cuplă de rotaţie din capătul nesolicitat al şurubului se montează indicatorul 11, care se poate deplasa axial (împreună cu şurubul), faţă de o riglă gradată fixă 12. Rotirea pârghiei principale 5 se măsoară cu indicatorul 9 care se deplasează în faţa scalei 10.

4. Modul de desfăşurare al lucrării

Pentru începerea lucrării arcul 8 nu trebuie să fie solicitat (se obţine prin reglarea poziţiei gulerului şurubului 3, iar indicatorul 11 va fi în poziţia zero pe rigla gradată 12.) Înclinarea pârghiei principale (unghiul ) se măsoară cu ajutorul indicatorului 9 şi al scalei 10.

Sarcina utilă (obţinută prin montarea în cupa 7 a unor greutăţi de valoare constantă), va comprima arcul 8 şi va deplasa (cu aceeaşi valoare) şurubul de mişcare. Comprimarea arcului (deplasarea şurubului) se măsoară pe rigla 12, iar rotirea pârghiei 5 se citeşte pe scala 10.

În continuare se roteşte şurubul de mişcare, pentru ridicarea sarcinii (până la o nouă poziţie a pârghiei principale 5), notându-se valorile săgeţii arcului şi ale unghiului .

Forţa din şurub se determină cu relaţia , (6)

unde este rigiditatea arcului.

64

Page 57: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Pentru stabilirea solicitării la care este supus şurubul unui cric cu pârghii, se parcurg următoarele etape:

- se stabileşte mărimea cotei ;- se reglează dispozitivul astfel încât arcul 8 să nu fie solicitat, iar

;

- se încarcă cricul cu greutatea ;- se montează săgeata arcului şi unghiul pârghiei principale  ;

- se acţionează şurubul de mişcare astfel ca şi se notează

şi (se repetă încercarea până la );

- se recomnadă efectuarea măsurătorilor atât pe cursa de ridicare cât şi pe cea de coborâre. (cunoscând );- rezultatele testelor se notează în tabelul 1; - calculând media rezultatelor obţinute se va trasa un grafic al dependenţei

 ;

- pe graficul se va stabilii un domeniu în care valorile şi să fie

comparabile.

Tabelul 1

4. Modul de elaborare al referatului lucrării de laborator

Referatul lucrării de laborator trebuie să cuprindă:- titlul lucrării;- scopul lucării;- schema dispozitivului (fig. 4, indicându-se elementele componente);- etapele efectuării lucrării;- tabelul 1, completat cu rezultatele testelor;

- graficul , în care trebuie indicat domeniul optim de funcţionare.

65

Page 58: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Organe de maşini – Îndrumar pentru lucrări de laborator

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 8

DETERMINAREA RANDAMENTULUI UNUI CRIC CU DUBLĂ ACŢIUNE

1. Scopul lucrării

Lucrarea propune determinarea randamentului unui cric cu dublă acţiune.

2. Noţiuni teoretice

Cricul cu dublă acţiune (fig. 1) se compune din următoarele elemente: cupa 1, şurubul principal 2, şurubul secundar 3, piuliţa fixă 4, corpul 5 şi mecanismul de acţionare 6.

a bFig. 1

Cricul funcţionează prin acţionarea mecanismului 6, care roteşte şurubul secundar 3, acesta fiind înşurubat în piuliţa şurubului principal 2; cupa 1 şi şurubul principal 2 fiind solidarizate, vor efectua o mişcare de translaţie.

66

Page 59: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Solicitările care apar la cricul cu dublă acţiune sunt (fig. 1, b):- cupa 1 şi şurubul principal 2 sunt supuse la compresiune de sarcina de ridicat

şi la torsiune de momentul de înşurubare (se dezvoltă în cupla elicoidală şurubul principal – piuliţa din şurubul secundar);

- şurubul secundar 3 şi corpul 5 sunt supuse la compresiune, iar piuliţa fixă 4 este supusă la tracţiune de sarcina de ridicare ;

- şurubul secundar 3, piuliţa fixă 4 şi corpul 5 sunt supuse la torsiune de momentul de înşurubare (se dezvoltă în cupla elicoidală şurub secundar – piuliţă fixă).

Momentul motor se obţine cu relaţia . (1)

Cricul cu dublă acţiune se poate realiza în două variante constructive: filetele celor două şuruburi au acelaşi sens de înclinare sau sensuri opuse. În primul caz, la o rotaţie completă a şurubului secundar 3, cupa se va deplasa pe o distanţă egală cu diferenţa paşilor celor două filete, iar în al doilea caz, cupa se va deplasa pe o distanţă egală cu suma paşilor celor două filete.

Cunoscând lungimile celor două piuliţe şi şi presupunând că paşii

filetelor celor două şuruburi şi sunt proporţionali cu lungimile filetate ale

şuruburilor (care participă la realizarea înălţimii de ridicat) , adică ,

, (2)

se pot stabili lungimile filetate ale şuruburilor, cu relaţiile:

; (3)

, (4)

unde: este înălţimea de ridicat impusă; - înălţimea efectivă de ridicare a

şurubului principal; - înălţimea efectivă de ridicare a şurubului secundar.

3. Prezentarea dispozitivului

Schema dispozitivului (fig. 2) conţine următoarele elemente:- cupa 1 solidarizată cu şurubul principal 2;- şurubul principal 2;- şurubul secundar 3;- piuliţa fixă 4;- corpul 5;- placa de bază 6 pe care se fixează cricul cu ajutorul unor bride;- coloanele de susţinere 7 (sunt patru coloane) pe care culisează placa mobilă 12;- masele etalonate 8;- cablul 9; - roata 10 care susţine cablul 9;- tamburul 11 pe care se înfăşoară cablul 9 (8, 9, 10 şi 11, reprezintă sistemul de acţionare);- placa mobilă 12 care culisează pe coloanele de susţinere 7 şi comprimă

67

Page 60: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

arcurile 13;

- arcurile de compresiune 13 (sunt patru arcuri identice); - placa fixă 14, montată pe coloanele de susţinere 7.

Fig. 2

4. Modul de desfăşurare al lucrării

Pentru efectuarea lucrării de laborator, cupa cricului se va poziţiona astfel încât cele patru arcuri, montate în paralel, să se afle în punctul de început al cursei de lucru (fig. 3) [27].

Fig. 3

Cu ajutorul unui dispozitiv simplu ("cântar dinamometric") se stabileşte valoarea forţei motoare , reprezentată de greutatea unor mase etalonate 8, care prin

68

Page 61: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

cablul 9 şi roata 10, acţionează asupra tamburului 11. Cursa , a maselor etalonate 8, este limitată, astfel încât tamburul 11 să facă o rotaţie completă

, (5)unde este diametrul tamburului (diametrul tamburului 11 pe care se

înfăşoară cablul 9).La o rotaţie completă a tamburului 11, cupa 1 va efectua o cursă , care

reprezintă suma paşilor filetelor şuruburilor principal şi secundar, (6)

unde este valoarea pasului şurubului principal, iar - valoarea pasului şurubului secundar.

Notând cu greutatea plăcii mobile 12 şi neglijând frecarea dintre aceasta şi

coloanele 7, lucrul mecanic util efectuat de cricul cu dublă acţiune se obţine cu relaţia

, (7)

unde este rigiditatea unui arc 13 (arcurile fiind legate în paralel, rigiditatea totală este ).

Lucrul mecanic consumat se obţine cu relaţia , (8)

unde se neglijează frecările (între cablul 9 şi roata 10; între roata 10 şi axul pe care se montează; între cablul 9 şi tamburul 11).

Randamentul cricului cu dublă acţiune se obţine cu relaţia

. (9)

Pentru efectuarea lucrării sunt necesare următoarele date:;;

;

;

.

5. Modul de elaborare al referatului lucrării de laborator

Referatul lucrării de laborator trebuie să cuprindă:- titlul lucrării;- scopul lucrării;- schema dispozitivului (fig. 2);- elementele care intră în componenţa dispozitivului;- relaţiile folosite pentru calcularea randamentului;- randamentul obţinut în urma testelor efectuate.

69

Page 62: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Organe de maşini – Îndrumar pentru lucrări de laborator

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 9

CALCULUL MOMENTULUI CAPABIL AL UNEI ASAMBLĂRI CU CLEMĂ SECŢIONATĂ

1. Scopul lucrării

Scopul lucrării este acela de a determina experimental momentul de torsiune capabil a fi transmis de o asamblare cu clemă secţionată, când forţa de prestrângere din şurubul F, este impusă.

2. Noţiuni teoretice

Asamblările cu cleme fac parte din categoria asamblărilor demontabile, care transmit sarcina prin frecare. La aceste asamblări, forţa normală (radială) necesară pentru transmiterea momentului de torsiune se realizează cu ajutorul şuruburilor de strângere.

Asamblările cu cleme pot fi compuse din două bucăţi (fig. 1) sau o singură bucată (fig. 2) [31].

Fig. 1

În cel de-al doilea caz (fig. 2 – asamblarea cu clemă secţionată) se consideră butucul format din două bucăţi articulate în punctul .

Dacă se cunosc lungimile şi ale pârghiilor, echilibrul de momente faţă de punctul , este (fig. 3)

70

Page 63: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

, (1)

de unde se poate stabili forţa de apăsare normală din asamblare

, (2)

în care este forţa cu care şurubul strânge clema secţionată.

Fig. 2

Momentul de torsiune care poate fi transmis de asamblarea cu clemă secţionată se determină cu relaţia

. (3)

Din relaţia de calcul a momentului motor

, (4)

se poate stabili forţa de prestrâgere (forţa cu care şurubul strânge clema)

, (5)

unde: este momentul motor obţinut prin strângerea şurubului cu o cheie

dinamometrică; - diametrul mediul al filetului şurubului; -unghiul

de frecare aparent ( - coeficientul de frecare dintre spirele filetelor şurubului şi

piuliţei; - unghiul profilului filetului); - unghiul mediu de

înclinare al spirei filetului ( - pasul filetului); - coeficientul de frecare dintre capul

şurubului şi clemă; - deschiderea cheii; - diametrul găurii de trecere.

Forţa exterioară care acţionează la extremitatea pârghiei de lungime , se determină cu relaţia

71

Page 64: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

, (6)

unde se calculează cu relaţia (3).

Fig. 3

3. Prezentarea dispozitivului

Dispozitivul (fig. 4) este compus din următoarele elemente: 1 - bucşă; 2 - clemă; 3 – pană paralelă; 4 – arbore; 5 – şurub de strângere; 6 – şurub de încărcare; 7 – arc elicoidal cilindric de compresiune; 8 – pârghie; 9 – bucşă gradată; 10 – lamelă; 11 – ştift; 12 – bec electric.

Coeficientul de frecare (dintre bucşa 1 şi clema 2), se poate modifica prin montarea de bucşe executate din materiale diferite având suprafeţele exterioare prelucrate cu rugozităţi diferite. Bucşa 1 se montează pe capătul arborelui 4, printr-o asamblare cu pană paralelă (poz. 3).

Acţionând cu o cheie dinamometrică asupra şurubului 5, acesta va strânge clema elastică 2 pe bucşa 1.

Asamblarea este solicitată de forţa obţinută cu ajutorul şurubului 6, care

acţionează asupra arcului 7 (are rigiditatea ).

Forţa se determină cu relaţia , (7)

unde se citeşte pe bucşa gradată 9. Dacă momentul de torsiune exterior depăşeşte mometul de torsiune capabil a

fi transmis de asamblare, între clema elastică 2 şi bucşa 1 apare o alunecare relativă. Această alunecare conduce la deschiderea întrerupătorului electric format din lamela

72

Page 65: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

10 (montată pe clema 2) şi ştiftul 11 (montat pe bucşa 1), fenomen sesizat prin stingerea becului 12 (înseriat în acest circuit electric).

Ştiind că şurubul de strângere 5 este executat dintr-un material din grupa 8.8., se poate stabili rezistenţa admisibilă la tracţiune

, (8)

unde

. (9)

Forţa maximă de strângere a şurubului 5 se determină cu relaţia :

(10)

iar momentul motor maxim aplicat de cheia dinamometrică este

(11)

unde:

; (12)

. (13)

73

Page 66: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 4

4. Modul de desfăşurare al lucrării

Etapele pentru detrminarea experimentală a momentului de torsiune transmis de asamblare cu clemă elastică secţionată sunt:

- se montează bucşa 1 pe capătul arborelui 4;- se strânge şurubul 5 cu cheia dinamometrică ( ) ;- se verifică lamela 10, care trebuie să se sprijine pe ştiftul 11, astfel ca becul

12 să fie aprins;- se determină forţa de prestrângere , folosind relaţia (5);- se acţionează cu o cheie fixă asupra şurubului 6, până când becul 12 se

stinge, indicând apariţia alunecării relative din asamblare; - cunoscând rigiditatea arcului şi prin citirea deformaţiei , se determină

cu relaţia (7), forţa care acţionează la extremitatea pârghiei clemei;- folosind relaţia (6), se determină momentul de torsiune experimental

transmis de asamblare;- se repetă aceste operaţii (pentru aceeaşi bucşă şi aceeaşi strângere a şurubului

5), determinându-se momentul de torsiune experimental mediu (ca medie a

valorilor obţinute) ;- dacă se cunoaşte coeficientul de frecare dintre bucşa 1 şi clema 2, cu

relaţia (3) se determină momentul de torsiune teoretic transmis de asamblare şi se calculează abaterea relativă dintre valoarea teoretică şi cea experimentală cu relaţia

; (14)

74

Page 67: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

- dacă nu se cunoaşte coeficientul de frecare (dintre bucşa 1 şi clema 2), acesta se poate determina impunând în relaţia (2), ca momentul de torsiune experimental mediu să fie egal cu cel stabilit teoretic ;

- testele se vor efectua folosind bucşe executate din oţel sau fontă. Rezultatele obţinute în urma efectuării testelor se vor nota în tabelul 1. Tabelul 1

Mate-rialul din care este con-fecţi-onatăbucşa

Mo-men-tul

motor

Mm

Nmm

Forţa de

pre-strân-gere

Defor-maţia

arcului

Forţa Mo-men-tulde

torsiunestabilit experi-mental

Momen-tul de

torsiune experi-mental mediu

Mo-mentul

de torsi-une

teore-tic

Nmm

Aba- terea relati-

Coefici-entul de frecare

Oţel

Fontă

Pentru efectuarea calculelor sunt necesare următoarele date:

; ; ; ; .

5. Modul de elaborare al referatului lucrării de laborator

Referatul lucrării de laborator trebuie să cuprindă:- titlul lucrării;- scopul lucrării;- schema asamblării (fig. 3);- relaţiile de determinare a momentului de torsiune teoretic şi a forţei de

prestrângere ;- schema dispozitivului (fig. 4), cu indicarea elemtentelor componente;- etapele necesare efectuării lucrării;- tabelul 1.

75

Page 68: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Organe de maşini – Îndrumar pentru lucrări de laborator

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 10

DETERMINAREA TENSIUNII PRODUSE DESOLICITAREA LA FORFECARE ÎNTR-O

ASAMBLARE NEDEMONTABILĂ PRIN SUDURĂ

1. Scopul lucrării

Lucrarea de laborator are drept scop determinarea tensiunii de forfecare în lungul unui cordon de sudură.

2. Noţiuni teoretice

Înbinările sudate sunt asamblări nedemontabile, realizate prin forţele de coeziune intermoleculară ale materialelor pieselor de îmbinat, prin aplicarea unei încălziri locale a pieselor până la topire sau numai până la plasticizare, cu sau fără

76

Page 69: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

adaos de material de compoziţie corespunzătoare, cu sau fără utilizarea unor forţe exterioare aplicate pieselor care urmează a fi asamblate.

Calculul de rezistenţă al asamblărilor sudate supuse solicitărilor statice este un calcul convenţional. Stabilirea tensiunilor reale din piesele sudate, dar mai ales din cordonul de sudură şi din zonele învecinate, este o problemă complexă. Pentru a simplifica calculele, se pot stabili câteva principii, în general valabile pentru cele mai importante tipuri de cordoane de sudură [4]:

- se admite o repartiţie uniformă a tensiunilor pe secţiunea sudurii;- se consideră secţiunea prin cordonul de sudură de dimensiuni egale cu

secţiunea nominală a elementelor îmbinate;- tensiunile remanente care apar inevitabil în urma sudării, nu se iau în

considerare, deoarece nu pot fi evaluate cu precizie, atât din punct de vedere al valorilor, cât şi al poziţiilor;

- lungimea utilă de calcul a cordonului de sudură (în cazul cordoanelor deschise) este mai mică decât lungimea efectivă a sudurii, din cauza imperfecţiunilor care apar la începutul şi sfârşitul execuţiei unei cusături.

În cazul îmbinărilor sudate bilateral şi încărcate cu o forţa axială centrică, sudura este solicitată la forfecare, condiţia de rezistenţă fiind de forma (fig. 1)

, (1)

unde: este tensiunea la forfecare în cordonul de sudură; - tensiunea medie la forfecare în cordonul de sudură; - forţa de tracţiune; a- înălţimea

cordonului de sudură ( ); - lungimea de calcul a cordonului de

sudură ( ); - rezistenţa admisibilă la forfecare a cusăturii.

Fig. 1

În cusătura de colţ laterală, are loc o repartiţie neuniformă a tensiunilor la forfecare pe lungimea cordonului, concentrarea tensiunilor fiind maximă la capetele cordonului (fig. 1). Calculul se efectuează în cele mai multe cazuri pe baza unei tensiuni medii de forfecare, iar pentru limitarea tensiunilor maxime, se recomandă ca lungimea cordoanelor laterale să respecte condiţia

. (2) Coeficientul real de repartizare neuniformă a tensiunii de forfecare în lungul

cordonului de sudură, se defineşte ca raportul între tensiunea reală de forfecare într-un punct oarecare al cordonului de sudură şi valoarea medie teoretică care revine acestuia

77

Page 70: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

. (3)

3. Prezentarea dispozitivului

Schema constructivă a dispozitivului (fig. 2) arată că acesta se compune din cadrul 1, pe care se montează îmbinarea sudată 2, realizată din trei platbande (două laterale şi una centrală). Bara- epruveta 2 este rezemată pe un suport 3 la mijlocul acesteia, iar la capătul din strânga se fixează cu şurubul 4 şi piuliţa 5. Strângerea piuliţei 5 se realizează cu o cheie obişnuită prevăzută eventual cu o tijă prelungitoare.

Valorile tensiunilor se stabilesc cu ajutorul unui circuit de măsură care are în componenţă traductoare electrice rezistive TER, dispozitivul de comutare şi echilibrare N2304, puntea tensometrică de tip TDA – 3 şi un aparat pentru măsurarea semnalului de ieşire (aparat de măsură digital, conectat la ieşirea punţii tensometrice).

Traductoarele electrice rezistive TER1...TER6 sunt traductoare active, ele fiind lipite în lungul axei de aplicare a forţei de tracţiune. Traductorul de compensaţie

este lipit perpendicular pe direcţia forţei, rolul său fiind acela de a prelua variaţiile de temperatură ale mediului unde lucrează instalaţia (fig. 3).

În figura 4 este prezentat modul de legare a traductoarelor active TER1...TER6 şi a traductorului de compensaţie TERc , în raport cu traductoarele electrice rezistive TER7 şi TER8 (de rezistenţă constantă), din puntea tensiometrică.

Dispozitivul de comutare şi echilibrare N2304 are rolul de a comuta, pe rând, traductoarele electrice rezistive TER1...TER6 în circuitul de măsură şi de a echilibra acest circuit, prin intermediul condensatorului variabil şi a rezistenţei reglabile

(2 – fig. 3).Puntea tensometrică TDA-3 este destinată să măsoare deformaţiile şi

tensiunile mecanice, statice şi dinamice, cu ajutorul traductoarelor tensometrice rezistive, deformaţiile acestora fiind egale cu cele ale pieselor pe care se montează. (3 – fig. 3).

Semnalul rezultat se măsoară prin intermediul unui aparat de măsură digital (numărător universal de tip E- 0202; 4 – fig. 3) sau se poate înregistra pe un oscilograf (5 – fig. 3).

Puntea dispozitivului de comutare şi echilibrare şi puntea tensometrică se conectează în serie cu puntea de traductoare, pe diagonala de măsurare (fig. 3).

Tensiunile de tracţiune care apar în piesele asamblate se stabilesc cu ajutorul traductoarelor electrice rezistive, transformând semnalul dat de acestea (citit pe numărătorul universal) în tensiune, prin folosirea relaţiei

, (4)

în care: este tensiunea normală produsă de solicitarea la tracţiune ;

S – sensibilitatea scării de măsură (S = 0,5); - indicaţia de măsură; -indicaţia

reziduală; -indicaţia de calibrare; X – numărul traductoarelor active (X = 1); K – sensibilitatea traductorului (K = 2,1); p – coeficientul care depinde de rezistenţa nominală a traductorului (pentru R= 118 , p = 1); E – modulul de elasticitate

longitudinal al materialului pieselor asamblate ( ); i – numărul

traductorului electric rezistiv.Pentru a evita distrugerea dispozitivului, sarcina maximă de încărcare trebuie

să satisfacă inegalitatea

78

Page 71: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

, (5)

în care:

(6)

reprezintă forţa maximă din condiţia de rezistenţă la tracţiune a şurubului (poz. 4 – fig. 2);

(7)

reprezintă forţa maximă din condiţia de rezistenţă la strivire din articulaţia platbandă centrală – bolţ ;

(8)

reprezintă forţa maximă determinată din condiţia de rezistenţă la tracţiune a platbandei centrale;

(9)

reprezintă forţa maximă din condiţia de rezistenţă la forfecare a cordoanelor de sudură.

79

Page 72: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig

. 2

80

Page 73: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

Fig. 3

Fig. 4

În relaţia (6) s-au folosit următoarele notaţii: - diametrul

interior al filetului şurubului; - rezistenţa admisibilă la tracţiune a materialului şurubului.

În relaţiile (7), (8) şi (9) notaţiile au următoarele semnificaţii: -

diametrul bolţurilor din articulaţii; - grosimea platbandelor; - rezistenţa admisibilă la strivire a materialului bolţurilor; - lăţimea platbandei centrale; - rezistenţa admisibilă la tracţiune pentru

materialul platbandelor; - înălţimea cordonului de

sudură; - lungimea de calcul a cordonului

de sudură; - rezistenţa admisibilă la forfecare a cordonului de sudură. Tensiunea de tracţiune în platbande (în dreptul traductorului TER1), sub

acţiunea forţei maxime de încărcare , este

. (10)

Cu ajutorul acestei tensiuni, prin citirea pe numărătorul electronic a indicaţiilor şi , se poate determina indicaţia de măsură maximă, cu relaţia

. (11)

81

Page 74: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

4. Modul de desfăşurare al lucrării

Lucrarea de laborator se efectuează prin parcurgerea următoarelor etape:- fără a încărca asamblarea, se introduce în circuitul punţii tensometrice

traductorul electric rezistiv TER1 (prin trecerea punţii de comutare pe canalul 1) şi se echilibrează (rezistiv şi capacitiv) puntea tensometrică (aceasta rămâne echilibrată până la încheierea testelor);

- se trece puntea de comutare, pe rând, pe fiecare canal (introducându-se în circuitul punţii tensometrice traductorul legat prin acest canal) şi se echilibrează din nou circuitul (rezistiv şi capacitiv), prin puntea de comutare şi echilibrare; la sfârşitul operaţiei de echilibrare, se citeşte indicaţia reziduală ( i = 1..6), corespunzătoare traductorului aferent;

- se citeşte, pe numărătorul universal, indicaţia de calibrare ;

- se determină, cu relaţia (11), indicaţia de măsură maximă ;

- se trece din nou puntea de comutare pe canalul 1 şi se încarcă asamblarea (cu ajutorul şurubului şi a piuliţei), urmărindu-se ca indicaţia de măsură (citită pe numărătorul universal) să îndeplinească condiţia

, (12)

unde este un factor de siguranţă (Ks = 0,85);- se trece puntea de comutare, pe rând, pe fiecare canal şi se citeşte (pe

numărătorul universal) indicaţia de măsură (i =2…6), corespunzătoare

traductorului i; indicaţiile de măsură (i = 1...6), cele reziduale ( i = 1..6) şi

indicaţia de calibrare se trec în tabelul 1;

- cu relaţia (4), se determină tensiunile de tracţiune (i = 1...6), din secţiunile în care sunt montate traductoarele electrice rezistive;

Tabelul 1 Nr. traductorului

Parametrul1 2 3 4 5 6

- se determină forţa totală care încarcă asamblarea, (13)

primul traductor fiind aplicat în afara zonei îmbinării, pe platbanda centrală;

- se determină forţele (i = 2...6), care încarcă platbandele laterale, în dreptul

traductoarelor electrice rezistive, aplicate în zona îmbinării, cu relaţia , (14)

l fiind lăţimea platbandei laterale;

82

Page 75: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

- considerând că tensiunea de forfecare din cordoanele de sudură (pe porţiuni de lungimi mici) este uniform distribuită, se determină forţele transmise pe lungimile cordoanelor de sudură cuprinse între două traductoare electrice rezistive succesive, cu relaţiile:

(15)

- se determină tensiunea de forfecare medie din cordoanele de sudură

; (16)

- se determină tensiunile medii de forfecare pe porţiunile de sudură cuprinse între două traductoare electrice rezistive cu relaţia

, (17)

iar tensiunea pentru porţiunea de sudură amplasată înaintea traductorului 2 şi după traductorul 6, cu relaţiile:

; (18)

;

- se determină coeficientul real de repartizare neuniformă a tensiunii de forfecare pe lungimea cordoanelor de sudură

; (19)

- rezultatele obţinute în urma acestor calcule se trec în tabelul 2;- se trasează diagrama de variaţie a coeficientului real de repartizare

neuniformă a tensiunii de forfecare , pe lungimea cordoanelor de sudură.

Tabelul 2

Nr. traductoruluisau interva-

lulParamentrul

1 2 3 4 5 6

2-3 3-4 4-5 5-6

S = 0,5; X = 1; K = 2,1; p = 1; E = ; = 28mm; l = 18mm;

s = 5mm; = 250mm; = 15mm; = 46mm; 40mm;

58mm; 50mm; 41mm.

83

Page 76: ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR O.M. L 1-10

5. Modul de elaborare al referatului lucrării de laborator

Referatul lucrării de laborator trebuie să cuprindă:- titlul lucrării;- scopul lucrării;- schema dispozitivului (fig. 2);- etapele desfăşurării lucrării de laborator ;- tabelele 1 şi 2 ;- diagrama de variaţie a coeficientului real de repartizare neuniformă a tensiunii de forfecare pe lungimea cordoanelor de sudură.

84