PROIECT DE SPECIALITATESpecializarea: tehnician n prelucrri mecanice

Mecanisme de transformare a micrii

ndrumtor,

Elev,

Cuprins Mecanisme de transformare a micrii Importana utilizrii mecanismelor n construcia mainilor-unelte Capitolul I. Mecanisme de transformare a micrii I.1. Generaliti. Clasificare. I.2. Mecanismul urub piuli. I.2.1. Pri componente. Funcionare. I.2.2. Domenii de utilizare. I.2.3. Avantajele i dezavantajele folosirii mecanismului urub piuli I.2.4. Alegerea profilului i materialului. I.3. Mecanismul roat dinat cremalier. I.3.1. Generaliti. I.3.2. Dimensionare. I.4. Mecanisme cu came. I.4.1. Descriere. Clasificare. I.4.2. Pri componente: I.5. Mecanismul cu excentric. I.6. Mecanismul cu clichet. I.7. Mecanismul biel manivel. Bibliografie

2

Importana utilizrii mecanismelor n construcia mainilor-unelte n industria constructoare de maini se realizeaz, prin procedee de prelucrri mecanice, produse necesare diferitelor domenii ale tehnicii, cum ar fi: industria de electrotehnic i mecanic fin, industria de automobile, energeticnuclear, construcii metalice i utilaj tehnologic, construcii aero-spaiale, etc. Tehnologia prelucrrii mecanice prin achiere se ocup cu aplicarea tiinific a proceselor de prelucrare a pieselor, prin ndeprtarea surplusului de material sub form de achii, n vederea obinerii unor produse de nalt nivel tehnic i la un cost minim. Operaia de prelucrare mecanic prin achiere se realizeaz cu ajutorul mainilor-unelte. Maina-unealt este o main de lucru echipat cu scule i dispozitive necesare pentru realizarea operaiilor de prelucrare prin achiere. Din categoria mainilor-unelte fac parte: strunguri de diferite tipuri, maini de frezat, rabotat, mortezat, maini de rectificat, maini de gurit, maini de alezat, etc. n general, o main-unealt se compune dintr-o serie de mecanisme i organe specifice mainilor-unelte (batiuri, ghidaje, arbori, axe, lagre, cuplaje, etc.) care face posibil realizarea ciclului de prelucrare prin achiere. Condiiile tehnologice de prelucrare a pieselor prin achiere au condus la realizarea unui numr de tipuri de maini-unelte cu micarea principal de rotaie. n general, mainile-unelte sunt acionate de motoare electrice care asigur micarea de rotaie la intrarea n cutia de viteze, turaia micrii putnd fi variat n limite foarte strnse (una, dou, trei i mai rar patru turaii). Aadar, apare necesar existena n schema cinematic a mecanismelor pentru transmiterea micrii de la motorul electric la axul principal i pentru schimbarea turaiilor n scopul lrgirii domeniului de utilizare al turaiilor la axul principal al mainilor-unelte. Utilizarea unui anumit tip de mecanisme, n construcia mainilor-unelte, este influenat de o seam de factori care in de utilizarea mainii-unelte, de economicitatea soluiei, de avantajele i dezavantajele pe care le prezint fiecare tip de mecanism n parte. n afara mecanismelor mecanice la mainile-unelte moderne se extinde tot mai mult folosirea mecanismelor electrice, electronice, hidraulice i pneumatice care prezint unele avantaje, ca: randament ridicat, posibiliti largi de3

automatizare, eliminarea zgomotelor, manevre uoare, etc. Mecanismele pneumatice au o utilizare mai restrns n special la mainile-unelte portabile. Din categoria mecanismelor destinate mainilor-unelte se disting : - mecanismele de transformare a micrii de rotaie n micare de translaie (continu sau intermitent); - mecanismele de transformare a micrii de rotaie continu n micare de rotaie intermitent; - mecanismele de transmitere a micrii de rotaie de la arborele de ieire al motorului la axul principal (realizeaz legtura dintre sursa de energie folosit i mecanismele de lucru); - mecanismele pentru variaia continu sau discret (n trepte) a turaiilor (mecanisme variatoare de turaii folosite la construcia cutiilor de viteze i a cutiilor de avansuri); - mecanismele pentru inversarea sensului de micare (inversarea micrii de rotaie).

4

Capitolul I. Mecanisme de transformare a micrii I.1. Generaliti. Clasificare.n construcia de maini o mare importan n transformarea micrii de rotaie, care este folosit frecvent, o au mecanismele de transformare a micrii. Pentru producerea micrii sunt utilizate motoarele electrice, motoarele cu ardere intern care genereaz o micare de rotaie, arbori ce sunt uor de executat din punct de vedere tehnologic. n construcia de maini deoarece unele pri trebuie s execute i alte tipuri de micri, trebuie introduse mecanisme de transformare a micrii. Acestea preiau micarea de rotaie i o transform n: continu Micare de rotaieMecanisme de transformare a micrii

Micare rectilinie discontinu

Cele mai utilizate mecanisme sunt: a). mecanisme pentru transformarea micrii de rotaie n micare rectilinie continu sau invers: 1. mecanism urub piuli 2. mecanism roat dinat cremalier b). mecanisme pentru transformarea micrii de rotaie n micare alternativ sau invers: 1. mecanism biel manivel 2. mecanism cu excentric 3. mecanism cu came c). mecanisme pentru transformarea micrii rectilinii intermitente n micare de rotaie intermitent 1. mecanism cu clichet d). mecanisme pentru transformarea micrii de rotaie continu n micare de rotaie discontinu: 1. mecanism Cruce de Malta n construcia de maini se utilizeaz mai mult mecanisme de transformare a micrii, cuplate ntre ele. Pentru a obine o micare de rotaie intermitent pornind de la micarea de rotaie continu putem utiliza: - un mecanism Cruce de Malta, sau5

Alternativ Intermitent

- un mecanism biel manivel i un mecanism cu clichet. I.2. Mecanismul urub piuli. I.2.1. Pri componente. Funcionare. Mecanismul urub piuli se compune dintr-un urub conductor (1) i o piuli (2) aflate n micare relativ n timpul funcionrii. Acest mecanism realizeaz micarea de rotaie n micare de translaie (sau invers) sau n plus, transmiterea forei. 2

p 1 Fig. 1.

n 1 Fig. 2. Pentru a obine micarea rectilinie este necesar s se mpiedice deplasarea axial sau rotirea uneia din cele dou elemente ale mecanismului. Se disting trei cazuri n raport de micrile obinute: 1). urubul se rotete i este asigurat contra deplasrii axiale, iar piulia este asigurat la rotirea i se deplaseaz axial solidar cu elementul antrenat (de exemplu: urubul conductor al strungului). 2). urubul se rotete i se deplaseaz axial, piulia fiind asigurat la rotaie i translaie (de exemplu: avansul longitudinal al masei frezelor). 3). urubul este asigurat contra rotirii dar se deplaseaz axial, iar piulia se rotete i este asigurat contra deplasrii axiale. I.2.2. Domenii de utilizare. Transmisia urub piuli este utilizat n construcia sistemelor tehnice6

2

care realizeaz ridicarea greutilor (cricuri), sarcini de ncrcare (maini de ncercare, extractoare); procese de prelucrri mecanice de piese, maini-unelte, etc.; msurarea dimensiunilor (micrometre, alte instrumente de msurare). Combinaii de micri ale elementelor cuplei urub piuli. Modul de micare al piuliei al urubului n micare de rotaie i Fix translaie n micare de n micare de rotaie translaie n micare de n micare de rotaie translaie n micare de rotaie Fix i translaie Exemple de utilizare Cricuri, prese cu urub. urubul conductor al strungului. Transmisia urub piuli a ppuii mobile a strungului. Braul mainilor radiale de gurit.

Dup modul de legare al elementelor cuplei, transmisia urub piuli poate fi: a). cu filet, placa cuplat cu filet urub piuli; b). cu bile, ca o construcie particular a primului tip, la care filetul este nlocuit de canale elicoidale n ambele elemente, ntre care se deplaseaz bile n circuit nchis. I.2.3. Avantajele i dezavantajele folosirii mecanismului urub piuli. n ceea ce privete transmisiile obinuite cu filet, acestea au o larg utilizare n construcia de maini datorit unor avantaje pe care le prezint, cum ar fi: construcia i execuia relativ simple; precizia ridicat; funcionare fr zgomot; gabarit redus; posibilitatea transmiterii unor fore relativ mari. Ca principale dezavantaje se menioneaz: existena unor frecri importante ntre spirele filetului care determin randamentul sczut; - uzuri relativ mari, i n consecin, viteze relativ limitate. Acest neajuns este n parte eliminat de transmisiile cu bile, la care frecarea de alunecare este nlocuit cu frecarea de rostogolire. I.2.4. Alegerea profilului i materialului. La transmisiile urub piuli se utilizeaz de regul filetele cilindrice cu profil trapezoidal sau ferstru, iar n ambele situaii chiar filetul triunghiular metric. Alegerea profilului filetului se face n funcie :7

- de caracterul sarcinii (mrimea, felul acionrii: statice sau cu oc); - de direcia de aciune a acesteia (ntr-unul sau n ambele sensuri); - de condiiile de lucru i de randamentul transmisiei. Filetul trapezoidal este generat de un trapez isoscel care rezult din teirea vrfurilor unui triunghi isoscel care are unghiul la vrf de 300, baza egal cu pasul p[mm] i nlimea H = 1,866 p. Dup teirea vrfurilor, nlimea trapezului rezult H=0,5 p, iar baza mic egal cu 0,366 p. Rigiditatea i rezistena filetului trapezoidal sunt mari deoarece seciunea filetului crete spre baza de ncastrare; de aceea, filetul poate fi folosit n cazul sarcinilor alternative sau cu oc. 150 0,366p

0,366p

Fig. 3. Perechea de materiale pentru urub piuli trebuie s asigure: - rezistena ridicat la uzare, de regul la sistemele cu acionri frecvente; - un coeficient de frecare redus (ns nu mai mic dect limita care asigur autofrnarea), pentru obinerea unui randament bun; - ndeplinirea cerinei de economicitate. Cerinele la uzare n condiia de alunecare a celor dou piese conjugate este ndeplinit dac piulia se execut dintr-un material antifriciune, iar urubul se execut cu o suprafa mai dur din oeluri netratate sau tratate termic, uzura fiind concentrat n acest fel pe piuli (piesa cu dimensiuni mai mici) nlocuirea acesteia fiind mai puin costisitoare. La acionri foarte rare i manuale, adic fr pericolul unei uzri intense (cazul tiranilor, cricul auto, etc.) piulia se poate realiza din fonte sau oeluri uzuale i n aceste cazuri este raional ca duritile suprafeelor conjugate n contact s fie diferite. Materialul urubului trebuie s aib o rezisten mare numai dac uruburile sunt puternic solicitate i au lungimi relativ reduse (la care nu apare flambajul). uruburile neclite se realizeaz din oel carbon de uz general: OL42, OL50 sau din oel carbon de calitate cu coninut ridicat de carbon (oeluri8

dure): OLC45, OLC50. Dac se impune deplasri de mare precizie sau rezistene reale la uzare se recomand folosirea oelurile care se clesc, cum ar fi: oeluri carbon pentru scule: OSC10, oelurile aliate de larg utilizare: 40Cr10, 65Mn10; la aceste uruburi se rectific filetul. Piulia se execut din materiale antifriciune, fie din fonte sau oeluri uzuale. Dintre materialele antifriciune se folosesc: bronzurile cu staniu: CuSn12, CuSn12Ni la viteze mari; fontele rezistente la uzare: FeA1FeAn la sarcini i viteze mici. Piuliele de dimensiuni mari care lucreaz la sarcini i viteze mari se realizeaz cu cptueala din bronz turnat pe corpul din font sau oel.

I.3. Mecanismul roat dinat cremalier. I.3.1. Generaliti. Mecanismul cu roat dinat i cremalier este unul dintre cele mai simple din punct de vedere constructiv, fiind compus dintr-o roat dinat angrenat cu o cremalier. 3 2

1 Fig. 4. Mecanismul este compus dintr-o roat dinat 1, care angreneaz cu o cremalier 2, prins de maina-unealt sau de un organ al acesteia 3. Dup semnul de rotaie al roii se obine cel al micrii rectilinii. Micarea rectilinie se obine n dou feluri: 1). Solidariznd ansamblul mobil 3, de cremaliera 2, lagrele arborelui roii dinate fiind fixe (de exemplu: la rabotare). Micarea rectilinie se realizeaz cu o vitez egal cu viteza periferic a roii dinate: V= zn m 1000

[m/min]

9

A.

I.3.2. Dimensionare. Cremaliera.

(r)

s Fig. 5. Linia (r ) este linia de referin a cremalierei. Poriunea dintelui cuprins ntre linia de referin i vrful dintelui poart numele de capul dintelui, iar cea dintre rdcina dintelui i linia de referin, piciorul dintelui. Distana msurat ntre dou profile analoage ale danturii pe o paralel cu linia de referin se numete pasul dintelui. La dantura cremalierei plane, pasul este acelai indiferent pe care dreapt se face msurarea. Segmentul de pe linia de referin (r) care corespunde unui dinte grosimea dintelui pe linia de referin este egal cu segmentul de pe linia de referin (r) care corespunde golului dintre doi dini limea golului pe linia de referin. Distana dintre vrful dintelui unei cremaliere i fundul golului dintre dinii celeilalte poart numele de joc de fund. Dimensiunile cremalierei de referin sunt exprimate n funcie de o lungime standardizat, denumit modulul dintelui (m). Pasul p0 [mm] al danturii este : p0 = m Grosimea 0 a dintelui pe linia de divizare i limea g0 a golului dintre dini pe aceeai linie: 0 = m 2 nlimea a0 a capului dintelui de cremalier : a0 = f0 n unde: f0 coeficientul de nlime al capului dintelui; f0 = 1 pentru dantura normal; f0 = 0,8 pentru dantura scurt. nlimea b0 a piciorului dintelui de cremalier : b0 = a0 + c0 Jocul de fund c0 este : c0 = 0 m unde: 0 - coeficientul jocului de fund; 0 = 0,25 pentru dantura normal; 0 = 0,3 pentru dantura scurt. nlimea dintelui h0 este: h0 = a0 + b0 = (2f0 + 0 )m Unghiul de nclinare 0 a profilului cremalierei : 0 = 200 ntre profilul dintelui de cremalier i linia de fund a golului dintre doi10

dini se face o rotunjire la baza profilului dintelui de cremalier. r0 = 0,03 m r0 c0 Fig. 6. Pinion. Pinioanele sunt organe de maini, fiind constituite din corpuri de rotaie i prevzute cu o dantur exterioar sau interioar, cu seciunea determinat de forma profilului. Arborele de la care se transmite micarea se numete arbore motor sau conductor, astfel nct dac roata dinat este calat (fixat) pe un astfel de arbore se numete roat dinat motoare sau conductoare. Arborele care primete micarea se numete arbore condus, iar roata dinat calat pe un astfel de arbore se numete roat dinat condus. Cunoscndu-se: - turaia pinionului n1[rot/min], modulul m[mm], viteza de deplasare a mesei m , se poate calcula principalele elemente geometrice ale pinionului: - diametrul de divizare Dd1: Dd1 = 60 [mm] vm = v m [m/s] - numrul de dini: z1 = Dd1 m - diametrul cercului de cap De1: De1 = Dd1 + 200 [mm] - diametrul cercului de picior Di1: Di1 = Dd1 2(a0 + c0 ) [mm] - diametrul cercului de baz Db1: Db1 = Dd1 cos 0 [mm]

I.4. Mecanisme cu came. I.4.1. Descriere. Clasificare.11

Cele mai simple mecanisme sunt mecanismele cu came. Acestea se definesc ca fiind mecanismele n care transmiterea micrii se face prin contact direct ntre elementul conductor cama, i elementul condus tachetul. n foarte puine cazuri micarea este transmis invers de la tachet la cam. Mecanismul cu cam i tachet se compune dintr-un element conductor profilat (cama), care transmite elementului condus (tachet) o micare determinat de profilul camei, atunci cnd se imprim acesteia o micare. Mecanismele cu cam ndeplinesc cele mai diferite funciuni la mainile unelte i sunt folosite pe scar larg n construcia acestora. n cele mai multe cazuri cama are o micare uniform de rotaie i mai rar o micare oscilatorie sau rectilinie. n acest fel un mecanism cu cam i tachet transform micarea de rotaie, de oscilaie sau rectilinie alternativ a camei ntro micare alternativ i mai rar oscilatorie a tachetului. Problema care se pune n cadrul sintezei mecanismelor cu cam este determinarea profilului i a dimensiunilor camei pe baza legii de micare a tachetului, lege impus de procesul tehnologic. Aceast lege poate fi dat de o diagram, fie de variaia acceleraiei tachetului n acelai interval. Diagramele care stau la baza sintezei se numesc ciclograme. Criteriile pentru construcia ciclogramelor sunt variate i procesul tehnologic este cel hotrtor, cum ar fi prelucrarea anumitor dispozitive cu profile date. Camele servesc la transformarea micrii de rotaie n micare de translaie, pentru comandarea anumitor organe care nu execut micri cu curse mari. Cama prezint o proeminen (sau un an) cu profil determinat pe suprafaa unui disc (sau arbore). n contact permanent cu aceast suprafa se gsete un organ urmritor numit tachet. Se realizeaz o deplasare periodic la intervale egale (tachetul este mpins rectiliniu). De exemplu: - comanda supapelor la motoarelor cu ardere intern (cama i tachetul transmit micarea prin intermediul unei piese numit culbutor; - la mainile unelte automate pentru comanda micrilor n timpul operaiei de prelucrare. La contactul dintre proeminena camei i tachet se nate un oc, datorit diferenei vitezelor acestora, care d n timp o uzur a profilului camei, i apar jocuri mari care impune periodic un reglaj al interstiiului cu un calibru de interstiii 0,03 1 mm. Camele sunt solidare cu axul lor.

I.4.2. Pri componente: 1 cama 2 - tachetul12

3 tija tachetului 4 culbutor 5 supap 6 arcul supapei Fig.7.

I.5. Mecanismul cu excentric. Excentricul este o manivel de o construcie special. El transform micarea circular continu a unui arbore motor ntr-o micare rectilinie alternativ a unei tije, n cazul unei curse mici. De exemplu: la distribuia mainilor cu abur; la acionarea pompei de alimentare cu ap a locomotivelor cu abur; berbecul unei prese. Mecanismul cu excentric se compune din: 1 excentricul propriu-zis (disc metalic fixat excentric pe arbore 4); 2 colierul excentricului (ram sau inel); 3 tija excentricului care joac rolul bielei.

13

Fig.8.

I.6. Mecanismul cu clichet. Clichetul este o prghie articulat la un capt i avnd cellalt capt profilat astfel nct ptrunznd ntre dinii unei roi dinate, s mpiedice rotirea acesteia ntr-un anumit sens. Clichetul poate bloca sau debloca un ax (arbore) ce se rotete ntr-un sens sub aciunea unei comenzi. Datorit faptului c dinii clichetului lucreaz la ndoire i la presiune, ei se execut cu limi mai mari la baz (zona de lucru). De exemplu, asociat cu alte mecanisme se folosesc ca: organe de frnare cu oprire automat pentru utilaje de ridicat sarcini: vinciuri, trolii manuale, cricuri, etc.; mecanisme de deplasare cu curs foarte scurt (pasul unui dinte). Clichetul este acionat pentru a mpinge un dinte i apoi, retrgndu-se un pas, angreneaz urmtorul dinte, repetnd micarea, roata dinat sau cremaliera se deplaseaz pas cu pas. 1 clichet 2 roat dinat14

Fig.9. Mecanismul cu clichet.

I.7. Mecanismul biel manivel. Mecanismul biel manivel se ntlnete la: maina cu abur; motoarele cu ardere intern; compresoare cu piston; pompe cu piston.

-

Prile componente ale mecanismului biel manivel sunt: 1 - cilindru; 2 - tija pistonului; 3 - cap de cruce, face legtura ntre tija pistonului i biel; 4 - volantut, fixat solidar pe arbore i are rolul de a uniformiza turaia arborelui; 5 - glisiera, ce are rolul de a menine capul de cruce n micare pe axa cilindrului (tlpi de fixare); 6 - biela, ce este articulat la una din extremiti cu capul de cruce i la cealalt cu manivela;15

7 - manivela, fixat pe arborele mainii i poate executa numai o micare de rotaie. Pistonul execut o micare liniar alternativ, deplasndu-se n interiorul unui corp de form cilindric, numit cilindru. n cilindru, fluidul intr i iese prin nite organe cum sunt ventilele (supapele) sau sertarele, funcionnd automat sau comandat. Bielele transform micarea de rotaie n micare de translaie i invers. Are dou micri simultane: la un cap liniar i la un cap de rotaie, obinnduse o micare unghiular oscilatorie.-

Fig.10. Mecanismul biel manivel.

Bibliografie

[1]. Ruxandra Noia, Liliana enescu, Organe de maini i mecanisme, Editura SIGMA, Bucureti, 2002 [2]. Conf. Dr. Ing. Ion Gheorghe .a. Utilajul i tehnologia meseriei mecanic montator ntreinere i reparaii n construcia de maini, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1995 [3]. Mrginean V. i alii, Utilajul i tehnologia meseriei, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1999.16