Num Universitatea Transilvania din Bra …old.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...

Investeşte în oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013 Axa prioritar ă 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere” Domeniul major de intervenţie 1.5 „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării” Titlul proiectului: „Investiţie în dezvoltare durabilă prin burse doctorale (INED)” Numărul de identificare al contractului : POSDRU/88/1.5/S/59321 Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov

Universitatea Transilvania din Braşov Şcoala Doctorală Interdisciplinar ă

Centrul de cercetare: Tehnologii şi sisteme avansate de fabricaţie

Ing. Răzvan-Alexandru RĂCEU

Rezumatul tezei de doctorat

Summary of the PhD Thesis

CERCETĂRI INOVATIVE PRIVIND DEZVOLTAREA UNOR

NOI AUTOMATE DE PRESARE LA RECE

INNOVATIVE RESEARCH ON THE DEVELOPMENT OF NEW

AUTOMATIC PRESSES

Conducător ştiin ţific

Prof.dr.ing. Romeo CIOARĂ

BRAŞOV, 2012

MINISTERUL EDUCA ŢIEI, CERCET ĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRA ŞOV BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov Nr. 5499 din 25.10.2012

PREŞEDINTE: Prof.univ.dr.ing. Vladimir MĂRĂSCU KLEIN Universitatea “Transilvania” din Braşov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof.univ.dr.ing. Romeo CIOARĂ Universitatea “Transilvania” din Braşov

REFERENŢI: Prof.univ.dr.ing. Octavian BOLOGA Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Prof.univ.dr.ing. Eugen STRĂJESCU

Universitatea “Politehnica” din Bucureşti

Prof.univ.dr.ing. Dorin DIACONESCU Universitatea “Transilvania” din Braşov

Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 13.12.2012, ora 1100, (corp V al Universităţii Transilvania din Braşov, parter,) sala VPA. Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le transmiteţi în timp util, pe adresa Universităţii Transilvania din Braşov, Departamentul de Inginerie Economică şi Sisteme de Producţie, Strada Mihai Viteazul nr. 5, Braşov, România, Telefon/Fax: +40 268 477113, sau pe adresa de e-mail: [email protected]. Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat. Vă mulţumim.

CERCETĂRI INOVATIVE PRIVIND DEZVOLTAREA UNOR NOI AUTOMATE DE PRESARE LA RECE Teză de doctorat - Rezumat

3

CUVÂNT ÎNAINTE

Autorul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga perioadă a stagiului de

pregătire doctorală de bursă atribuită prin proiectul Investiţie în dezvoltare durabilă prin burse doctorale INDED; indicativ ID59321, proiect derulat în cadrul Programului Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanţat din Fondurile Structurale Europene şi de Guvernul României.

Teza de doctorat intitulată “Cercetări inovative privind dezvoltarea unor noi automate de presare la rece” a fost elaborată în cadrul Departamentului D05B, Inginerie Economică şi Sisteme de Producţie, separat din Departamentul D05, Tehnologii şi Sisteme Avansate de Fabricaţie, al Facultăţii de Inginerie Tehnologică şi Management Industrial, Universitatea Transilvania din Braşov, unde autorul a fost admis ca doctorand pentru perioada octombrie 2009 – decembrie 2012 şi a efectuat stagiile de pregătire universitară avansată şi de cercetare ştiinţifică.

Pe această cale doresc să-mi exprim cele mai sincere mulţumiri domnului prof.univ.dr.ing. Romeo CIOARĂ, conducătorul ştiinţific al acestei teze de doctorat, pentru sprijinul total şi necondiţionat pe care mi l-a acordat atât pe parcursul anilor de studenţie, la elaborarea lucrării de licenţă şi lucrării de disertaţie, cât şi pe parcursul pregătirii doctorale, susţinerii examenelor teoretice, a rapoartelor de cercetare ştiinţifice şi elaborării tezei de doctorat. Atât prin profesionalismul său de înaltă ţinută academică, răbdarea, înţelegerea, cât şi prin cunoştinţele de înalt nivel ştiinţific împărtăşite, încurajarea permanentă şi îndrumarea succesivă în toate etapele tezei, domnia sa a avut o contribuţie foarte importantă în elaborarea şi finalizarea acestei lucrări.

Adresez mulţumiri deosebite domnilor profesori referenţi ştiinţifici, prof.univ.dr.ing. Octavian BOLOGA, prof.univ.dr.ing. Eugen STRĂJESCU şi prof.univ.dr.ing. Dorin DIACONESCU, pentru pentru bunăvoinţa şi răbdarea cu care au analizat lucrarea, pentru sugestiile şi observaţiile făcute, precum şi pentru acceptul de participare în comisia de analiză a prezentei teze.

Mulţumesc de asemenea domnilor prof.univ.dr.ing. Vladimir MĂRĂSCU-KLEIN şi prof.univ.dr.ing. Tudor DEACONESCU pentru acceptul dumnealor de a fi membri în comisiile de susţinere a rapoartelor de cercetare ştiinţifică şi pentru toate sugestiile şi observaţiile făcute în sprijinul îmbunătăţirii lucrării.

Nu ar fi fost posibilă desfăşurarea şi definitivarea cercetării experimentale fără sprijinul şi implicarea domnului conf.dr.ing. Cristian PISARCIUC, căruia îi mulţumesc pe această cale.

Sincere mulţumiri adresez şi întregului colectiv al Departamentului de Inginerie şi Management Industrial al Universităţii Transilvania din Braşov care direct sau indirect m-a sprijinit la realizarea acestei teze.

Totodată ţin să mulţumesc celor câţiva prieteni pentru sprijinul moral şi nu numai, în special domnişoarei ing. Cosmina-Andreea PÖLLNER, pentru răbdarea manifestată şi susţinerea morală în momente dificile.

Mulţumesc mamei mele pentru răbdarea, înţelegerea, încrederea şi sprijinul necondiţionat acordat în aceşti ani.

Cu deosebită consideraţie,

Ing. Răzvan-Alexandru RĂCEU

[email protected] Braşov, noiembrie 2012


4

CUPRINS

Pg.

teză Pg.

rezumat

CUVÂNT ÎNAINTE 5 3 Cuprins 7 4 1. GENEZA TEMEI ŞI OBIECTIVELE TEZEI 11 10

1.1. Geneza temei 11 10 1.2. Obiectivele tezei 13 10

2. STADIUL ACTUAL AL CUNOA ŞTERII ŞI PRACTICII PRIVIND EVOLUŢIA, CONSTRUCŢIA ŞI PERFORMANŢELE AUTOMATELOR DE PRESARE 16 12

2.1. Prese mecanice automate 18 - 2.2. Automate pentru prelucrarea tablelor 20 -

2.2.1. Prese mecanice automate pentru perforat tablă 22 - 2.2.2. Prese mecanice automate pentru expandat tablă 23 -

2.3. Centre de prelucrare pentru prelucrarea tablelor 28 - 2.4. Automate pentru presare volumică 29 - 2.5. Automate de refulare moderne. Producători şi performanţe 36 - 2.6. Automate de presare de tip agregat 42 - 2.7. Prese mecanice multi-culisor 43 - 2.8. Automate de presare specializate, cu mecanism şurub-piuliţă 44 - 2.9. Automate de presare hipocicloidale plane 45 12 2.10. Concluzii şi contribuţii originale 57 14

2.10.1. Concluzii 57 14 2.10.2. Contribuţii originale 59 -

3. HIPOCICLOIDE SFERICE: ECUA ŢIA PARAMETRIC Ă ŞI UNELE CAZURI PARTICULARE 60 15

3.1. Cicloide sferice 60 - 3.2. Ecuaţia parametrică a hipocicloidei sferice ecuatoriale 62 15 3.3. Legea de mişcare a culisoarelor unui automat hipocicloidal sferic ecuatorial 67 - 3.4. Cazuri particulare de hipocicloide sferice ecuatoriale 68 16

3.4.1. Hipocicloide sferice ecuatoriale cu două puncte de întoarcere 69 16 3.4.2. Hipocicloide sferice ecuatoriale cu trei puncte de întoarcere 70 17

3.5. Ecuaţia (parametrică) generală a (hipo)cicloidei sferice 71 - 3.6. Concluzii, contribuţii originale 74 18

3.6.1. Concluzii 74 18 3.6.2. Contribuţii originale 75 - 3.6.3. Utilitate şi acţiuni ulterioare 75 -

4. CERCETĂRI TEORETICE ŞI REZULTATE INOVATIVE PRIVIND CONCEPEREA UNOR NOI AUTOMATE DE PRESARE LA RECE, HIPOCICLOIDALE SFERICE 77 19

4.1. Obiective şi direcţii de cercetare 78 19 4.2. Structura cinematică a automatelor de presare hipocicloidale sferice 79 - 4.3. Automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial, cu un singur satelit şi două

culisoare. Descriere şi analiza procesului de creaţie tehnică 84 20 4.4. Tehnici, metode şi demersuri specifice inovării-inventării aplicate la

dezvoltarea unor noi automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale 92 - 4.5. Automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale cu două bucle.

Descriere şi analiza procesului de creaţie tehnică 102 21


5

4.5.1. Automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale cu două bucle, cu un singur satelit 103 21

4.5.2. Codificarea automatelor de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale 110 22 4.5.3. AHSe(2:1) cu mai mulţi sateliţi şi cu un singur punct generator per

satelit 112 24 4.5.4. AHSe(2:1) cu mai mulţi sateliţi şi cu mai multe puncte generatoare

per satelit 117 26 4.6. Automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale cu trei sau mai multe

bucle 120 28 4.6.1. Automate hipocicloidale sferice de tipul AHSe(3:1) 121 28 4.6.2. Automate hipocicloidale sferice de tipul AHSe(3:2) 122 29

4.7. Consideraţii privind unele performanţe ale automatelor de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale 124 -

4.8. Rezerve de creativitate 128 - 4.9. Concluzii, contribuţii proprii şi direcţii viitoare de acţiune 130 30

4.9.1. Concluzii 130 30 4.9.2. Contribuţii originale 132 32 4.9.3. Utilitate, implicaţii şi direcţii viitoare de acţiune 134 33

5. PARTICULARIT ĂŢI PRIVIND DIMENSIONAREA AUTOMATELOR DE PRESARE HIPOCICLOIDALE SFERICE ECUATORIALE 136 34 5.1. Modelarea momentelor de torsiune din mecanismul planetar 138 - 5.2. Influenţa parametrilor tehnico-economici impuşi 142 - 5.3. Concluzii şi contribuţii originale 147 35

5.3.1. Concluzii 147 35 5.3.2. Contribuţii originale 148 36

6. STUDII ÎN MEDIU VIRTUAL PRIVIND CONSTRUC ŢIA ŞI FUNCŢIONAREA UNOR AUTOMATE HIPOCICLOIDALE SFERICE ECUATORIALE DEZVOLTATE INOVATIV 149 36 6.1. Model 3D virtual de automat hipocicloidal sferic ecuatorial. Structură şi

particularităţi constructive 150 - 6.1.1. Modelarea componentelor automatului hipocicloidal sferic ecuatorial 151 - 6.1.2. Asamblarea componentelor modelului virtual 163 - 6.1.3. Formarea ansamblului general 166 -

6.2. Modelarea funcţionării 172 36 6.3. Model virtual al unui automat AHSe(2:1)-3-3-6 175 39 6.4. Concluzii şi contribuţii originale 178 40


7. MODEL FUNCŢIONAL PENTRU EVIDEN ŢIEREA STRUCTURII ŞI FUNCŢIONĂRII AUTOMATELOR DE PRESARE HIPOCICLOIDALE SFERICE ECUATORIALE 180 41 7.1. Proiectul modelului funcţional 180 41 7.2. Modelul funcţional. Componente şi asamblare 185 - 7.3. Comportarea modelului funcţional 190 42 7.4. Concluzii şi contribuţii originale 191 43


8. CONTRIBUŢII ORIGINALE, FORME DE VALORIFICARE A CERCETĂRII ŞI CONCLUZII FINALE 193 43


6

8.1. Contribuţii originale 193 43 8.2. Forme de valorificare a cercetării 196 46 8.3. Direcţii de cercetare ulterioară 198 47 8.4. Concluzii finale 199 48

BIBLIOGRAFIE 205 50

ANEXE - Anexa 1. Automat de presare, hipocicloidal sferic, ecuatorial. Descriere de brevet

de invenţie 212 - Anexa 2. Automat de presare, hipocicloidal sferic, ecuatorial. Descriere de brevet

de invenţie 227 - Anexa 3. Automat de presare, hipocicloidal sferic, ecuatorial. Descriere de brevet

de invenţie 252 - Anexa 4. Rezumatul tezei de doctorat 275 53 Anexa 5. Curriculum Vitae 276 54 Declaraţia de autenticitate 279 -

Notă: În prezentul rezumat au fost păstrate numerele de ordine din cadrul tezei de doctorat pentru capitole, subcapitole, figuri, tabele şi relaţii


7

TABLE OF CONTENTS

Pg. thesis

Pg. summary

FOREWORD 5 3 Contents 7 4 1. GENESIS OF THE THEME AND THE OBJECTIVES OF THE T HESIS 11 10

1.1. Genesis of the theme 11 10 1.2. The objectives of the thesis 13 10

2. CURRENT STAGE OF KNOW-HOW AND PRACTICE REGARDING THE EVOLUTION, CONSTRUCTION AND PERFORMANCE OF AUTOMATED PRESSES 16 12

2.1. Automatic mechanical presses 18 - 2.2. Automatic sheet metal processing machines 20 -

2.2.1. Automatic mechanical presses for sheet drilling 22 - 2.2.2. Automatic mechanical presses for expanding sheets 23 -

2.3. Machining centers for sheet processing 28 - 2.4. Automatic machines for volume compression 29 - 2.5. Modern automatic machines for forming. Producers and performances 36 - 2.6. Aggregate automatic presses 42 - 2.7. Multi-slider mechanical presses 43 - 2.8. Specialized automatic presses, with screw-nut mechanism 44 - 2.9. Plane hypocycloidal automatic presses 45 12 2.10. Conclusions and original contributions 57 14

2.10.1. Conclusions 57 14 2.10.2. Original contributions 59 -

3. SPHERICAL HYPOCYCLOIDS: PARAMETRIC EQUATION AND SPECIFIC CASES 60 15

3.1. Spherical hypocycloids 60 - 3.2. Parametric equation of the equatorial spherical hypocycloid 62 15 3.3. The law of motion of the sliders of an automatic equatorial spherical

hypocycloidal machine 67 - 3.4. Specific cases of equatorial spherical hypocycloids 68 16

3.4.1. Equatorial spherical hypocycloids with two return points 69 16 3.4.2. Equatorial spherical hypocycloids with three return points 70 17

3.5. General (parametric) equation of the spherical (hypo) cycloid 71 - 3.6. Conclusions, original contributions 74 18

3.6.1. Conclusions 74 18 3.6.2. Original contributions 75 - 3.6.3. Usability and further actions 75 -

4. THEORETICAL RESEARCH AND INNOVATIVE RESULTS ON T HE DESIGN OF NEW, SPHERICAL HYPOCYCLOIDAL COLD PRESSING AUTOMATIC MACHINES 77 19

4.1. Objectives and research directions 78 19 4.2. Kinematic structure of spherical hypocycloidal automatic presses 79 - 4.3. Equatorial spherical hypocycloidal press, with one satellite and two sliders.

Description and analysis of the technical creation process 84 20 4.4. Techniques, methods and approaches, specific to innovation-invention applied

to developing new automatic equatorial spherical hypocycloidal presses 92 - 4.5. Equatorial spherical hypocycloidal automatic presses with two loops.

Description and analysis of the technical creation process 102 21


8

4.5.1. Equatorial spherical hypocycloidal automatic presses with two loops and one satellite 103 21

4.5.2. Coding the equatorial spherical hypocycloid automatic presses 110 22 4.5.3. AHSe(2:1) with multiple satellites and a single generator point per

satellite 112 24 4.5.4. AHSe(2:1) with multiple satellites and multiple generator points per

satellite 117 26 4.6. Equatorial spherical hypocycloid automatic presses with three or more loops 120 28

4.6.1. AHSe(3:1) spherical hypocycloidal automatic machines 121 28 4.6.2. AHSe(3:2) spherical hypocycloidal automatic machines 122 29

4.7. Considerations on the performance of the equatorial spherical hypocycloidal automatic machines 124 -

4.8. Creativity reserves 128 - 4.9. Conclusions, contributions and future actions 130 30

4.9.1. Conclusions 130 30 4.9.2. Original contributions 132 32 4.9.3. Utility, implications and further directions of action 134 33

5. CHARACTERISTICS OF DIMENSIONING THE EQUATORIAL SPHERICAL HYPOCYCLOID AUTOMATIC PRESSES 136 34 5.1. Torque modelling of the planetary gear 138 - 5.2. Influence of the imposed technical and economical parameters 142 - 5.3. Conclusions and original contributions 147 35

5.3.1. Conclusions 147 35 5.3.2. Original contributions 148 36

6. STUDIES ON THE CONSTRUCTION AND OPERATION OF THE INNOVATIVELY DEVELOPED EQUATORIAL SPHERICAL HYPOCYCLOIDAL MACHINE IN A VIRTUAL ENVIRONMENT 149 36 6.1. 3D model of an equatorial spherical hypocycloidal machine. Structure and

constructive features 150 - 6.1.1. Component modelling of the equatorial spherical hypocycloidal machine 151 - 6.1.2. Assembling the components of the virtual model 163 - 6.1.3. Forming the general assembly 166 -

6.2. Operation modelling 172 36 6.3. Virtual model of an AHSe(2:1)-3-3-6 machine 175 39 6.4. Conclusions and original contributions 178 40


7. OPERATIONAL MODEL FOR HIGHLIGHTING THE STRUCTURE AND OPERATION OF THE EQUATORIAL SPHERICAL HYPOCYCLOIDAL AUTOMATIC PRESSES 180 41 7.1. The project of the operational model 180 41 7.2. The operational model. Components and assembly 185 - 7.3. Behaviour of the operational model 190 42 7.4. Conclusions and original contributions 191 43


8. ORIGINAL CONTRIBUTIONS, FORMS OF CAPITALIZING TH E RESEARCH AND FINAL CONCLUSIONS 193 43 8.1. Original contributions 193 43


9

8.2. Forms of capitalizing the research 196 46 8.3. Further research directions 198 47 8.4. Final conclusions 199 48

BIBLIOGRAFY 205 50

APPENDICES - Appendix 1. Equatorial spherical hypocycloidal automatic press. Patent

application 212 - Appendix 2. Equatorial spherical hypocycloidal automatic press. Patent

application 227 - Appendix 3. Equatorial spherical hypocycloidal automatic press. Patent

application 252 - Appendix4. Summary of the PhD thesis 275 53 Appendix5. Curriculum Vitae 276 54 Authenticity declaration 279 -


10

Capitolul 1. GENEZA TEMEI ŞI OBIECTIVELE TEZEI

1.1. Geneza temei Tema prezentei teze de doctorat a fost una dintre cele propuse de conducătorul ştiinţific,

prof.univ.dr.ing. Romeo Cioară, şi reprezintă o continuare firească a tezei de doctorat1 elaborată de domnia sa, continuare parţial sugerată în chiar teza amintită. Tema am apreciat-o ca fiind foarte interesantă, atractivă şi chiar incitantă, concordantă cu pregătirea mea profesională şi mai ales complementară acesteia. Am fost de acord cu tema şi m-am angajat să dezvolt şi să finalizez cercetarea în termeni superiori contractului de studii doctorale.

Deşi spaţiul de cercetare referitor la automatele de presare hipocicloidale plane este larg şi permite semnificative contribuţii, s-a optat pentru extinderea tipologică a familiei automatelor de presare hipocicloidale plane prin adăugarea la acestea a familiei automatelor hipoclicloidale spaţiale sferice, denumire motivată prin aceea că traiectoriile punctelor generatoare sunt hipocicloide sferice. Aceste curbe – cunoscute în matematică, foarte rar menţionate şi, din păcate, cu încă prea puţine aplicaţii în construcţia de maşini – sunt generabile cinematic utilizând mecanisme planetare cu roţi dinţate conice.

În această abordare se evită suprapunerile cu cercetările şi realizările cunoscute deja referitoare la automatele hipocicloidale plane, fiind evident şi avantajul adoptării acestor cercetări drept exemplu de abordare în ceea ce priveşte structura, construcţia, funcţionarea şi performanţele noii familii de automate, cele hipocicloidale spaţiale sferice.

Un număr de soluţii de automate hipocicloidale spaţiale, în principal de principiu, dar şi sub aspect constructiv, au fost atent analizate din punct de vedere al posibilităţilor de dezvoltare, de realizare şi de aplicare practică. S-a subliniat că există multe posibilităţi de elaborare a unor variante ale soluţiei de bază sau subcategorii şi chiar de elaborare a unor soluţii cinematice şi constructive noi. Pe această bază s-a identificat potenţialul inovativ al temei, fiind remarcată rezerva de creativitate deosebit de largă, cu semnificative posibilităţi de brevetare.

S-au identificat modalităţi de valorificare a rezultatelor cercetării, în principal prin cereri de brevet şi articole ştiinţifice de specialitate. În acest context s-a subliniat necesitatea participării efective la manifestări ştiinţifice, cu prezentarea şi susţinerea lucrărilor elaborate.

Având în vedere toate acestea, „dezvoltarea unor noi automate de presare la rece” a fost apreciată drept o activitate cu foarte mari şanse de succes, direcţia de acţiune fiind explicit orientată către cercetări privind structura, construcţia şi funcţionarea unor automate de presare hipocicloidale spaţiale.

Tema tezei de doctorat devenea cu atât mai incitantă cu cât era evident nu numai că este în mare măsură una de pionierat, ci şi că presupunea „cercetări inovative”, activitate de inovare-inventare, dezvoltarea de abilităţi creative şi aplicarea lor.

Titlul tezei de doctorat – „Cercetări inovative privind dezvoltarea unor noi automate de presare la rece” – reflectă fidel subiectul acesteia – automate de presare la rece – şi principala modalitate de acţiune – inovare.

1.2. Obiectivele tezei

În acord cu cele prezentate anterior şi cu chiar titlul lucrării, obiectivul principal al prezentei teze de doctorat este conceperea de noi automate de presare la rece, prin inovare-inventare. Direcţia estimată de studiu şi căreia i s-a întrevăzut succes încă de la început este orientată către conceperea de automate hipocicloidale spaţiale, cel mai probabil sferice.

Atingerea cu succes a obiectivului principal avut în vedere, precum şi a unora conexe ce contribuie la realizarea acestuia, presupune:

1 Cioară, R., „Contribuţii teoretice şi experimentale privind cinematica, dinamica şi construcţia unui mecanism executor

principal cu traiectorie hipocicloidală utilizat la automatele de presare de mare productivitate”, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, Braşov, 1998


11

studiul cerinţelor tehnice impuse automatelor de presare de către procesele de deformare plastică pentru desfăşurarea cărora sunt destinate aceste maşini;

studiul apariţiei şi evoluţiei automatelor de presare, a structurii lor cinematice şi a unor soluţii constructive;

studiul structurii cinematice, a construcţiei automatelor de presare (la rece) moderne; studiul performanţelor unor automate de presare moderne, în vederea identificării şi stabilirii

celor mai adecvate caracteristici pentru automatele hipocicloidale spaţiale nou concepute; studiul curbelor cicloidale spaţiale, în special a hipocicloidelor sferice, în vederea

identificării posibilităţii utiliz ării acestor curbe ca traiectorii ale unor elemente executoare mobile de tipul celor specifice automatelor de presare;

studiul modalităţilor şi mecanismelor capabile a descrie (hipo)cicloide spaţiale de tipul celor posibil de utilizat ca traiectorii ale elementelor executoare mobile ale automatelor de presare;

identificarea structurilor cinematice, posibile şi necesare, adecvate automatelor de presare hipocicloidale spaţiale;

studiul mecanismelor de transformare posibil şi/sau necesar a fi utilizate în structura lanţului cinematic principal al unor automate de presare hipocicloidale spaţiale;

conceperea unui prim automat de presare hipocicloidal spaţial, ca rezultat al dezvoltării şi detalierii conceptului preliminar care a stat la enunţarea temei tezei;

evaluarea originalităţii soluţiei, redactarea unei descrieri de brevet de invenţie şi înregistrarea cererii la OSIM în vederea obţinerii protecţiei prin brevet;

analiza procesului de creaţie desfăşurat pentru elaborarea unei prime soluţii de automat hipocicloidal spaţial şi identificarea diverselor tehnici şi metode de creaţie tehnică utilizate mai mult sau mai puţin intuitiv;

studiul şi însuşirea unor noi tehnici şi metode de creaţie tehnică, de preferinţă unele logico-determinate şi logice1, adecvate şi utile pentru conceperea unor noi automate de presare hipocicloidale spaţiale;

conceperea de noi automate de presare hipocicloidale spaţiale prin utilizarea explicită a tehnicilor şi metodelor de creaţie tehnică însuşite şi în acord cu structurile cinematice identificate ca fiind posibile;

evaluarea originalităţii noilor soluţii, identificarea celor cu mare potenţial de brevetare, redactarea descrierilor de brevet de invenţie corespunzătoare şi înregistrarea la OSIM a cererilor respective în vederea obţinerii protecţiei prin brevet;

identificarea implicaţiilor asupra calculului de dimensionare al automatelor de presare hipocicloidale spaţiale derivate din particularităţile de construcţie şi de funcţionare ale acestora şi elaborarea unui model de dimensionare adecvat bazat pe o succesiune logică a etapelor de calcul;

noutatea conceptului de automat hipocicloidal spaţial de presare la rece necesită verificarea şi validarea acestuia atât la nivel teoretic, cât şi a cel puţin uneia dintre soluţiile constructive avute în vedere. Pentru aceasta s-au enunţat ca posibilităţi:

elaborarea unui model 3D de automat de presare hipocicloidal spaţial; simularea în mediul virtual a funcţionării modelului; proiectarea, realizarea şi testarea unui model funcţional sau a unui model

experimental; identificarea unor eventuale disfuncţionalităţi, corectarea lor şi enunţarea de recomandări

utile proiectării, realizării şi exploatării automatelor hipocicloidale spaţiale pentru presare la rece;

aducerea la cunoştinţa comunităţii ştiinţifice, la nivel naţional şi internaţional, a aspectelor noi relevante rezultate pe parcursul desfăşurării cercetării.

1 Belous, V., „Inventica”, Editura Gh. Asachi, ISBN 973-95650-0-X, Iaşi, 1992


12

Capitolul 2. STADIUL ACTUAL AL CUNOA ŞTERII ŞI PRACTICII PRIVIND EVOLUŢIA, CONSTRUCŢIA ŞI PERFORMANŢELE AUTOMATELOR DE PRESARE

2.9. Automate de presare hipocicloidale plane

Universitatea Transilvania din Braşov a fost şi este implicată în cercetări orientate către creşterea performanţelor automatelor de presare şi diversificarea acestora, prin contracte de cercetare1, brevete de invenţie2, 3 şi articole şi comunicări ştiinţifice4, 5, 6, 7.

Marea majoritate a automatelor de presare şi a preselor mecanice automate folosesc mecanismul manivelă-bielă-culisor pentru transformarea mişcării de rotaţie în mişcare de translaţie rectilinie-alternativă a unui organ executor final. Excepţiile sunt relativ rare, exemple de acest fel putându-se întâlni mai ales în cazul unor automate speciale sau specializate8.

De utilizarea mecanismului manivelă-bielă-culisor în lanţul cinematic principal sunt dependente majoritatea cauzelor ce conduc la limitarea principalelor performanţe ale automatelor de presare9. Cele mai importante dintre aceste cauze sunt: - gabaritul mare al mecanismului, fapt ce se reflectă negativ asupra gabaritului şi masei

ansamblului la care este utilizat; - doar un singur sens al translaţiei culisorului este activ, fapt ce reduce mult raportul dintre

timpul util şi timpul total al unei curse duble; - organul executor final, culisorul, are de regulă un gabarit şi o masă mare. Gabaritul acestuia

contribuie semnificativ la cel general al mecanismului manivelă-bielă-culisor; - masa inerţială mare şi mişcarea rectilinie-alternativă neuniformă a culisorului, însoţită de

importante accelerări şi decelerări, induc efecte dinamice cu influenţe nefavorabile deosebite, fiind cauze care limitează mărimea frecvenţei de lucru a actualelor automate de presare.

Diminuarea sau eliminarea cauzelor ce limitează creşterea performanţelor automatelor de presare mecanice este o modalitate logică şi necesară pentru a atinge obiectivele vizate. S-au enunţat ca posibilităţi: - înlocuirea mecanismului manivelă-bielă-culisor cu un alt mecanism de transformare a mişcării

de rotaţie în mişcare de translaţie rectilinie-alternativă. Anumite mecanisme planetare10, generatoare de hipocicloide particulare, s-au dovedit a fi11, 12 cele mai avantajoase şi cele mai recomandate pentru utilizare: sunt foarte compacte, au gabarit redus, se realizează cu piese de revoluţie cu grad ridicat de tehnologicitate, mişcările pieselor componente sunt exclusiv de rotaţie, echilibrarea dinamică a acestor mecanisme este relativ uşor de realizat;

1 Tureac, I., ş.a., „Studiu şi temă complexă de proiectare pentru modernizarea familiei maşinilor automate de presare la rece”,

Contract de cercetare nr. 64/1989 2 Cioară, R., „Automat pentru presare la rece”, Brevet RO 116361 B, 2005 3 Cioară, R., Cioară, S., Cioară, Rx., „Procedeu, sculă şi maşină de expandat tablă”, Brevet RO 112094 C, 1998 4 Tureac, I., ş.a., „Cercetări asupra capacităţii de producţie a unor automate pentru presarea la rece a bilelor de rulmenţi”,

Buletinul celui de-al doilea Simpozion naţional de maşini-unelte RECEM’89, vol I, p. 91-98, Braşov, 7-8 decembrie 1989 5 Tureac, I., ş.a., „Sustainable development in the field of cold forming”, Buletinul Conferinţei internaţionale CoSME’04, ISBN

973-635-372-9, p. 215-216, Braşov, 16-18 septembrie 2004 6 Cioară, Rx., Cioară, R., Mărăscu-Klein, Vl., „Hydraulic Actuated Automatic Sheet-Metal Expanding Machine”, Annals of

MTeM for 2001 & Proceedings of 5th International MTeM Symposium, ISBN 973-85354-1-7, p. 127-130, Technical University of Cluj-Napoca, 4th-6th October 2001

7 Cioară, R., „Consideraţii privind structura şi modurile de legare a lanţurilor cinematice principale ale maşinilor-unelte de prelucrat prin deformare / Considerations concerning structure and connections of the main linkages of cold forming machine-tools”, RECENT, ISSN 1582-0246, vol. 9(2008), nr. 3(24), p. 7-18, Braşov, noiembrie 2008

8 Tabără, V., Tureac, I., „Maşini pentru prelucrări prin deformare”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1984 9 Cioară, R., „Contribuţii teoretice şi experimentale privind cinematica, dinamica şi construcţia unui mecanism executor

principal cu traiectorie hipocicloidală utilizat la automatele de presare de mare productivitate”, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, Braşov, 1998

10 Vasu, T., Bularda, Gh., „Transmisii planetare cu roţi dinţate”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1970 11 Cioară, R., Tureac, I., „Despre o posibilă aplicaţie a cercurilor cardanice”, Sesiunea de comunicări ştiinţifice “Concepţie,

tehnologie şi managenent în construcţia de maşini”, vol. IV, p. 65-69, Iaşi, 22-23 mai 1992 12 Cioară, R., Tureac, I., „Analiza parametrilor cinematici ai unui mecanism generator de dreaptă diagonală”, Sesiunea de

comunicări ştiinţifice “Concepţie, tehnologie şi managenent în construcţia de maşini”, vol. IV, p. 60-64, Iaşi, 22-23 mai 1992


13

- creşterea productivităţii automatelor de presare prin exploatarea în sens activ a traiectoriei din vecinătatea tuturor punctelor de întoarcere pe care le generează mecanismele de transformare utilizate. Este posibilă1, 2, 3, 4 exploatarea ambelor sensuri de deplasare ale culisorului preselor şi automatelor de presare echipate cu mecanism de lucru de tip manivelă-bielă-manivelă, dar soluţiile constructive propuse nu s-au impus în practică. Dacă mecanismul de transformare utilizat este cu camă-disc doar un singur sens al translaţiei tachetului-culisor este activ, dar există întotdeauna posibilitatea amplasării radiale a mai multor tacheţi-culisor antrenaţi succesiv. Însă capacitatea de încărcare a acestor mecanisme este redusă, insuficientă pentru marea majoritate a operaţiilor de deformare plastică. În cazul în care mecanismul utilizat este unul planetar cu roţi dinţate generator de hipocicloide particulare, pe direcţia fiecărui punct de întoarcere al uneia sau mai multor hipocicloide normale generate de mecanismul planetar se poate amplasa câte un culisor;

- diminuarea masei inerţiale a organului executor final din lanţul cinematic principal. Este foarte dificil ă la automatele cu mecanism manivelă-bielă-culisor. În cazul utilizării ca mecanisme de transformare a unora planetare cu roţi dinţate (sau celor cu camă-disc) culisoarele pot avea un gabarit foarte redus şi implicit masă mică. În plus cursa acestora este mult diminuată, ceea ce contribuie semnificativ la diminuarea efectelor inerţiale şi a consumului energetic auxiliar procesului de presare.

S-a conturat astfel ideea utilizării mecanismelor planetare monomobile (cu roţi dinţate cilindrice) ca mecanisme de transformare a mişcării de rotaţie a unui singur arbore principal în mişcare de translaţie a mai multor elemente executoare (culisoare) ale unor automate de presare ca posibilă soluţie de îmbunătăţire a performanţelor automatelor de presare, creşterea productivităţii acestora fiind principalul obiectiv. Primele studii în acest sens, exploratorii5, 6, au arătat că parametri cinematici ai unei astfel de construcţii sunt perfect compatibili cu cei ai unui automate de presare „clasic”, cu manivelă-bielă-culisor.

Primele realizări au vizat automate hipocicloidale diametrale. Conservând un acelaşi principiu constructiv, diferitele variante7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 1 elaborate în timp au pus în evidenţă mulţimea tipologică posibilă a acestor automate.

1 Vialov, N.N., „Pressî s krugovîm ispolnitelinîm mehanizmom serii K27”, Kuznecino-ştampovocinoe proizvodstvo, nr. 4, p. 5-6,

1981 2 Svistunov, V.E., „Rezultatî matematiceskie modelirovanie crivoşipnîh pressov s kompaktnîi ispolnitelnîi mehanizm”,

Kuznecino-ştampovocinoe proizdvostvo, nr. 10, p. 24-28, 1986 3 Geamăn, V., Neagu, A., „Mecanism de lucru tip “inel de presiune” utilizat în construcţia maxipreselor”, Construcţia de maşini,

Vol. 44 (1992), nr. 9, p. 63-65 4 Cioară, R., Mărăscu-Klein, Vl., „Consideraţii asupra mecanismului cu bielă liberă”, A VII-a Conferinţă internaţională de

inginerie managerială şi tehnologică, TEHNO’95, vol. 10, p. 99-105, Timişoara, 1-2 iunie 1995 5 Cioară, R., Tureac, I., „Despre o posibilă aplicaţie a cercurilor cardanice”, Sesiunea de comunicări ştiinţifice “Concepţie,

tehnologie şi managenent în construcţia de maşini”, vol. IV, p. 65-69, Iaşi, 22-23 mai 1992 6 Cioară, R., Tureac, I., „Analiza parametrilor cinematici ai unui mecanism generator de dreaptă diagonală”, Sesiunea de

comunicări ştiinţifice “Concepţie, tehnologie şi managenent în construcţia de maşini”, vol. IV, p. 60-64, Iaşi, 22-23 mai 1992 7 Cioară, R., „Automat hipocicloidal multidiametral pentru presare la rece”, Buletinul celei de-a 4-a Conferinţe naţionale de

tehnologii şi utilaje pentru prelucrarea prin deformare plastică la rece, vol. 2, p. IV/17 - IV/20, Bucureşti, 28-29 mai 1993 8 Cioară, R., „Automat hipocicloidal monodiametral pentru presare la rece. O nouă soluţie constructivă”, Buletinul celei de-a VII-a

Conferinţă internaţională de inginerie managerială şi tehnologică TEHNO’95, vol. 10, p. 91-97, Timişoara, 1-2 iunie 1995 9 Cioară, R., „Automat hipocicloidal bimonodiametral pentru presare la rece”, Deformări Plastice, ISSN 1222-605X, vol. 2

(1995), nr. 2(4), p.33-37, Sibiu, noiembrie 1995 10 Cioară, R., „Diametrical Hypocycloidal Automatic Machine-Tools”, A X-a Conferinţă Naţională de Maşini-Unelte, Bucureşti,

24-25 octombrie 1996, vol. TCMM, nr. 19, p. 130-135, ISBN 973-31-0950-9, ISBN 973-31-0949-5 11 Cioară, R., „Diametral Hypocycloidal Automatic Machine-Tools for Cold Forming - a new Application of Planetary Gears”,

The seventh IFToMM International Sympozium on Linkages and Computer Aided Design Methods – Theory and Practice of Mechanismus, SYROM ’97, TCMM nr. 29, p. 147-152, ISBN 973-31-1091-4, Bucharest, Romania, 26-30 August 1997

12 Cioară, R., „Automatele hipocicloidale – un concept original românesc”, Buletinul AGIR (Creativitate, Inventică, Robotică), anul IV, ISSN 1224-7928, nr. 2, p. 32-35, aprilie-iunie 1999

13 Cioară, R., „O introsopecţie asupra euristicii genezei automatelor hipocicloidale”, Conferinţa internaţională TMCR 2003, vol. 1, ISBN 9975-9748-0-5, ISBN 9975-9748-1-3, p. 399-402, Chişinău, Republica Moldova, 29 mai – 1 iunie 2003


14

Diversitatea automatelor hipocicloidale a determinat codificarea acestora, demers ce s-a dovedit extrem de util2, 3 pentru cercetarea menţionată. Pentru automatele hipocicloidale diametrale (AHD) s-a utilizat codul

AHD-x1-x2-x3-x4, în care: x1 reprezintă varianta constructivă (x1 = a sau x1 = b);

x2 - numărul de sateliţi ai AHD (x1 = 1 sau x1 = 2); x3 - numărul de puncte generatoare de dreaptă diametrală materializate pe un satelit; x4 - numărul de culisoare ale AHD.

Exemple de automate hipocicloidale diametrale se dau în figurile 2.37 … 2.384.

Figura 2.37. Schema de principiu a unui automat

hipocicloidal diametral de tip AHD-a-1-2-4

Figura 2.38. Schema de principiu a unui automat

hipocicloidal diametral de tip AHD-a-1-3-6

2.10. Concluzii şi contribu ţii originale 2.10.1. Concluzii

Se identifică o largă diversitate de automate de presare pentru prelucrarea tablelor şi automate pentru presare volumică. Sunt în dezvoltare şi extindere centrele de prelucrare prin deformare plastică şi automate de presare de tip agregat. În bazele naţionale şi internaţionale de brevete consultate5, 6, 7, 8 se identifică o largă diversitate de exemple automate de presare şi de prese mecanice automate.

Există o diversitate de automate de presare şi prese mecanice automate cu destinaţii specializate sau speciale. Maşinile-unelte automate specializate apar şi se dezvoltă mai ales atunci când există o cerere apreciabilă de piese cu caracteristici geometrice particulare.

În caz că mecanismul de transformare a mişcării de rotaţie a unui arbore principal în mişcare de translaţie rectilinie-alternativă a unui element executor final sau a mai multora este de alt tip decât mecanismul manivelă-bielă-culisor, atunci se identifică diverse prese mecanice automate şi automate de presare, specializate sau speciale.

Frecvent întâlnite sunt automatele de refulare, destinate realizării unei mari diversităţi de repere. La nivel mondial se identifică diverşi producători de astfel de maşini performante. Unele

1 Cioară, R., „Diametral Hypocycloidal Automatic Machine Tools for Cold Forming. A Sintesis of Types and Constructive

Variants”, 3rd International Conference "Research and Development in Mechanical Industry" RaDMI 2003, ISBN-86-83803-06-6, p. 132-135, Herceg Novia, Serbia and Montenegro, 19-23 September 2003

2 Cioară, R., „Contribuţii teoretice şi experimentale privind cinematica, dinamica şi construcţia unui mecanism executor principal cu traiectorie hipocicloidală utilizat la automatele de presare de mare productivitate”, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, Braşov, 1998

3 Cioară, R., „Teoria, cercetarea şi practica automatelor hipocicloidale – un exemplu de demers euristic planificat”, RECENT, ISSN 1582-0246, vol. 1(2000), nr. 1, p. 28-33, Braşov, martie 2000

4 Cioară, R., „Automatele hipocicloidale – un concept original românesc”, Buletinul AGIR (Creativitate, Inventică, Robotică), anul IV, ISSN 1224-7928, nr. 2, p. 32-35, aprilie-iunie 1999

5 http://www.osim.ro/bazedate/ 6 http://www.wipo.int/ 7 http://www.google.com/patents/ 8 http://www.uspto.gov/patents/


15

dintre caracteristicile acestora pot fi avute ca referinţă la conceperea unor automate de presare noi, cu destinaţii similare sau apropiate.

De mare interes pentru utilizatori este productivitatea automatelor de presare. Diversele automate de refulare moderne studiate au frecvenţe cuprinse între 40 şi 850 cd/min, uzuale fiind frecvenţele de 200 ÷ 300 cd/min. Automatele la care lungimea cursei sub sarcină este mai mică lucrează cu frecvenţe mult mai mari decât automatele la care lungimea cursei sub sarcină este mai mare.

Toate automatele de refulare moderne studiate conţin în lanţul cinematic principal un mecanism manivelă-bielă-culisor pentru antrenarea în mişcare de translaţie rectilinie-alternativă a culisorului. Se utilizează însă în scop util doar un singur sens al mişcării acestuia.

De utilizarea mecanismului manivelă-bielă-culisor în lanţul cinematic principal sunt dependente majoritatea cauzelor ce conduc la limitarea principalelor performanţe ale automatelor de presare: gabaritul mare al mecanismului, doar un singur sens al translaţiei culisorului este activ, masa inerţială mare şi mişcarea rectilinie-alternativă neuniformă a culisorului.

O soluţie, identificată în practică, pentru mărirea productivităţii este creşterea numărului de culisoare, ceea ce este echivalent cu creşterea numărului de posturi de lucru.

La o aceeaşi turaţie a arborelui principal productivitatea maşinii poate creşte dacă sunt utilizate ambele extreme ale cursei culisorului, dar această soluţie nu se identifică în practică.

Soluţia radicală, cea de înlocuire a mecanismului manivelă-bielă-culisor cu un alt mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare de translaţie rectilinie-alternativă care să permită creşterea semnificativă a productivităţii maşinilor şi diminuarea masei inerţiale a organului executor final din lanţul cinematic principal, abordare rar întâlnită, a condus la conceperea unei clase noi de automate de presare la rece, cele hipocicloidale, un concept românesc foarte original iniţiat şi dezvoltat la Universitatea Transilvania din Braşov. La acestea se utilizează ca mecanism de transformare unul planetar cu roţi dinţate cilindrice generator de hipocicloide plane normale cu mai multe puncte de întoarcere, toate fiind exploatate în sens activ prin amplasarea câte unui culisor pe direcţia tangentelor duse în fiecare punct de întoarcere al hipocicloidei normale descrisă de mecanismul planetar utilizat.

Capitolul 3. HIPOCICLOIDE SFERICE: ECUA ŢIA PARAMETRIC Ă ŞI UNELE

CAZURI PARTICULARE

3.2. Ecuaţia parametrică a hipocicloidei sferice ecuatoriale Scrierea ecuaţiei unei hipocicloide sferice ecuatoriale se poate face faţă de un sistem de

coordonate oarecare1. Fără a restrânge generalitatea, expresia ecuaţiei menţionate poate fi exprimată mai simplu

dacă sistemul de coordonate ales este unul particular, favorabil2. Se adoptă ca sistem de coordonate unul cartezian, Oxzy, cu originea O în centrul sferei S,

figura 3.2. În acest sistem de coordonate se iau în considerare un cerc de bază ΓR şi un cerc rulant Γr. Cercul ΓR, cu raza R = RS, este un ecuator al sferei S şi se obţine ca intersecţie a sferei cu un plan ΠR ce conţine centrul O al acesteia. Cercul rulant Γr, de rază r < RS, este tangent la ΓR în punctul M0 şi se obţine ca intersecţie a sferei S cu planul Πr aflat la distanţa b de centrul O.

Fie Oα centrul cercului Γr. Direcţia OOα face cu planul ΠR un unghi θ. Implicit, unghiul dintre planele ΠR şi Πr este ψ = π/2-θ.

1 Răceu, R., Pöllner, C., „Despre parametrii cinematici ai unui automat hipocicloidal spaţial pentru deformare plastică la rece

(About kinematic parameters of the spatial hypocycloidal automatic machine for cold forming)”, RECENT, ISSN 1582-0246, vol. 11(2010), nr. 3(30), p. 223-230, Braşov, noiembrie 2010

2 Murgulescu, Elena, ş.a., „Geometrie analitică ş i diferenţială”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1970


16

Figura 3.2. Sistemul de coordonate cartezian principal Oxyz asociat cercului bază ΓR, fix

Exprimate doar în funcţie de parametrul α şi de constanta k, coordonatele punctului M

generator de cicloidă sferică ecuatorială sunt:

( ) ( )

( ) ( ) ( )[ ]( ) ( )

( ) ( ) ( )[ ]( )[ ]

α⋅−⋅−⋅=

α⋅α⋅⋅−α⋅⋅α+α⋅−⋅=

=

α⋅⋅α−⋅α⋅⋅α⋅+α⋅−⋅⋅−⋅=

α⋅⋅α⋅+α⋅⋅α+α⋅−⋅=

=

α⋅⋅α+⋅α⋅⋅α⋅+α⋅−⋅⋅−⋅=

β

β

β

kkk

rz

kkkkk

r

kk

krkk

kry

kkkkk

r

kk

krkk

krx

cos11

cossincossinsin1

sincos1

cossinsin11

1

sinsincoscoscos1

sinsin1

coscoscos11

1

2

2

22

2

22

(3.12)

acestea formând în fapt ecuaţiile parametrice ale hipocicloidei în discuţie. Notă. O (hipo)cicloidă sferică este unicursală dacă parametrul k aparţine mulţimii numerelor

raţionale pozitive, deci este de forma k = i / j, cu i, j ∈ N, i şi j prime între ele. 3.4. Cazuri particulare de hipocicloide sferice ecuatoriale

Indiferent dacă este ecuatorial sau nu, la un automat hipocicloidal sferic se utilizează un număr limitat de culisoare. Ca urmare sunt utilizabile practic acele mecanisme cu roţi dinţate conice ce generează hipocicloide sferice (ecuatoriale) al căror număr de puncte de întoarcere este cel mult egal cu numărul maxim posibil de amplasat.

Se are în vedere inclusiv faptul că un mecanism poate genera şi se pot utiliza simultan mai multe hipocicloide sferice ecuatoriale, generate de puncte materializate pe acelaşi satelit sau pe sateliţi diferiţi.

Limitând convenţional la 10 numărul maxim de culisoare posibil de amplasat, hipocicloidele sferice ecuatoriale particulare sunt cele caracterizate de coeficienţii k = i/j având 2 ≤ i ≤ 10, i ∈ N, şi j < i, j ∈ N. Evident i şi j sunt numere naturale prime între ele. Se recomandă utilizarea hipocicloidelor cu k ∈ 2/1; 3/1; 3/2; 5/2; 5/3; 7/3; 7/4; 7/5; 8/3; 8/5; 9/4; 9/5. 3.4.1. Hipocicloide sferice ecuatoriale cu două puncte de întoarcere

Un caz particular de hipocicloidă sferică ecuatorială normală este cea cu două puncte de întoarcere (cu două bucle), caracterizată de parametrul k = 2/1.

Ecuaţiile parametrice ale acestei hipocicloide sferică particulară sunt:


17

( )[ ] ( )( )[ ] ( )

( )[ ]

α⋅−⋅⋅=

α−⋅α⋅=α⋅α⋅−−α⋅⋅α+α⋅⋅=

α+⋅α⋅=α⋅α⋅+α⋅−⋅α+α⋅⋅=

=

=

=

2cos12

3

cos1sin]cossin41cos2sinsin32

sin2coscossin4sin21coscos32

2

2222

2222

rz

rr

y

rr

x

k

k

k

(3.17)

O imagine sugestivă a hipocicloidei sferice ecuatoriale cu două puncte de întoarcere se prezintă în figura 3.8.

Figura 3.8. Aspectul unei hipocicloide sferice ecuatoriale cu două puncte de întoarcere, normală

3.4.2. Hipocicloide sferice ecuatoriale cu trei puncte de întoarcere

Hipocicloide sferice ecuatoriale cu trei puncte de întoarcere se obţin dacă parametrul k ia valorile k = 3/1 sau k = 3/2.

Pe baza ecuaţiei generale a hipocicloidelor sferice ecuatoriale, pentru cazul k = 3/1 s-a generat şi se prezintă în figura 3.9 o reprezentare 3D a hipocicloidei sferice normale cu trei bucle1 (a), caracterizată de raport de 3:1 între diametrul cercului bază şi cel al cercului rulant, precum şi proiecţia ei (b) în planul ecuatorial. Punctul generator de traiectorie revine în poziţia iniţială după o rotaţie completă a axei rulantei în jurul axei Oz, timp în care rulanta execută trei rotaţii complete în jurul axei proprii.

(a) (b) Figura 3.9. Aspectul unei hipocicloide sferice ecuatoriale cu trei bucle, normală

O reprezentare 3D a hipocicloidei sferice (a) ce corespunde constantei k = 3/2, precum şi

proiecţia ei în planul ecuatorial (b), se redau în figura 3.10. Această hipocicloidă are trei bucle şi trei puncte de întoarcere2. Punctul generator de traiectorie revine în poziţia iniţială după două rotaţii complete ale axei rulantei în jurul axei Oz, timp în care rulanta execută trei rotaţii complete în jurul axei proprii. 1 Răceu, R., „About multitude of equatorial spherical hypocycloid automatic machine”, Proceedings of the 16th International

Conference on Conference Modern Technologies, Quality and Inovation, ModTech 2012, ISSN 2066-6736, vol. II, p. 885-888, Sinaia, 24-26 mai 2012

2 idem


18

(a) (b) Figura 3.10. Aspectul unei hipocicloide sferice ecuatoriale cu trei bucle


Automatele de presare la rece sunt, cel mai adesea, cu structură mecanică. La marea lor majoritate mişcarea principală este rectilinie-alternativă. Cel mai folosit mecanism de transformare este mecanismul manivelă-bielă-culisor. La o aceeaşi turaţie a arborelui principal productivitatea maşinii poate creşte dacă sunt utilizate ambele extreme ale traiectoriei.

În scopul creşterii productivităţii merită a fi studiat dacă există mecanisme cu mai multe puncte de întoarcere, pentru a antrena – în mod identic, simultan sau succesiv – mai multe organe executoare finale ale automatului.

Este dovedită1 posibilitatea utilizării de mecanisme planetare cu roţi dinţate cilindrice, cu angrenare interioară, la construcţia de automate de presare. Aceste mecanisme generează ca traiectorii utile hipocicloide plane.

Sunt cunoscute şi mecanisme planetare cu roţi dinţate conice2. Lucrarea de faţă îşi propune, în esenţă, să identifice posibilitatea utilizării la automate de presare a unor astfel de mecanisme. Pentru aceasta trebuie stabilită natura traiectoriei descrisă de un punct generator, dacă aceasta are sau nu puncte de întoarcere, precum şi dacă legea de mişcare transmisă unui / unor elemente executoare finale (de tip culisor) este comparabilă cu legea de mişcare asigurată prin mecanismul manivelă-bielă-culisor. În urma consultării literaturii de specialitate şi ca urmare a cercetărilor proprii a rezultat că: - cu ajutorul mecanismelor planetare cu roţi dinţate conice se pot descrie cinematic curbe

cicloidale sferice (epicicloide, elice şi hipocicloide). Acestea pot fi, în mod similar cicloidelor plane, normale, scurtate sau alungite;

- cicloidele sferice normale au puncte de întoarcere în număr egal cu numărul buclelor respectivelor curbe;

- cicloidele sferice pot fi unicursale sau nu. Mecanismele planetare cu roţi dinţate conice descriu exclusiv cicloide unicursale;

- cel puţin din punct de vedere teoretic, este posibilă construcţia de automate de presare cicloidale sferice. Sunt considerate favorabile cele hipocicloidale, avantajoase fiind cele hipocicloidale sferice ecuatoriale;

- pe baza ecuaţiilor parametrice ale cicloidelor sferice – atât cele demonstrate pentru un caz particular în cadrul prezentei cercetări, cât şi cele precizate în literatură – s-a determinat legea de mişcare a culisoarelor automatelor hipocicloidale spaţiale sferice. Aceasta este foarte asemănătoare cu cea asigurată prin mecanismul manivelă-bielă-culisor, ceea ce permite a prezuma că performanţele automatelor hipocicloidale spaţiale sferice sunt similare cu cele ale automatelor de presare clasice.

1 Tureac, I. ş.a., „Exploatarea, întreţinerea şi repararea utilajelor de presare la rece”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1984 2 Miloiu, Gh., Dudiţă, Fl., Diaconescu, D.V., „Transmisii mecanice moderne”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1980


19

3.6.2. Contribuţii originale Determinarea, cu demonstraţia de rigoare, a ecuaţiilor parametrice ale hipocicloidelor

sferice ecuatoriale, curbe cel mai recomandate a fi utilizate la automate hipocicloidale spaţiale ca traiectorii pentru reperele prin care se antrenează culisoarele acestor automate.

Reprezentarea grafică a mai multor hipocicloide sferice ecuatoriale (atât 3D, cât şi ca proiecţii în planul ecuatorial), ca instrument important pentru o mai bună înţelegere a întregii problematici legată de conceperea şi funcţionarea automatelor avute în vedere.

Capitolul 4. CERCETĂRI TEORETICE ŞI REZULTATE INOVATIVE PRIVIND

CONCEPEREA UNOR NOI AUTOMATE DE PRESARE LA RECE, HIPOCICLOIDALE SFERICE

4.1. Obiective şi direcţii de cercetare

Având în vedere titlul tezei de doctorat, “Cercetări inovative privind dezvoltarea unor noi automate de presare la rece” şi ţinând cont de unele aspecte evidenţiate în capitolele anterioare, s-a identificat ca obiectiv principal

- conceperea unor noi automate de presare la rece, hipocicloidale sferice, cu gabarit general redus şi de mare productivitate,

iar ca obiective derivate şi direcţii de acţiune: - cercetare sistematică în vederea identificării logice a unui concept de principiu de automat de

presare hipocicloidal sferic, precum şi în direcţia dezvoltării / extinderii acestuia, cercetare bazată pe utilizarea de tehnici şi metode specifice inventicii aplicate;

- elaborarea de soluţii constructive adecvate, cel puţin referitoare la acele părţi caracteristice noi ale automatelor hipocicloidale sferice care nu se regăsesc în soluţii similare identificate în stadiul tehnicii;

- validarea noului concept şi a soluţiei constructive prin studii în mediu virtual şi experimental aplicative.

În vederea îndeplinirii acestor obiective se au în vedere următoarele direcţii de cercetare: - identificarea cerinţelor şi posibilităţilor de realizare a mecanismului planetar monomobil cu

roţi dinţate conice ce constituie mecanismul de transformare a mişcării de translaţie a arborelui principal al automatului în mişcare de translaţie a culisoarelor acestuia;

- identificarea posibilităţilor de materializare şi de dispunere / solidarizare faţă de satelitul mecanismului planetar a punctului generator de hipocicloidă;

- identificarea unor posibile structuri cinematice de principiu pentru automate de presare hipocicloidale sferice şi analiza acestora în vederea punerii în evidenţă a celei mai favorabile variante;

- identificarea unor soluţii constructive adecvate concordante cu structurile cinematice de principiu relevate ca optime;

- identificarea restricţiilor şi criteriilor de formare a diverselor variante de automate de presare hipocicloidale sferice;

- punerea în evidenţă a diversităţii tipologice a automatelor de presare hipocicloidale sferice, în caz că aceasta există, codificarea şi clasificarea acestora;

- studiul, însuşirea şi aplicarea unor tehnici şi metode specifice inventicii1, adecvate şi/sau adaptate la subiectul cercetării, în vederea elaborării unor soluţii de automate de presare hipocicloidale sferice şi dezvoltării / extinderii acestora;

- prezenta teză de doctorat este orientată în mod explicit către inovare-inventare, misiunea inventivă (încredinţată şi asumată) fiind subînţeleasă. Pe cale de consecinţă se are în vedere elaborarea cel puţin a unei soluţii originale şi brevetarea acesteia.

1 Belous, V., „Inventica”, Editura Gh. Asachi, ISBN 973-95650-0-X, Iaşi, 1992


20

4.3. Automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial, cu un singur satelit şi două culisoare. Descriere şi analiza procesului de creaţie tehnică

O primă soluţie de automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial, figura 4.7, a rezultat prin utilizarea unui mecanism planetar cu roţi dinţate conice la care raportul dintre numerele de dinţi ai roţii centrale fixe şi ai roţii satelit este de 2:1. Un asemenea mecanism generează cinematic hipocicloide ecuatoriale cu două bucle, deci cu două puncte de întoarcere, ceea ce impune prezenţa a două posturi de presare deservite fiecare de câte un culisor.

M

11

3141312

10

2

4

5

8

7

1

15

18

17

16

6; 9 (ACFm)

Figura 4.7. Prima schemă cinematică elaborată pentru un automat hipocicloidal spaţial sferic ecuatorial cu

un singur satelit şi un singur punct generator de traiectorie1 În schema cinematică conurilor tangente Ω1 şi Ω2, care includ cercul de bază şi, respectiv,

cercul rulant, li se asociază conurile de divizare ale danturilor roţilor dinţate conice 1, roată dinţată fixă, şi 2, roată dinţată satelit, mobilă. La un automat hipocicloidal sferic ecuatorial roata dinţată conică 1 este „plană”, în sensul că unghiul la vârf al conului de divizare al danturii acesteia are valoarea de 180º. Cercul de bază, fix, asociat roţii 1 este un ecuator al sferei în care sunt cuprinse toate punctele hipocicloidei sferice normale descrisă de punctul generator.

Roata dinţată conică 1 este solidară cu batiul 3 al maşinii. Roata dinţată conică 2 angrenează cu roata 1, fiind lăgăruită radial şi axial faţă de un ax solidar cu arborele principal 4 al maşinii. Roata 2, roată satelit a mecanismului planetar, este liberă la rotaţie faţă de ax. Antrenarea roţii 2 în mişcare de rotaţie se obţine ca urmare a mişcării de rotaţie a arborelui principal 4 şi ca urmare a angrenării ei cu roata fixă 1.

Axa de rotaţie a arborelui principal 4 este identică cu axa conului Ω1 al roţii centrale fixă a mecanismului planetar şi se constituie în axă centrală a automatului.

Axa de rotaţie a arborelui 4 şi axa fusului ce constituie lagăr pentru roata 2 trebuie să se intersecteze în O, vârful conurilor de divizare ale danturilor roţilor 1 şi 2.

Într-o primă etapă a cercetărilor s-a enunţat cerinţa ca arborele principal 4 să fie „în mod necesar” „un arbore cotit de construcţie specială” care să prezinte un fus cu rol de lagăr pentru roata satelit 2, axa fusului fiind strict suprapusă peste axa conului Ω2, con de divizare al danturii roţii satelit 2. S-a constatat ulterior, după o analiză critică a soluţiei elaborate, că soluţia constructivă este relativ dificilă din punct de vedere tehnologic şi, mai ales, nu permite montajul roţii satelit la unele dintre variantele de automate de presare hipocicloidale sferice elaborate. Soluţia constructivă cu ax ca reper distinct şi demontabil faţă de arborele principal, figura 4.82, satisface complet oricare variantă de automat hipocicloidal sferic, nu impune restricţii şi, mai ales, lasă libertate largă pentru adoptarea unor soluţii constructive diverse, foarte tehnologice, pentru

1 Cioară, R., Răceu, A., „Automat de presare, hipocicloidal sferic, ecuatorial”, Cerere de brevet de invenţie RO A_01397_2010

din 23.12.2010 2 idem


21

arborele principal 4. În plus, corpul 8, solidar cu arborele principal al automatului, are în bună măsură şi rol de volant şi favorizează o adecvată echilibrare dinamică a mecanismului planetar.

Arborele principal 4, lăgăruit adecvat faţă de batiul maşinii, este antrenat în mişcare de rotaţie de la un volant 5, prin intermediul unui cuplaj 6. Volantul 5 este antrenat în mişcare de rotaţie continuă de la un motor electric 7, printr-o transmisie cu curele 8. Este necesară şi o frână 9.

4.5. Automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale cu două bucle. Descriere şi

analiza procesului de creaţie tehnică 4.5.1. Automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale cu două bucle, cu un singur satelit

Schema cinematică a unui automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial cu două bucle (având ca mecanism de transformare unul planetar cu roţi dinţate conice caracterizat de constanta k = 2:1, deci generator de hipocicloide sferice „cu două bucle”), cu un singur satelit şi cu două puncte generatoare de traiectorie, plasate „la exterior”, se prezintă în figura 4.11.

Fig. 4.11. Schemă cinematică a unui automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial cu un satelit

şi două puncte generatoare de traiectorie, dispuse „la exterior”1, 2 Este logic ca piesele 15, cele care materializează punctele generatoare de hipocicloidă, să

fie dispuse diametral faţă de roata satelit 11. Consecinţa imediată constă în faptul că hipocicloidele descrise de centrele celor două piese 15 se dispun echiunghiular faţă de axa roţii centrale fixă 25. Centrele a ale celor două piese 15 descriu traiectorii identice, dar defazate cu 90°, astfel încât se identifică patru puncte de întoarcere (două puncte de întoarcere b şi două puncte de întoarcere c).

Pe direcţiile tangentelor în punctele de întoarcere b şi c la cele două hipocicloide sferice ecuatoriale astfel generate, în batiul 10 sunt ghidate patru culisoare 16 identice dispuse echiunghiular de-a lungul unui cerc coaxial cu axa automatului şi de rază egală cu distanţa dintre oricare punct b sau c şi axa automatului.

Se constată că acest automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial diferă de cel similar reprezentat în figura 4.7 doar prin numărul de puncte generatoare materializate şi solidare cu roata satelit şi numărul de culisoare, conservându-se conceptul de principiu şi structura generală a automatului.

Se constată, cum este şi firesc, şi cum de altfel se anticipa, că numărul de culisoare posibil de amplasat la interiorul roţii centrale fixe este mai redus şi ca urmare este discutabil dacă se pot construi automate de tipul considerat cu zece culisoare. 1 Cioară, R., Răceu, R., Pöllner, C., „Spatial hypocycloid automatic machine for cold forming. Concept and structure”,

Proceedings of the 14th International Conference on Conference Modern Technologies, Quality and Inovation, ModTech 2010, ISSN 2066-3919, p. 191-194, Slănic Moldova, 20-22 mai 2010

2 Răceu, R., Cioară, R., „Automat de presare, hipocicloidal sferic, ecuatorial”, Cerere de brevet de invenţie RO A/00328 din 8.04.2011


22

Toate automatele de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale cu un satelit şi cu două, trei, patru sau cinci puncte generatoare de hipocicloidă, dispuse „la exterior” sau „la interior”, fac subiectul unei cereri de brevet de invenţie1, depusă la OSIM şi având ca titular Universitatea Transilvania din Braşov.

4.5.2. Codificarea automatelor de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale

Diversitatea automatelor de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale deja prezentate, dar şi marea diversitate estimată, a condus la ideea codificării acestor maşini, ca mijloc sintetic de referire la acestea şi de diferenţiere a lor prin sintagme alfanumerice fără echivoc. Mai mult decât atât, codificarea permite evitarea repetării frecvente a sintagmei „automat de presare hipocicloidal sferic (ecuatorial)”, repetare care devine neplăcută şi chiar supărătoare.

Este evidentă şi explicită echivalenţa

AHS ≡ Automat (de presare) Hipocicloidal Sferic, (4.1)

precum şi echivalenţa

AHSe ≡ Automat (de presare) Hipocicloidal Sferic ecuatorial. (4.2)

Se face din nou precizarea că la un AHSe „cercul de bază”, cel pe care se dispun punctele de întoarcere ale hipocicloidei descrisă de un punct generator, este un ecuator al sferei şi este caracterizat de distanţa a = 0 între planul său şi centrul sferei. AHS subecuatoriale au a < 0, iar AHS supraecuatoriale au a > 0. Este deci posibil a utiliza codul

AHSe ≡ AHSa=0, (4.3)

care respectă generalitatea, dar care este mai puţin explicit cel puţin pentru cazurile când se abordează exclusiv familia automatelor hipocicloidale sferice ecuatoriale.

Pentru un AHS cu un singur satelit relevante sunt informaţiile: - raportul i:j (numere naturale prime între ele) dintre numerele de dinţi ale roţii centrale plane

fixe şi roţii satelit; - numărul np de puncte generatoare solidare cu roata satelit (echiunghiular plasate); - numărul nc de culisoare (dispuse echiunghiular) ale automatului.

În aceste condiţii, unui AHSe cu un singur satelit i se poate asocia codul

AHSe(i:j)-n p-nc, (4.4)

cu observaţia că numărul de culisoare este dependent de numărul de puncte generatoare de traiectorie şi de raportul i:j prin relaţia:

nc = i × np. (4.5)

S-a precizat deja că nu se pot solidariza cu roata satelit oricât de multe puncte generatoare, iar în batiu nu pot fi amplasate oricât de multe culisoare. Aceste aspecte constituie restricţii care limitează numărul de AHSe posibil de realizat.

Conform cu cele de mai sus, un automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial cu un singur satelit pe care se solidarizează două puncte generatoare care descriu hipocicloide sferice normale cu două puncte de întoarcere are codul AHSe(2:1)-2-4.

Codul astfel enunţat nu permite a face distincţie între AHS la care punctele generatoare se află la exteriorul roţii satelit şi cele la care punctele generatoare se află la interiorul acesteia. O soluţie identificată este aceea de a aloca termenului np un indice adecvat, „e” pentru cazul

1 Răceu, R., Cioară, R., „Automat de presare, hipocicloidal sferic, ecuatorial”, Cerere de brevet de invenţie RO A/00328 din

8.04.2011


23

amplasării punctelor generatoare „la exterior” şi „ i” pentru cazul amplasării punctelor generatoare „la interior”. Ca urmare codul devine

AHSe(a:b)-(np)e-nc sau AHSe(a:b)-(np)i-nc, (4.6)

ca exemple putându-se da AHSe(2:1)-2e-4, respectiv AHSe(2:1)-2i-4. Evident, dispunerea „la exterior” faţă de satelit a punctelor generatoare determină

implicit dispunerea tot „la exterior” a culisoarelor faţă de roata centrală fixă, deci ar fi logic ca

(np)e ⇒⇒⇒⇒ (nc)e, (4.7)

dar acest detaliu se poate accepta ca prezumat. Această abordare permite inclusiv alocarea de coduri pentru automate cu puncte

generatoare dispuse atât la exteriorul roţii satelit, cât şi la interiorul acesteia:

AHSe(a:b)-((np)e+(np)i)–((nc)e+(nc)i). (4.8)

Ca urmare automatul din figura 4.20 ar avea codul AHSe(2:1)-(2e+2i)-(4e+4i), care însă nu precizează şi orientarea reciprocă a culisoarelor de la exterior şi de la interior.

Anticipând soluţiile constructive ce se vor prezenta ulterior, dar având ca referinţă cele enunţate în capitolul anterior, se pot construi automate hipocicloidale sferice (ecuatoriale) cu mai mulţi sateliţi. La acestea este logic ca sateliţii să fie plasaţi echiunghiular în raport cu axa roţii centrale fixă, rezultând implicit o dispunere echiunghiulară în planul cercului de bază a punctelor de întoarcere ale hipocicloidelor descrise de punctele generatoare solidare cu sateliţii.

Un AHS nu poate avea oricât de mulţi sateliţi, aceasta constituind o restricţie suplimentară faţă de cele enunţate la AHSe cu un singur satelit.

Pe fiecare satelit se poate materializa un singur punct generator sau mai multe. Este de preferat ca pe toţi sateliţii unui AHS să se materializeze un acelaşi număr de

puncte generatoare. Este de asemenea de preferat ca toate punctele generatoare să descrie traiectorii identice.

Punctele generatoare de hipocicloidă sferică de pe sateliţi diferiţi pot descrie traiectorii orientate diferit sau suprapuse.

Se prezumă, avantajul tehnic fiind evident, că de-a lungul cercului de bază punctele de întoarcere distincte sunt dispuse echiunghiular.

La un AHS cu un singur satelit numărul total nt de traiectorii descrise este identic cu numărul de puncte generatoare materializate pe satelitul automatului respectiv.

La automatele cu doi sau mai mulţi sateliţi situaţii tipice sunt cele la care: regula 1: punctele generatoare de pe oricare satelit descriu traiectorii diferite, caz în care numărul

nt* de traiectorii distincte este identic cu numărul nt total de traiectorii:

nt* = nt = np × ns; (4.9)

regula 2: punctele generatoare de pe un satelit descriu aceleaşi traiectorii ca şi punctele generatoare de pe ceilalţi sateliţi, caz în care numărul de traiectorii distincte este:

nt* = np. (4.10)

Este posibil ca doar unul sau unele (dar nu toate !) dintre punctele generatoare de pe diverşi sateliţi să descrie traiectorii identice, caz în care numărul de traiectorii distincte este np < nt

* < np × ns, dar astfel de cazuri sunt unele particulare nerecomandate. Evident, codul ce se asociază unui AHSe cu mai mulţi sateliţi trebuie să conţină şi

numărul ns de sateliţi ai acestuia. Se propune forma:


24

AHSe(a:b)-ns-(np)x-nc, (4.11)

unde x = e sau x = i, după caz. Precizare. Numărul de culisoare se determină în funcţie de numărul total de traiectorii

distincte şi de numărul de bucle ale hipocicloidei descrisă de un punct generator

nc = a × nt*. (4.12)

4.5.3. AHSe(2:1) cu mai mulţi sateliţi şi cu un singur punct generator per satelit Într-o primă etapă a fost studiată posibilitatea realizării de AHSe cu doi sau mai mulţi

sateliţi, cu fiecare satelit fiind solidarizat un singur punct generator de hipocicloidă sferică normală cu două puncte de întoarcere. Studiile s-au rezumat la automatele cu punctele generatoare dispuse „la interior”, acestea fiind mai restrictive din punct de vedere al numărului de culisoare posibil de amplasat.

La un AHSe(2:1) cu doi sateliţi este posibilă solidarizarea şi orientarea punctelor generatoare faţă de sateliţi astfel încât centrele acestora să descrie traiectorii identice şi suprapuse. Ca urmare la un astfel de automat se identifică doar două puncte de întoarcere, deci sunt necesare doar două culisoare, figura 4.21.

Fig. 4.21. Schema cinematică a unui AHSe(2:1)-2-1i-2

Figura de mai sus conţine, în partea dreaptă, o proiecţie în planul cercului de bază (plan

ecuatorial în cazul oricărui AHSe), cerc ce conţine punctele de întoarcere ale hipocicloidelor normale descrise de punctele generatoare de traiectorie, unde se identifică cercul de bază, punctele generatoare, proiecţia hipocicloidei descrisă de acestea (curba cu culoare roşie) şi proiecţiile cercurilor rulante asociate sateliţilor (cele două elipse). S-a constat că o asemenea reprezentare simbolică, mai puţin bogată în detalii decât schema cinematică, dar foarte sugestivă, este în complet acord cu codul propus pentru automatele hipocicloidale sferice şi este deosebit de utilă la identificarea diversităţii lor. Astfel de reprezentări s-au dovedit deosebit de utile cel puţin în ceea ce priveşte corecta dispunere a punctelor generatoare pe sateliţi.

La un AHSe cu doi sateliţi este posibil ca cele două puncte generatoare să descrie traiectorii distincte, nesuprapuse. Ca urmare se identifică patru puncte de întoarcere, deci sunt necesare patru culisoare, figura 4.22. Pentru ca acestea să fie dispuse echiunghiular în raport cu axa automatului, hipocicloidele descrise de cele două puncte generatoare trebuie să fie echiunghiular orientate; în cazul de faţă cele două hipocicloide trebuie să aibă axele (liniile ce unesc cele două puncte de întoarcere) perpendiculare.

La un AHSe cu trei sateliţi hipocicloidele descrise de cele trei puncte generatoare este posibil să fie suprapuse sau distincte. Primul caz corespunde unui AHSe(2:1)-3-1i-2, figura 4.23, iar cel de-al doilea unui AHSe(2:1)-3-1i-6, figura 4.24.


25





26

4.5.4. AHSe(2:1) cu mai mulţi sateliţi şi cu mai multe puncte generatoare per satelit Este posibilă realizarea de automate de presare hipocicloidale sferice (ecuatoriale) cu mai

mulţi sateliţi şi cu mai multe puncte generatoare materializate pe fiecare satelit. S-au studiat cu prioritate acele cazuri la care sateliţii au acelaşi număr de puncte generatoare de traiectorii utile. Cazurile ce nu respectă această cerinţă sunt atipice, studiul lor fiind o opţiune de viitor.

S-au identificat variantele la care toate culisoarele automatului sunt antrenate cu aceeaşi frecvenţă, precum şi câteva variante ce nu respectă această regulă.

Considerând restrictivă realizarea de AHSe(2:1) cu zece culisoare, astfel de cazuri au fost puse în evidenţă doar prin excepţie, precizând de regulă doar codul lor.

Automatele AHSe(2:1) cu doi sateliţi şi cu mai multe puncte generatoare sunt relevate în tabelul 4.2.

Poate fi posibil de realizat şi un automat de tipul AHSe(2:1)-2-5-10. În tabelul 4.3 sunt prezentate automatele AHSe(2:1) cu trei sateliţi şi cu mai multe puncte

generatoare. Tabelul 4.2. AHSe(2:1) cu doi sateliţi şi cu mai multe puncte generatoare1

AHSe(2:1)-2-2-4

AHSe(2:1)-2-2-8

AHSe(2:1)-2-3-6

AHSe(2:1)-2-4-8

Tabelul 4.3. AHSe(2:1) cu trei sateliţi şi cu mai multe puncte generatoare

AHSe(2:1)-3-2-4

AHSe(2:1)-3-3-6

1 Răceu, R., Pöllner, C., „New equatorial spherical hypocycloid automatic machine with more satellites”, Proceedings of the 16th

International Conference on Conference Modern Technologies, Quality and Inovation, ModTech 2012, ISSN 2066-6736, vol. II, p. 817-820, Sinaia, 24-26 mai 2012


27

AHSe(2:1)-3-4-8

AHSe(2:1)-3-5-10

Atipic este automatul AHSe(2:1)-3-2-4*, figura 4.29.

Fig. 4.29. Reprezentare simbolică a unui AHSe(2:1)-3-2-4*

În condiţiile enunţate anterior, posibile sunt patru automate AHSe(2:1) cu patru sateliţi şi

cu mai multe puncte generatoare, tabelul 4.4.

Tabelul 4.4. AHSe(2:1) cu patru sateliţi şi cu mai multe puncte generatoare1

AHSe(2:1)-4-2-4

AHSe(2:1)-4-2-8

AHSe(2:1)-4-3-6

AHSe(2:1)-4-4-8

1 Răceu, R., Pöllner, C., „New equatorial spherical hypocycloid automatic machine with more satellites”, Proceedings of the 16th

International Conference on Conference Modern Technologies, Quality and Inovation, ModTech 2012, ISSN 2066-6736, vol. II, p. 817-820, Sinaia, 24-26 mai 2012


28

Dacă gabaritul automatului permite amplasarea a zece culisoare, este posibilă şi realizarea unui AHSe(2:1)-4-5-10, figura 4.30.

În ceea ce priveşte AHSe(2:1) cu cinci sateliţi (în caz că este posibil amplasarea atâtor sateliţi fără ca danturile lor să colideze) şi cu mai multe puncte generatoare per satelit, tipice sunt automatele având codurile AHSe(2:1)-5-2-4, AHSe(2:1)-5-2-8, AHSe(2:1)-5-3-6, AHSe(2:1)-5-4-8 şi AHSe(2:1)-5-5-10.

Fig. 4.30. Reprezentare simbolică a unui AHSe(2:1)-4-5-10

4.6. Automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale cu trei sau mai multe bucle

Traiectoriile descrise de punctele generatoare ale automatelor de tipul AHSe(2:1) sunt hipocicloide sferice ecuatoriale „cu două bucle” care au, implicit, două puncte de întoarcere.

La construcţia automatelor de presare hipocicloidale sferice (ecuatoriale) se pot utiliza şi mecanisme planetare generatoare de hipocicloide sferice cu mai multe bucle. În acest sens s-a făcut deja precizarea că „ limitând convenţional la 10 numărul maxim de culisoare posibil de amplasat” sunt posibil şi recomandabil de utilizat acele mecanisme planetare generatoare de hipocicloide cu trei, cinci, şapte, opt şi nouă bucle la care 1 < k ≤ 3. Automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale „cu zece bucle” pot prezenta dificultăţi de amplasare a culisoarelor, din motive de gabarit. 4.6.1. Automate hipocicloidale sferice de tipul AHSe(3:1)

La un AHSe(3:1) orice punct generator solidar cu un satelit descrie o hipocicloidă sferică ecuatorială cu trei puncte de întoarcere (a se revedea figura 3.9, p. 70), căreia trebuie să îi corespundă trei culisoare dispuse echiunghiular în planul ecuatorial1.

Numărul maxim de sateliţi posibil de utilizat la un AHSe(3:1) se determină utilizând relaţia (4.13). Pentru k = 3:1 se obţine ns ≅ 8,756. Rezultă că se pot utiliza cel mult opt sateliţi. Această limită maximă este surprinsă şi în figura 4.31.

Limitând la zece numărul maxim de culisoare posibil de amplasat la un AHSe(3:1), mulţimea automatelor tipice din această familie are 26 de membri, tabelul 4.6.

Fig. 4.31. Numărul maxim de sateliţi posibil de amplasat la un AHSe(3:1)1

1 Răceu, R., „About multitude of equatorial spherical hypocycloid automatic machine”, Proceedings of the 16th International



29

Tabelul 4.6. Diversitatea AHSe(3:1) tipice ns = 1 ns = 2 ns = 3 ns = 4

AHSe(3:1)-1-1-3 AHSe(3:1)-2-1-3 AHSe(3:1)-3-1-3 AHSe(3:1)-4-1-3

AHSe(3:1)-2-1-6 AHSe(3:1)-3-1-9



ns = 5 ns = 6 ns = 7 ns = 8 AHSe(3:1)-5-1-3 AHSe(3:1)-6-1-3 AHSe(3:1)-7-1-3 AHSe(3:1)-8-1-3



Câteva exemple de AHSe(3:1), în reprezentare 3D simplificată, se prezintă în tabelul 4.7.

Tabelul 4.7. Exemple de AHSe(3:1) tipice, în reprezentare 3D simplificată2

AHSe(3:1)-1-1-3

AHSe(3:1)-1-2-6

AHSe(3:1)-1-3-9

AHSe(3:1)-1-4-12

AHSe(3:1)-2-1-6

AHSe(3:1)-2-1-3

AHSe(3:1)-3-2-6

AHSe(3:1)-4-2-6

4.6.2. Automate hipocicloidale sferice de tipul AHSe(3:2)

O reprezentare 3D a hipocicloidei sferice ce corespunde constantei k = 3/2, precum şi proiecţia ei în planul ecuatorial, a fost deja prezentată în figura 3.10 (p. 71). Această are trei bucle şi trei puncte de întoarcere. Sunt necesare trei rotaţii complete ale satelitului în jurul axei sale pentru ca un punct generator să revină în poziţia sa iniţială.

Numărul maxim de sateliţi posibil de utilizat la un AHSe(3:2) se determină utilizând, ca şi în cazurile precedente, relaţia (4.13). Pentru k = 3/2 = 1,5 se obţine ns ≅ 3,576. Rezultă că se pot utiliza cel mult trei sateliţi.

Este perfect posibilă construcţia de AHSe(3:2) cu doi sateliţi, dar este relativ puţin probabilă realizarea de AHSe(3:2) cu trei sateliţi, conurile de divizare ale danturilor acestora fiind aproape în tangenţă. O „justificare” grafică se prezintă în figura 4.32.

1 Răceu, R., „About multitude of equatorial spherical hypocycloid automatic machine”, Proceedings of the 16th International


2 idem


30

Fig. 4.32. Numărul maxim de sateliţi posibil de amplasat la un AHSe(3:2)1

Este important de precizat faptul că o hipocicloidă sferică (ecuatorială) cu trei bucle

caracterizată de constanta k = 3/2 poate fi generată de două puncte solidare cu un acelaşi satelit, dispuse diametral opus faţă de axa acestuia. Un bun exemplu în acest sens este automatul având codul AHSe(3:2)-1-2-3, figura 4.33.

Fig. 4.33. Automatul AHSe(3:2)-1-2-3, în reprezentare 3D simplificată2

Evident, cu un satelit pot fi solidarizate puncte generatoare ce descriu traiectorii distincte.

Un caz particular, caracterizat de faptul că punctele generatoare nu sunt echiunghiular dispuse în raport cu axa satelitului, se prezintă în figura 4.34.

Fig. 4.34. Automatul AHSe(3:2)-1-2-6, în reprezentare 3D simplificată3

4.9. Concluzii, contribuţii proprii şi direcţii viitoare de acţiune 4.9.1. Concluzii

În practica construcţiilor de maşini se face frecvent apel la mecanisme generatoare de traiectorii particulare pentru a asigura unor organe de maşină mobile mişcări cu proprietăţi specifice. Un astfel de caz a fost dezvoltat în ultimele două decenii la Universitatea Transilvania din Braşov, rezultând clasa automatelor de presare hipocicloidale plane, maşini ce îşi bazează funcţionarea pe proprietăţi ale hipocicloidelor plane unicursale generate de mecanisme planetare cu roţi dinţate cilindrice, cu angrenare interioară. 1 Răceu, R., „About multitude of equatorial spherical hypocycloid automatic machine”, Proceedings of the 16th International


2 idem 3 idem


31

Cercetările desfăşurate în cadrul prezentei teze de doctorat au pus în evidenţă faptul că se pot construi şi automate hipocicloidale spaţiale, acestea aflându-se în relaţie directă cu mecanisme planetare cu roţi dinţate conice. Traiectoriile utilizate în acest caz sunt hipocicloide spaţiale sferice, recomandabile fiind cele normale.

O hipocicloidă sferică, în particular una ecuatorială, se poate genera cinematic cu ajutorul unui mecanism planetar cu roţi dinţate conice. Hipocicloidele sferice normale au unul sau mai multe puncte de întoarcere. Această particularitate este exploatată la construcţia automatelor hipocicloidale sferice ecuatoriale, la care mecanismul planetar cu roţi dinţate conice este utilizat ca mecanism de transformare a mişcării de rotaţie a unui arbore principal (central) în mişcare de translaţie rectilinie-alternativă cu autoîntoarcere a două sau mai multe culisoare.

Un automat hipocicloidal sferic asigură antrenarea periodică şi temporară în mişcare de translaţie a două sau mai multe culisoare de către un element care descrie, în acest caz, o hipocicloidă sferică cu un număr de puncte de întoarcere egal cu numărul de culisoare antrenate.

Prin solidarizarea cu un satelit al automatului a mai multor puncte generatoare, pe de o parte, şi/sau prin utilizarea unui mecanism planetar cu mai mulţi sateliţi se asigură creşterea numărului de traiectorii descrise şi/sau, ceea ce este foarte important, creşterea numărului de antrenări în mişcare utilă a culisoarelor automatului, fapt ce conduce la o creştere impresionantă de productivitate a maşinii respective. Creşterea de productivitate este însoţită, cel mai adesea, de scăderea timpului dintre două presări în acelaşi post de lucru (timp disponibil pentru un ciclu cinematic complet pentru lanţurile cinematice auxiliare de alimentare-evacuare), de creşterea momentului de torsiune rezistent instantaneu maxim la care este solicitat arborele principal (şi implicit roţile dinţate ale mecanismului planetar), de creşterea (de neevitat a) energiei de presare consumată de maşină în unitatea de timp şi de creşterea numărului de lanţuri cinematice auxiliare de alimentare-evacuare (care se reflectă în creşterea complexităţii cinematice a automatului şi implicit a costului acestuia).

S-a constatat că punctele generatoare de traiectorie pot fi amplasate faţă de roata satelit fie „la interior”, fie „la exterior”. Amplasarea „la exterior” a punctelor generatoare poate fi favorabilă în ceea ce priveşte accesul la acestea şi în mod cert determină o mărire a distanţei dintre două culisoare vecine.

Există şi posibilitatea realizării de automate de tipul studiat la care punctele generatoare să fie situate atât „la interior”, cât şi „la exterior”.

S-au identificat şi enunţat reguli clare de dispunere a sateliţilor şi a punctelor generatoare, precum şi relaţii pentru determinarea numărului necesar de culisoare.

Reprezentarea grafică simplificată (dar sugestivă !) s-a dovedit foarte utilă mai ales în ceea ce priveşte stabilirea poziţiilor corecte ale punctelor generatoare materializate pe sateliţii automatelor de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale.

În afară de reprezentarea grafică simplificată, pentru ordonarea soluţiilor şi pentru facilitarea continuării cercetărilor s-a impus şi codificarea automatelor de presare hipocicloidale sferice. Codificarea a permis căutarea sistematică şi identificarea tuturor variantelor de AHSe, respectând unele restricţii de gabarit evidente. Identificarea posibilităţii de dispunere pe o roată-satelit a punctelor generatoare spre interiorul sau spre exteriorul automatului a determinat completarea adecvată a codului alfanumeric elaborat iniţial.

Codificarea şi reprezentarea grafică simbolică s-au dovedit instrumente foarte utile pentru organizarea cercetării şi pentru identificarea mulţimii variantelor de AHSe ce respectă anumite condiţii impuse.

S-au pus în evidenţă şi unele performanţe ale AHSe – productivitate, timp dintre două presări în acelaşi post de lucru, energie de presare consumată la o rotaţie a arborelui principal, coeficient (de amplificare) al momentului de torsiune maxim la care este solicitat arborele principal al unui AHSe – care permit analiza comparată din acest punct de vedere a diverselor tipuri şi variante de AHSe şi adoptarea celui mai favorabil.


32

4.9.2. Contribuţii originale Contribuţiile proprii importante cuprinse în prezentul capitol s-au concentrat asupra

extinderii clasei automatelor de presare hipocicloidale ca modalitate de dezvoltare a clasei automatelor de presare la rece. Clasa automatelor de presare hipocicloidale plane, un concept teoretic novativ dezvoltat la Universitatea Transilvania din Braşov şi validat practic prin cercetări experimentale, a constituit punct de plecare şi model de abordare pentru elaborarea clasei automatelor de presare hipocicloidale sferice, cercetările concentrându-se asupra celor ecuatoriale.

Detaliind, contribuţiile proprii originale prezentate în acest capitol sunt: - relevarea structurilor cinematice de principiu ale automatelor de presare hipocicloidale,

valabile atât pentru cele plane, cât şi pentru cele sferice ecuatoriale; - precizarea structurii necesare şi a modalităţilor de legare la lanţul cinematic principal a

lanţurilor cinematice auxiliare de alimentare-evacuare; - evidenţierea faptului că lanţurile cinematice auxiliare nu sunt unele specifice automatelor de

presare hipocicloidale (sferice) şi renunţarea la studiul structurii şi construcţiei acestora ca obiectiv imperativ în cadrul prezentei teze de doctorat;

- elaborarea pe baze logice a conceptului de principiu şi a schemei cinematice pentru un prim automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial, cu un singur satelit şi cu un singur punct generator de hipocicloidă sferică ecuatorială „cu două bucle” (cu două puncte de întoarcere), solidar cu roata satelit „la exterior”;

- identificarea la acesta a unor soluţii constructive adecvate pentru componentele specifice, soluţii care asigură cu prioritate cerinţele de montaj şi reglare identificate drept necesare, dar care urmăresc şi tehnologicitatea respectivelor componente. Se menţionează în acest sens suprafaţa conică a roţii centrale fixă (care favorizează orientarea unghiulară a roţii şi asamblarea acesteia cu batiul prin strângere pe con), soluţie adoptată şi pentru fixarea cu batiul a bucşelor-ghidaj pentru culisoare şi chiar şi a piesei suport pentru punctul generator, şi construcţia arborelui principal, care permite cu uşurinţă montajul unui ax ce are rolul de suport şi lagăr al roţii satelit;

- elaborarea schemei cinematice pentru un al doilea automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial, variantă a primului, caracterizat prin dispunerea punctului generator „la interior” faţă de roata satelit. Soluţia a rezultat prin aplicarea inversiei, tehnică de creaţie frecvent utilizată. Cu această ocazie a devenit evidentă că o cercetare în scopul identificării sistematice a mulţimii automatelor hipocicloidale sferice posibil de realizat necesită însuşirea şi utilizarea adecvată a tehnicilor şi metodelor specifice inventicii;

- elaborarea documentaţiei necesare şi înregistrarea la OSIM a unei prime cereri de brevet de invenţie, solicitant fiind Universitatea Transilvania din Braşov, având ca subiect automatele de presare hipocicloidale sferice „cu două bucle” cu un singur satelit şi un singur punct generator concepute (v. Anexa 1);

- elaborarea unei liste interogative de verificare Osborn particularizată pentru conceperea unor noi automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale, ca sumă de întrebări rezultate prin aplicarea unor tehnici intuitive de creaţie tehnică (ca de exemplu inversia, combinarea, modificarea – ameliorarea – dezvoltarea);

- elaborarea schemelor cinematice pentru alte patru automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale „cu două bucle” cu un singur satelit, dar cu mai multe puncte generatoare dispuse „la exterior”, precum şi a celor patru scheme cinematice ale variantelor cu puncte generatoare dispuse „la interior”;

- elaborarea schemei cinematice pentru un automat de presare hipocicloidal sferice ecuatorial „cu două bucle” cu un singur satelit şi cu mai multe puncte generatoare dispuse atât „la interior”, cât şi „la exterior”, cu sublinierea faptului că numărul posibil de astfel de


33

construcţii este mai mare decât al celor care, utilizând tehnica combinării, conduc la obţinerea acestora;

- elaborarea documentaţiei necesare şi înregistrarea la OSIM a unei a doua cereri de brevet de invenţie, solicitant fiind tot Universitatea Transilvania din Braşov, cerere de brevet de invenţie ce revendică automatele de presare hipocicloidale sferice „cu două bucle” cu un singur satelit şi cu mai multe puncte generatoare (v. Anexa 2);

- codificarea automatelor de presare hipocicloidale sferice (ecuatoriale), ca reflectare a identificării regulilor de compunere şi formare structurală a acestor maşini, în condiţiile unor restricţii precizate. Codificarea s-a dovedit un instrument de căutare sistematică extrem de valoros şi util. „Căutarea” unor noi tipuri şi variante de AHSe a devenit cu ajutorul codului una logică şi relativ facilă. Foarte utilă s-a dovedit şi reprezentarea grafică simbolică a AHSe;

- elaborarea schemelor cinematice pentru alte 24 de automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale cu mai mulţi sateliţi şi cu mai multe puncte generatoare dispuse „la exterior”, precum şi a celor 24 scheme cinematice ale variantelor cu puncte generatoare dispuse „la interior”;

- elaborarea documentaţiei complete pentru înregistrarea la OSIM a unei a treia cereri de brevet de invenţie, având ca subiect AHSe(2:1) cu mai mulţi sateliţi şi cu un singur punct generator dispus „la interior” (v. Anexa 3);

- relevarea a 26 automate de tip AHSe(3:1), identificate prin cod şi reprezentate simplificat; - relevarea a 16 automate de tip AHSe(3:2), de asemenea identificate prin cod şi reprezentate

simplificat; - enunţarea de consideraţii privind unele performanţe tehnico-economice (productivitate, timp

dintre două presări în acelaşi post de lucru, energie de presare consumată la o rotaţie a arborelui principal, coeficient de amplificare al momentului de torsiune maxim la care este solicitat arborele principal) ale automatelor de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale, cu precizarea relaţiilor de calcul ale acestora;

- calculul şi prezentarea performanţelor menţionate, pentru marea majoritate a AHSe(2:1), AHSe(3:1) şi AHSe(3:2) concepute;

- punerea în evidenţă a rezervei de creativitate tehnică identificată până în prezent şi precizarea unor direcţii de studiu şi cercetare ulterioare.

4.9.3. Utilitate, implicaţii şi direcţii viitoare de acţiune

Având în vedere mulţimea rezultatelor prezentate şi caracterul lor complet original, chiar dacă unele dintre ele s-au obţinut prin similitudine cu automatele hipocicloidale plane, prezentul capitol este elementul central al tezei de doctorat. Fără cercetările teoretice efectuate şi în afara rezultatelor prezentate, nu sunt deloc posibile cercetările aplicative ulterioare care să confirme, sau nu, ipotezele enunţate.

În ceea ce priveşte contribuţia la identificarea şi dezvoltarea unor noi automate de presare la rece, utilitatea cercetărilor desfăşurate este mai mult decât evidentă. Sunt în mod explicit puse în evidenţă 75 de AHSe tipice numai dintre cele cu k ∈ 2/1; 3/1; 3/2, fără a mai lua în considerare că acestea pot fi cu punctul generator „la exterior” sau „la interior”. Dacă se adaugă şi diferite AHSe atipice sau combinaţii de AHSe cu punctele generatoare „la exterior” şi „la interior” contribuţia cantitativă creşte semnificativ. Plus că nu sunt contabilizate sutele de AHSe cu mai mult de trei bucle.

Pe cale de consecinţă se poate afirma că, cel puţin la nivel de contribuţii teoretice, obiectivul principal al tezei, conceperea unor noi automate de presare la rece, a fost îndeplinit cu brio.


34

Capitolul 5. PARTICULARIT ĂŢI PRIVIND DIMENSIONAREA AUTOMATELOR DE PRESARE HIPOCICLOIDALE SFERICE ECUATORIALE

În structura lanţului cinematic principal al unui AHS se identifică, lucru deja precizat,

motorul de antrenare, transmisia cu curele trapezoidale, cuplaj, frână, volant, arbore principal, mecanismul planetar (utilizat ca mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare de translaţie periodică şi temporară a culisoarelor automatului) şi elementele executoare finale, culisoarele.

Alegerea adecvată a motorului de antrenare nu este specifică AHS. Ca la orice presă mecanică sau automat de presare, motorul se alege în funcţie de puterea necesară maşinii şi, deseori, în funcţie de turaţia de regim a volantului (identică cu turaţia optimă de funcţionare a cuplajului cu fricţiune al maşinii).

Modul de dimensionare a transmisiei prin curele este cunoscut, nefiind deloc influenţat de faptul că aceasta este integrată în structura unui AHS.

Dimensionarea cuplajului cu fricţiune este în sine una independentă de o maşină anume. Trebuie doar să dezvolte un moment de torsiune maxim capabil cerut de aplicaţia respectivă, la o anume turaţie ce trebuie cunoscută. În literatura de specialitate1 se precizează că cuplajele de fricţiune ale preselor mecanice şi automatelor de presare sunt subansambluri în mare măsură independente de maşină şi ca urmare pot fi interschimbabile dacă au performanţe identice.

Frâna unui AHS, în caz că aceasta este prevăzută, este – ca şi cuplajul – un subansamblu nedependent de structura maşinii. Trebuie doar determinat, ca mărime esenţială de intrare pentru proiectare2, momentul de torsiune de frânare minim necesar şi precizată turaţia de regim a arborelui pe care este plasată frâna. Ca şi cuplajul, frâna poate fi un subansamblu interschimbabil.

Se pot utiliza subansambluri cuplaj-frână monobloc. Nici modalitatea de dimensionare a volantului3 nu este influenţată de faptul că acesta este

utilizat la un AHS. Se impune doar a cunoaşte lucrul mecanic pe care volantul trebuie să îl cedeze în unitatea de timp şi turaţia sa de regim.

Culisoarele unui AHS au o construcţie foarte specifică, dar dimensionarea este facilă. Se ia cu prioritate în considerare solicitarea de strivire sub sarcina nominală, FN. Particularităţi de abordare pot apărea în funcţie de soluţia constructivă a cuplei „punct generator de hipocicloidă – culisor”.

Dimensionarea punctului generator se face luând în considerare solicitarea la strivire sub sarcina nominală FN şi forma atribuită acestuia. Se obţine ca dată de ieşire relevantă dM, „diametrul punctului M”. Punctul generator se va amplasa faţă de dantura roţii satelit fie „la exterior”, fie „la interior”, la o distanţă de siguranţă ∆M faţă de dantură, figura 5.1. Pentru ca punctul generator M să descrie o hipocicloidă sferică normală centrul său trebuie să fie cuprins în conul de divizare al danturii roţii satelit.

Figura 5.1. Poziţii posibile ale punctului generator faţă de roata satelit

1 Cioară, R., „Cuplaje şi frâne pentru maşini-unelte de prelucrat prin deformare. Calcul, proiectare, construcţie”, Editura Matrix

Rom, ISBN 973-685-857-X, Bucureşti, 2005 2 idem 3 idem


35

Este de precizat că, L fiind lungimea generatoarei conurilor de divizare ale danturilor roţilor mecanismului planetar, iar B = ψL⋅L lăţimea danturilor acestora (ψL este coeficientul lăţimii danturii), atunci raza de dispunere a axelor culisoarelor (raza cercului fix al „mecanismului” generator de hipocicloidă sferică normală) este

+∆+⋅ψ±

ψ−⋅=

+∆+±

−=222

1222

MM

LLMM

dLL

dBBLR , (5.1)

unde semnul “+” corespunde cazului în care punctele generatoare sunt amplasate faţă de roata satelit „la exterior” (R ≡ Re), iar semnul “–” amplasării acestora „la interior” (R ≡ Ri).

Arborele principal se dimensionează la solicitări compuse, importante fiind solicitările la torsiune şi încovoiere. Este un arbore drept a cărui modalitate de dimensionare este cunoscută1, 2, 3.

Este cunoscută, în esenţă, şi metodica de dimensionare a unui mecanism planetar monomobil cu roţi dinţate conice, atât în ceea ce priveşte expresiile momentelor de torsiune4 care solicită elementele componente ale mecanismului planetar, cât şi în ceea ce priveşte calculul mărimilor caracteristice ale danturilor roţilor dinţate conice5, 6 componente.


Particularităţile constructive şi de funcţionare ale unui automat de presare hipocicloidal sferic (ecuatorial) impune, în ceea ce priveşte elementele şi subansamblurile specifice, o abordare particulară a dimensionării acestuia. La un AHS mecanismul planetar monomobil cu roţi dinţate conice este specific nu în sine, ci prin aceea că expresiile momentelor de torsiune MtAP, MtS şi MtRCF ce solicită arborele central (arbore principal al automatului), roata satelit şi roata centrală fixă sunt dependente de parametri tehnico-economici specifici unui automat de presare (FN, hN, vN, nAP) impuşi prin tema de proiectare.

Mecanismul planetar utilizat la un AHS nu este unul cu axe paralele şi ca urmare este inadecvat a aplica teoria referitoare la mecanisme planetare cu axe paralele, cea care permite cu uşurinţă stabilirea relaţiile de echilibru dintre momentele de torsiune ce solicită elementele componente. Pentru a determina expresiile momentelor de torsiune MtAP, MtS şi MtRCF s-a făcut apel la echilibrul de forţe şi momente ce solicită fiecare element al mecanismului planetar, pe baza unui model de solicitare statică. Se poate utiliza un model simplificat, care neglijează efectele frecărilor din cuple. Totuşi, având în vedere solicitarea intensă, variabilă şi cu mare frecvenţă a unui AHS, utilizarea unui coeficient de amplificare dinamică, semnificativ ca valoare, compensează acoperitor neglijarea frecărilor şi a efectelor acestora. Este posibilă şi se are în vedere elaborarea unor modele mai complexe, corespunzătoare condiţiilor reale de solicitare, pe baza cărora se va putea dezvolta un algoritm de calcul riguros pentru astfel de maşini.

Dimensionarea roţilor dinţate conice ale mecanismului planetar al unui AHS necesită o succesiune de iteraţii până la determinarea valorilor optime concordante cu caracteristicile tehnico-economice impuse automatului. S-au pus în evidenţă şi s-au descris trei cazuri de abordare, dependente de grupul de parametri tehnico-economici impuşi. Fiecărui caz în parte îi corespunde o procedură de calcul caracteristică, ajutătoare fiind o schemă logică adecvată.

Este cel recomandat a fi urmat cu prioritate cazul cel mai restrictiv, fiind cel care are cele mai bune şanse să conducă la o dimensionare optimă a automatului.

Cazul focalizat pe asigurarea parametrilor tehnici esenţiali ai unui AHS este o abordare mai permisivă care facilitează dimensionarea organologică.

1 Drăghici, I., ş.a., „Îndrumar de proiectare în construcţia de maşini”, vol. II, Editura Tehnică, Bucureşti, 1982 2 * * *, „ Manualul inginerului mecanic”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1976 3 Ripianu, A., Crăciun, I., „Osii, arbori drepţi şi arbori cotiţi”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1977 4 Miloiu, Gh., Dudiţă, Fl., Diaconescu, D.V., „Transmisii mecanice moderne”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1980 5 Jula, A., ş.a., „Proiectarea angrenajelor evolventice”, Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1989 6 Sauer, L., ş.a., „Angrenaje”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1970


36

5.3.2. Contribuţii originale Contribuţiile originale ce se regăsesc în cadrul acestui capitol sunt:

- modelul de solicitare statică a mecanismului planetar al AHSe, simplificat, cu neglijarea frecărilor şi a efectelor acestora, elaborat ca suport pentru determinarea relaţiilor momentelor de torsiune MtAP, MtS şi MtRCF ce solicită elementele mecanismului planetar;

- expresiile obţinute pentru MtAP, MtS şi MtRCF şi ansamblul de relaţii intermediare; - trei cazuri de abordare a dimensionării unui AHSe, diferenţiate în funcţie de numărul şi natura

parametrilor tehnico-economici impuşi ca date de intrare; - trei proceduri de dimensionare a unui AHSe, câte una pentru fiecare dintre cele trei cazuri. Una

dintre proceduri este descrisă sintetic şi printr-o schemă logică. Capitolul 6. STUDII ÎN MEDIU VIRTUAL PRIVIND CONSTR UCŢIA ŞI

FUNCŢIONAREA UNOR AUTOMATE HIPOCICLOIDALE SFERICE ECUATORIALE DEZVOLTATE INOVATIV

6.2. Modelarea funcţionării

Din meniul principal Applications din modulul Standard se trece în modulul Mechanism unde se simulează cinematic mişcările reperelor mobile ale modelului virtual al automatului hipocicloidal de presare la rece.

Se atribuie volantului-arbore principal mişcare de rotaţie în jurul propriei axe, care este şi axă centrală a automatului, satelitului mişcare de rotaţie în jurul axului acestuia şi mişcări de translaţie rectilinie-alternativă temporare culisoarelor, figura 6.41.

Figura 6.41. Mobilităţile reperelor în mişcare ale modelului virtual

Pentru a fi „antrenate”, reperelor cu mobilităţi de translaţie sau de rotaţie li se asociază

motoare virtuale, ServoMotoare. Servomotoarele se pot programa tabelar, în funcţie de legile de mişcare pe care trebuie să le execute reperele în cauză.

Volantul-arbore principal este antrenat de la un ServoMotor1, figura 6.42, care asigură o mişcare de rotaţie uniformă.


37

Figura 6.42. Legea de mişcare „rotaţie uniformă” a volantului-arbore principal

Satelitul modelului virtual are, pe care de consecinţă, tot o mişcare de rotaţie uniformă,

figura 6.43, proporţională ca valoare cu mişcarea volantului-arbore principal prin raportul de transmitere k al angrenajului cu axe fixe asociat mecanismului planetar. Satelitul este antrenat de un ServoMotor2, fiind simulată astfel rostogolirea fără alunecare a (danturii) roţii satelit peste roata centrală fixă.

Figura 6.43. Legea de mişcare „rotaţie uniformă” a roţii satelit

Câte un ServoMotor3 antrenează în mişcare de translaţie rectilinie-alternativă fiecare

culisor al modelului virtual, figura 6.44.

Figura 6.44. Alocarea de cuple de translaţie pentru culisoarele modelului virtual


38

Legea de mişcare descrisă tabelar generată de aceste servomotoare, figura 6.45, este în deplin acord cu legea teoretică de mişcare a culisoarelor, figura 6.46, descrisă prin relaţia 3.13.

Figura 6.45. Legea de mişcare „translaţie rectilinie-alternativă neuniformă, cu staţionare” a culisoarelor

Figura 6.46. Legea de miscare teoretică a unui pentru culisor

După ce se parcurg etapele prezentate mai sus, se apelează meniul AnalysisDefinition

unde se setează tipul cinematic de funcţionare, timpul mişcării, timpul de pornire şi timpul de oprire al maşinii. Apoi pot fi vizualizat modelul virtual în diferitele faze de funcţionare, figura 6.47.

Figura 6.47. Diferite faze ale funcţionării modelului virtual

Ultima etapă presupune încărcarea filmului şi rularea lui cu comanda Run. Filmul se poate salva în mai multe formate de vizualizare. Pentru ca acesta să poată fi

vizualizat cu uşurinţă utilizând şi alte medii decât Pro Engineer, la simularea de faţă s-a optat pentru formatul MPEG.

Elaborarea modelului virtual şi simularea funcţionării acestuia au confirmat pe deplin predicţiile privind construcţia, montajul şi funcţionarea unui automat hipocicloidal de presare la rece, obiectivul urmărit prin studiul în mediu virtual fiind îndeplinit cu succes.


39

6.3. Model virtual al unui automat AHSe(2:1)-3-3-6 Complementar studiului descris anterior, s-a elaborat şi un model virtual pentru un AHSe

mai complex, un AHSe(2:1)-3-3-6 (automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial cu raport k = 2:1 între numerele de dinţi ai roţii centrale fixe şi ai roţii satelit, cu trei sateliţi, cu trei puncte generatoare per satelit şi cu şase culisoare).

Modelul elaborat permite şi reprezentări mai simple, dar mai sugestive, obţinute prin „ascunderea” unor elemente componente ale modelului, reţinerea doar a roţilor satelit, a punctelor generatoare şi a culisoarelor, şi adăugarea unor elemente nemateriale aşa cum sunt cercurile mediane tangente ale danturilor roţii centrale fixe şi sateliţilor, cercul de bază, cercurile rulante şi hipocicloidele descrise de punctele generatoare, figura 6.51.

Figura 6.51. Reprezentări simplificate ale modelului unui AHSe(2:1)-3-3-6

Reprezentările pot fi chiar mai simple, fiind reţinute doar puncteler generatoare, cercul de

bază, cercurile rulante şi hipocicloidele descrise de punctele generatoare, figura 6.52. Vizualizarea se poate face din diverse unghiuri, figura 6.53.

Figura 6.52. O reprezentare extrem simplificată a modelului unui AHSe(2:1)-3-3-6

Figura 6.53. Vederi din unghiuri diverse a reprezentării extrem simplificată

a modelului unui AHSe(2:1)-3-3-6


40


Noutatea şi originalitatea conceptului de automat de presare hipocicloidal sferic (ecuatorial), a premiselor acestuia şi a performanţelor anticipate necesită şi validarea practică. S-a urmărit confirmarea faptului că proiectarea şi modul estimat de funcţionare al unei astfel de maşini este unul corect.

În prezent este uzuală utilizarea calculatoarelor. Exploatând performanţele acestora, se face adesea apel la studiul în mediul virtual a noilor concepte1, 2, ca primă modalitate de verificare şi de validare. Un astfel de studiu reduce în mare măsură necesitatea cercetării experimentale. Modelarea în mediul virtual permite o foarte bună vizualizare a construcţiei şi funcţionării sistemului studiat, identificarea erorilor de proiectare şi eliminarea lor, optimizarea proiectului, compararea mai multor soluţii constructive şi realizarea animaţiei funcţionării acestora.

Pentru modelele virtuale de AHSe elaborate s-au reţinut doar elementele caracteristice definitorii. Ca urmare acestea sunt unele simplificate în raport cu automatele de presare hipocicloidale sferice de referinţă. Specifice unui AHSe sunt volantul, arborele principal, satelitul (sateliţii), piesele ce materializează punctele generatoare de hipocicloidă sferică, roata centrală fixă şi ansamblurile culisor. Modelele 3D elaborate conţin în mod minimal structura de rezistenţă a automatelor. S-au elaborat şi variante extrem de simplificate ale modelelor elaborate, care reţin doar puncteler generatoare, cercul de bază, cercurile rulante şi hipocicloidele descrise de punctele generatoare. Elaborarea modelelor virtuale a presupus proiectarea tuturor componentelor acestora şi asamblarea lor. Dimensionarea modelelor s-a realizat în conformitate cu metodica specifică de calcul elaborată pentru AHSe.

Elaborarea modelelor virtuale şi simularea funcţionării acestora au confirmat cu succes predicţiile privind construcţia, montajul şi funcţionarea automatelor de presare hipocicloidale sferice (ecuatoriale).

6.4.2. Contribuţii originale

Prezentul capitol este integral original, inclusiv ca urmare a faptului că subiectul „automate de presare hipocicloidale sferice” este singular în literatura de specialitate din ţară şi din străinătate. Câteva dintre contribuţiile originale ce se regăsesc în capitolul de faţă sunt: - un adevărat proiect tehnic al AHSe(2:1)-1-1-2 elaborat ca model virtual. Toate componentele

au fost riguros proiectare; - modelarea 3D a tuturor componentelor modelului virtual într-un mediu avansat de proiectare

asistată, Pro Engineer v.2.0; - asamblarea riguroasă a modelului virtual, prin formarea de ansambluri parţiale şi integrarea lor

în ansamblul general; - alocarea corectă a legilor de mişcare pentru reperele mobile şi antrenarea lor prin servomotoare

adecvate; - realizarea animaţiei funcţionării modelului virtual; - elaborarea unui al doilea model virtual, corespunzător unui AHSe(2:1)-3-3-6; - elaborarea unor modele virtuale simplificate, extrem de sugestive.

1 Pöllner, C., Răceu, R., „Stages of designing mechanical vulcanized presses”, The 16th International Conference ModTech

Modern Technologies, Quality and Innovation, Sinaia, România, vol. II, p. 765-768, Editura ModTech, Iaşi, 24-26 mai 2012, ISSN 2069-6736

2 Pöllner, C., Răceu, R., „A virtual environment modeling of the operation of a mechanical vulcanizing press”, The 15th International Conference ModTech Modern Technologies, Quality and Innovation, Vadul lui Vodă-Chişinău, Republica Moldova, vol. II, p. 885-888, Editura ModTech, Iaşi, 25-27 mai 2011, ISSN 2066-6736


41

Capitolul 7. MODEL FUNCŢIONAL PENTRU EVIDEN ŢIEREA STRUCTURII ŞI FUNCŢIONĂRII AUTOMATELOR DE PRESARE HIPOCICLOIDALE SFERICE ECUATORIALE

7.1. Proiectul modelului funcţional

Au fost elaborate mai multe variante constructive pentru modelul funcţional. Într-o primă fază s-a luat în considerare doar antrenarea manuală a arborelui central al mecanismului planetar, figura 7.1, printr-o manivelă.

Primul concept, figura 7.1a, este prevăzut cu două lagăre aflate la distanţă, câte unul de-o parte şi de alta a vârfului comun al conurilor de divizare ale danturilor roţilor dinţate ale mecanismului planetar. Deşi corectă, această primă propunere de soluţie constructivă nu a fost apreciată suficient din punct de vedere estetic. Forma pătrată (a cadrului suport pentru lagărul superior şi a plăcii de bază a modelului, „batiul” modelului funcţional) a fost apreciată ca fiind în discordanţă cu însăşi conceptul de automat hipocicloidal sferic ecuatorial, la care sunt predominante sunt mişcările de rotaţie, piesele circulare şi chiar dispunerea pe cerc atât a punctelor generatoare, cât şi a axelor culisoarelor.

a) b) Figura 7.1. Primul concept de model funcţional de AHSe (cu antrenare manuală)

S-a elaborat apoi, în mediul de proiectare Pro Engineering Wildfire v.2.0, proiectul tehnic

al modelului funcţional, figura 7.3. S-au asamblat roata centrală fixă şi apoi ansamblul ax – roată satelit – punct generator,

figura 7.23. S-a avut grijă ca punctul generator să intre în contact cu partea frontală a culisorului, iar poziţia de punct de întoarcere a traiectoriei descrise să fie cât mai apropiată de axa culisorului. Fixarea fermă a roţii centrale fixe cu placa de bază s-a realizat abia după ce, printr-o uşoară rotire a roţii centrale fixe în jurul axei sale, s-a obţinut cu bună aproximaţie suprapunerea punctului de întoarcere al traiectoriei punctului generator peste axa de translaţie a culisorului.


42

Figura 7.3. Soluţia 3D virtuală a modelului funcţional de AHSe, cu antrenare de la un mic motor electric

Figura 7.23. Modelul funcţional complet asamblat

7.3. Comportarea modelului funcţional

Construit şi asamblat conform celor prezentate anterior, modelul funcţional se comportă în deplin acord cu predicţiile enunţate. Acesta funcţionează foarte bine la turaţii ale arborelui principal mai mari de 110 rot./min, sub această valoare puterea dezvoltată de motorul electric fiind insuficientă pentru antrenarea culisorului în „cursă activă”.

Antrenarea manuală a modelului funcţional se poate face cu uşurinţă, prin simpla împingere a axului roţii satelit. Pentru facilitarea antrenării manuale se poate prelungi arborele principal şi i se poate ataşa o manetă, concordanţa cu soluţia constructivă prezentată în figura 7.1b devenind evidentă.

Repetitivitatea funcţionării modelului este sistematică. Pentru creşterea sugestivităţii, este avută în vedere reprezentarea fizică a traiectoriei

descrise de punctul generator, proiectată în suprafaţa unei sfere exterioare. Modelul funcţional, prin modul de realizare şi prin modul de funcţionare, confirmă

conceptul elaborat pentru AHSe. Modelul funcţional va intra în dotarea laboratorului de Maşini-unelte de prelucrat prin deformare al Departamentului de Inginerie Economică şi Sisteme de Producţie, pentru cercetări ulterioare şi ca material didactic pentru demonstraţii privind funcţionarea AHSe.

1

3

7

4

10

9

8

6

2

5


43


Pentru validarea practică a conceptului de automat de presare la rece hipocicloidal sferic s-a avut cu prioritate în vedere proiectarea, realizarea şi testarea unui model experimental, realizarea unui model funcţional fiind o opţiune de rang secund. Totuşi, cercetarea a fost orientată către această a doua opţiune ca urmare a faptului că nu a fost identificată colaborarea adecvată pentru realizarea roţii centrale fixe a modelului experimental în condiţiile resurselor avute la dispoziţie.

Pentru modelul funcţional a fost elaborat proiectul tehnic în mai multe variante, fiind reţinută cea cu antrenare de la un mic motor electric cu reglare continuă a turaţiei. S-a urmărit realizarea unui model simplu, care să pună în evidenţă elementele esenţiale şi caracteristice ale unui AHSe, şi estetic.

Solicitarea modelului funcţional fiind redusă, elemente componente ale sale au putut fi realizate prin Rapid Prototyping, evitând astfel unele dificultăţi tehnologice întâlnite încercând a realiza modelul experimental. Au fost realizate astfel cele două roţi dinţate ale mecanismului planetar, dar şi axul roţii satelit şi „punctul generator”.

Axul roţii satelit s-a rupt la primele teste de funcţionare ale modelului, chiar în condiţiile în care nu era montat culisorul. Axul a fost reproiectat şi realizat din metal.

Preventiv, roata centrală fixă a modelului funcţional a fost rigidizată suplimentar cu o placă metalică pentru a evita o eventuală deteriorare sau chiar distrugere a acestui element foarte important al modelului.

Parte din activitatea de cercetare şi de realizare a modelului funcţional s-a desfăşurat la Institutul PRO-DD al Universităţii Transilvania din Braşov, unde a fost realizată parţial placa de bază a modelului cu ajutorul unei maşini de tăiat cu jet abraziv.

Asamblarea modelului funcţional a decurs conform aşteptărilor. Modelul funcţional se comportă în deplin acord cu predicţiile enunţate. Repetitivitatea

funcţionării modelului este sistematică. Acesta poate fi antrenat şi manual. Modelul funcţional va intra în dotarea laboratorului de Maşini-unelte de prelucrat prin

deformare al Departamentului de Inginerie Economică şi Sisteme de Producţie, ca material didactic, pentru demonstraţii privind funcţionarea AHSe şi pentru cercetări ulterioare.

7.4.2. Contribuţii originale

Prezentul capitol este integral original. Punctual pot fi precizate câteva dintre contribuţiile originale: - proiectul tehnic al modelului funcţional, realizat în mai multe variante, trei dintre acestea fiind

succint prezentate pe parcursul acestui capitol; - realizarea prin Rapid Prototyping a câtorva dintre reperele modelului, esenţiale fiind roata

centrală fixă şi roata satelit; - asamblarea în bune condiţii a modelului funcţional. Acesta se comportă conform aşteptărilor,

repetitivitatea funcţionării sale fiind este sistematică.

Capitolul 8. CONTRIBUŢII ORIGINALE, FORME DE VALORIFICARE A CERCETĂRII ŞI CONCLUZII FINALE

8.1. Contribuţii originale

Cele mai importante contribuţii originale pe care autorul consideră că le-a adus prin prezenta teză de doctorat sunt următoarele:

Participarea la definirea temei tezei de doctorat şi la stabilirea obiectivelor acesteia. Tema tezei este o continuare firească a cercetărilor originale, de pionierat, desfăşurate în cadrul


44

Universităţii Transilvania din Braşov în ultimele două decenii referitoare la conceperea unei noi clase de automate de presare la rece, cele hipocicloidale. Tema tezei este axată pe una dintre direcţiile de cercetare sugerate de cercetările menţionate, aceea a „posibilităţii de utilizare la construcţia de automate cicloidale (hipo- sau epi-) a unor mecanisme planetare spaţiale”1. Aceasta a fost atent analizată din punct de vedere al posibilităţilor de dezvoltare, de realizare şi de aplicare practică. S-a identificat potenţialul ei inovativ, precum şi posibilităţi de elaborare a unei soluţiei de referinţă şi a unor variante ale acesteia. Obiectivele întrevăzute iniţial au fost dezvoltate, detaliate şi completate pe parcursul cercetărilor.

Realizarea unei cercetări bibliografice şi a sintezei informaţiilor referitoare la stadiul actual al cunoaşterii şi practicii în domeniul automatelor de presare mecanice. Documentarea s-a axat pe trei direcţii: studiul evoluţiei automatelor de presare prin consultarea cu prioritate a unor baze de date naţionale şi internaţionale pentru brevete de invenţie, studiul diversităţii şi performanţelor automatelor de presare actuale, în special a celor de refulare, multipost şi cu transfer, precum şi studiul unor automate de presare şi prese mecanice automate ce utilizează alt mecanism de transformare decât mecanismul manivelă-bielă-culisor. S-a acordat atenţie deosebită automatelor hipocicloidale plane, clasă de automate de presare ce se dezvoltă prin prezenta teză de doctorat.

S-au determinat, cu demonstraţia de rigoare, ecuaţiile parametrice ale hipocicloidelor sferice ecuatoriale, curbe cel mai recomandate a fi utilizate la automate hipocicloidale spaţiale ca traiectorii pentru reperele prin care se antrenează culisoarele acestor automate. Reprezentarea grafică a mai multor hipocicloide sferice ecuatoriale (atât 3D, cât şi ca proiecţii în planul ecuatorial) s-a dovedit un instrument important pentru o mai bună înţelegere a întregii problematici legată de conceperea şi funcţionarea automatelor hipocicloidale sferice ecuatoriale.

Relevarea structurilor cinematice de principiu ale automatelor de presare hipocicloidale, valabile atât pentru cele plane, cât şi pentru cele sferice ecuatoriale, precizarea structurii necesare şi a modalităţilor de legare la lanţul cinematic principal a lanţurilor cinematice auxiliare de alimentare-evacuare, precum şi evidenţierea faptului că lanţurile cinematice auxiliare nu sunt unele specifice automatelor de presare hipocicloidale (sferice).

Utilizând inclusiv tehnici şi demersuri creative specifice creaţiei tehnice originale, a fost elaborată şi descrisă schema cinematică pentru un prim automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial, în două variante de realizare, caracteristic acestuia fiind mecanismul planetar monomobil cu roţi dinţate conice, cu raport de 2:1 între numerele de dinţi ai roţii centrale fixe şi ai roţii satelit, integrat în structura lanţului cinematic principal ca mecanism de transformare a mişcării de rotaţie în mişcare de translaţie rectilinie-alternativă periodică şi temporară a culisoarelor. Acest automat are un singur satelit, un singur punct generator de traiectorie şi două culisoare. Cele două variante diferă prin poziţia punctului generator de traiectorie, care poate fi faţă de roata satelit „la interior” sau „la exterior”. Soluţia cinematică şi constructivă identificată a fost apreciată drept una originală şi s-a procedat la protejarea ei prin brevet de invenţie, examinarea la OSIM fiind în curs. Titularul cererii de brevet este Universitatea Transilvania din Braşov, Instituţia Organizatoare de Studii Universitare de Doctorat în cadrul căreia a fost desfăşurată această activitate.

Identificarea unor soluţii constructive adecvate pentru componentele specifice unui automat hipocicloidal sferic (ecuatorial), soluţii care asigură cu prioritate cerinţele de montaj şi reglare identificate drept necesare, dar care urmăresc şi tehnologicitatea respectivelor

1 Cioară, R., „Contribuţii teoretice şi experimentale privind cinematica, dinamica şi construcţia unui mecanism executor

principal cu traiectorie hipocicloidală utilizat la automatele de presare de mare productivitate”, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, 1998


45

componente. Se menţionează în acest sens suprafaţa conică a roţii centrale fixă (care favorizează orientarea unghiulară a roţii şi asamblarea acesteia cu batiul prin strângere pe con), soluţie adoptată şi pentru fixarea cu batiul a bucşelor-ghidaj pentru culisoare şi chiar şi a piesei suport pentru punctul generator, şi construcţia arborelui principal, care permite cu uşurinţă montajul unui ax ce are rolul de suport şi lagăr al roţii satelit.

Conceperea schemelor cinematice pentru alte patru automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale „cu două bucle” cu un singur satelit, dar cu mai multe puncte generatoare dispuse „la exterior”, precum şi a celor patru scheme cinematice ale variantelor cu puncte generatoare dispuse „la interior”. Pe baza acestora s-a elaborat documentaţia necesară şi s-a înregistrat la OSIM o a doua cerere de brevet de invenţie, solicitant fiind tot Universitatea Transilvania din Braşov.

S-a elaborat şi o variantă de automat de presare hipocicloidal sferice ecuatorial „cu două bucle”, cu un singur satelit şi cu mai multe puncte generatoare dispuse atât „la interior”, cât şi „la exterior”, cu sublinierea faptului că numărul posibil de astfel de construcţii, obţinute prin tehnica combinării, este mai mare decât al variantelor de bază care, prin compunere, permit obţinerea acestor construcţii mai complexe.

Codificarea automatelor de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale, ca reflectare a identificării regulilor de compunere şi formare structurală a acestor maşini, în condiţiile unor restricţii precizate. Codificarea s-a dovedit un instrument de căutare sistematică extrem de valoros şi util. „Căutarea” unor noi tipuri şi variante de AHSe a devenit cu ajutorul codului una logică şi relativ facilă. Foarte utilă s-a dovedit şi reprezentarea grafică simbolică a AHSe.

Elaborarea schemelor cinematice pentru alte 24 de automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale cu mai mulţi sateliţi şi cu mai multe puncte generatoare dispuse „la exterior”, precum şi a celor 24 scheme cinematice ale variantelor cu puncte generatoare dispuse „la interior”. Parte din aceste realizări – AHSe(2:1) cu mai mulţi sateliţi şi cu un singur punct generator dispus „la interior” – fac subiectul unei a treia descrieri de brevet de invenţie, complet elaborată şi pregătită pentru înregistrare la OSIM.

Relevarea a 26 automate de tip AHSe(3:1) şi încă 16 automate de tip AHSe(3:2), toate identificate prin cod şi reprezentate simplificat.

Punerea în evidenţă a celor mai importante performanţe tehnico-economice (productivitate, timp dintre două presări în acelaşi post de lucru, energie de presare consumată la o rotaţie a arborelui principal, coeficient de amplificare al momentului de torsiune maxim la care este solicitat arborele principal) ale automatelor de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale, cu precizarea relaţiilor de calcul ale acestora. Pentru marea majoritate a AHSe cu două şi trei bucle concepute s-au calculat şi s-au prezentat performanţele menţionate.

S-a pus în evidenţă o semnificativă rezervă de creativitate în domeniul abordat. S-au identificat ca fiind posibile multe alte noi soluţii de automate de presare hipocicloidale ecuatoriale, cu mai mult de trei bucle, fiecare dintre acestea putând constitui noi direcţii de studiu şi de acţiune viitoare.

Elaborarea unui model de dimensionare pentru automatele hipocicloidale sferice ecuatoriale, focalizat asupra elementelor specifice ale acestora. Detaliind, pot fi subliniate:

- modelul de solicitare statică a mecanismului planetar al AHSe, simplificat, cu neglijarea frecărilor şi a efectelor acestora, elaborat ca suport pentru determinarea relaţiilor momentelor de torsiune MtAP, MtS şi MtRCF ce solicită elementele mecanismului planetar;

- expresiile obţinute pentru MtAP, MtS şi MtRCF şi ansamblul de relaţii intermediare;


46

- trei cazuri de abordare a dimensionării unui AHSe, diferenţiate în funcţie de numărul şi natura parametrilor tehnico-economici impuşi ca date de intrare;

- trei proceduri de dimensionare a unui AHSe, câte una pentru fiecare dintre cele trei cazuri. Una dintre proceduri este descrisă sintetic şi printr-o schemă logică.

Ansamblul studiilor în mediu virtual referitoare la construcţia şi funcţionarea unor modele 3D. Pentru modelele virtual s-au luat ca referinţă atât cel mai simplu automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial elaborat, AHSe(2:1)-1-1-2, cât şi automate hipocicloidale sferice ecuatoriale mai complexe, aşa cum este, de exemplu, AHSe(2:1)-3-3-6. Modelele 3D virtuale au fost elaborate în mediul avansat de proiectare ProEngineer Wildfire 2.0. Elaborarea modelelor virtuale a presupus proiectarea riguroasă a tuturor componentelor acestora, dimensionarea realizându-se în conformitate cu modelul de calcul. În vederea studiului funcţionării în mediu virtual a funcţionării modelelor, s-a procedat la asamblarea dinamică adecvată a tuturor componentelor acestora, cu constrângerile şi mobilităţile de rigoare, şi la realizarea animaţiei funcţionării modelului virtual.

Realizarea şi studiul unui model funcţional de automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial. Modelul funcţional conţine componente realizate prin Rapid Prototyping, esenţiale fiind roata centrală fixă şi roata satelit. Modelul funcţional se comportă conform aşteptărilor, repetitivitatea funcţionării sale fiind este sistematică.

Activitatea de publicare desfăşurată în întreaga perioadă de pregătire şi de elaborare a tezei de doctorat, orientată către diseminarea rezultatelor cercetărilor efectuate şi supunerea lor dezbaterii publice în colective de specialişti în domeniu.

8.2. Forme de valorificare a cercetării

Parte din rezultatele cercetărilor efectuate pe parcursul elaborării prezentei teze de doctorat au fost valorificate până în prezent prin:

Conceperea a trei grupe de noi automate de presare la rece, hipocicloidale sferice ecuatoriale, premieră mondială absolută, într-un număr total de 75 de automate pentru fiecare dintre tipurile cu puncte generatoare dispuse „la interior” şi „la exterior” (33 automate pentru AHSe(2:1), 26 automate pentru AHSe(3:1) şi 16 automate pentru AHSe(3:2)), având un acelaşi principiu constructiv şi de funcţionare.

Conceperea unui automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial „combinat”, cu un satelit şi cu câte două puncte generatoare de traiectorie, dispuse atât „la interior”, cât şi „la exterior”, de tip AHSe(2:1)-(2e+2i)-(4e+4i), cu precizarea faptului că numărul unor astfel de automate posibil de realizat prin combinare este mult mai mare decât al automatelor de referinţă.

S-a identificat o semnificativă rezervă de creativitate referitoare la noi tipuri de automate de presare hipocicloidale sferice, având un acelaşi principiu constructiv şi de funcţionare. Acestea pot fi „ecuatoriale”, clasă de automate hipocicloidale asupra căreia prezenta teză de doctorat s-a concentrat exclusiv, dar şi „subecuatoriale” sau „supraecuatoriale” dacă acestea sunt însoţite de avantaje adecvate şi nu se identifică restricţii tehnologice.

Realizarea fizică a unui model funcţional de automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial, total concordant cu conceptul inovativ de automat hipocicloidal elaborat. Modelul funcţional este antrenat de la un mic motor electric, cu reglare continuă a turaţiei, dar poate fi antrenat şi manual. Modelul funcţional devine parte a dotării Universităţii Transilvania din Braşov, mai precis a Departamentului D05B, Inginerie Economică şi Sisteme de Producţie, pentru continuarea cercetărilor şi pentru uz didactic.

Înregistrarea la OSIM a două cereri de brevet de invenţie având ca subiect unele dintre automatele de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale concepute pe parcursul cercetărilor.


47

Redactarea unei a treia descriere de brevet de invenţie, referitoare la alte câteva automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale. Este regretabil că Universitatea Transilvania din Braşov şi-a declinat interesul de a promova în calitate de solicitant această cerere de brevet de invenţie. Publicarea în domeniul temei tezei a 12 comunicări şi articole ştiinţifice în reviste de specialitate din ţară şi în buletinele unor conferinţe ştiinţifice internaţionale organizate în ţară şi străinătate. Dintre cele 12 comunicări şi articole ştiinţifice 7 sunt indexate ISI, iar 5 sunt incluse în alte baze de date internaţionale. La 5 dintre lucrările publicate sunt unic autor (2 ISI şi 3 BDI), la 4 prim autor (2 ISI şi 2 BDI), iar la 3 am calitatea de coautor (3 ISI).

Publicarea în domenii ale cunoaşterii diferite de cel abordat în prezenta teză de doctorat a altor 3 lucrări ştiinţifice (1 ISI şi 2 BDI), în reviste de specialitate şi buletine ale unor conferinţe ştiinţifice internaţionale. La toate acestea am calitatea de coautor.

8.3. Direcţii de cercetare ulterioară

Pe parcursul cercetărilor s-au identificat trei direcţii importante de dezvoltare şi de continuare a acestora.

O primă direcţie de acţiune este extinderea documentării privind stadiul actual al practicii şi cunoaşterii referitor la automatele de presare şi presele mecanice automate, orientat în special către identificarea unor noi tipuri de astfel de maşini specializate şi speciale cu mecanism de transformare inclus în lanţul cinematic principal diferit de mecanismul manivelă-bielă-culisor.

O a doua direcţie de acţiune vizează extinderea studiilor de natură teoretică desfăşurate până în prezent. Sunt avute în vedere:

identificarea altor AHSe posibile, având k ∈ 5/2; 5/3; 7/3; 7/4; 7/5; 8/3; 8/5; 9/4; 9/5, la nivel de cod într-o primă etapă şi apoi detalierea schemelor cinematice;

continuarea acţiunii de brevetare pentru cât mai multe dintre AHSe menţionate mai sus, acordând prioritate celor cu performanţe superioare. Este de preferat ca brevetarea să se facă în beneficiul Universităţii Transilvania din Braşov, instituţia de învăţământ superior în cadrul căreia a fost iniţiată şi dezvoltată această cercetare;

găsirea de soluţii adecvate, cu capacitate de încărcare mare şi complet desmodrome, pentru cupla „punct generator – culisor” şi brevetarea lor;

stabilirea celor mai adecvate tipuri de danturi, posibil de realizat din punct de vedere tehnic, pentru roata conică plană şi roata satelit;

iniţierea unor cercetări privind oportunitatea utilizării de hipocicloide sferice uşor alungite ca traiectorii descrise de punctele generatoare, ca modalitate de optimizare a modului de funcţionare al unui AHSe. Se are în vedere similitudinea evidentă a AHSe cu AH plane nediametrale;

iniţierea şi, eventual, dezvoltarea de cercetări privind construcţia de AHS subecuatoriale, maşini la care roata centrală fixă nu mai este una conică plană, ci una cu unghi la vârf al danturii mare, dar mai mic de 180°, ceea ce elimină unele constrângeri de natură tehnologică referitoare la realizarea unor danturi curbe pe o astfel de roată;

elaborarea unor modele de calcul mai complexe, cu luarea în considerare a frecărilor din cuple şi a efectelor acestora, pe baza cărora se va putea dezvolta un algoritm de calcul riguros pentru astfel de maşini, în paralel cu modelarea randamentului;

iniţierea şi dezvoltarea unor studii de dinamica automatelor hipocicloidale sferice ecuatoriale, în scopul optimizării construcţiei acestor noi automate de presare dezvoltate inovativ.

Cea de-a treia direcţie de acţiune este de natură aplicativă şi vizează extinderea cercetării aplicative. Se impune realizarea unui model experimental de automat hipocicloidal sferic ecuatorial sau chiar a unui prototip. Aplicarea industrială a acestor noi automate de presare ar fi încununarea întregului ansamblu de cercetări efectuate.


48

8.4. Concluzii finale Un automat hipocicloidal sferic asigură antrenarea periodică şi temporară în mişcare de

translaţie a două sau mai multe culisoare de către un element care descrie o hipocicloidă sferică cu un număr de puncte de întoarcere egal cu numărul de culisoare antrenate. Prin solidarizarea cu un satelit al automatului a mai multor puncte generatoare, pe de o parte, şi/sau prin utilizarea unui mecanism planetar cu mai mulţi sateliţi, pe de altă parte, se asigură creşterea numărului de traiectorii descrise şi/sau creşterea numărului de antrenări în mişcare utilă a culisoarelor automatului, fapt ce conduce la o creştere importantă de productivitate a maşinii respective. Această creştere este însoţită, cel mai adesea, de scăderea timpului dintre două presări în acelaşi post de lucru, de creşterea momentului de torsiune rezistent instantaneu maxim la care este solicitat arborele principal, de creşterea energiei de presare consumată de maşină în unitatea de timp şi de creşterea numărului de lanţuri cinematice auxiliare de alimentare-evacuare.

S-a constatat că punctele generatoare de traiectorie pot fi amplasate faţă de roata satelit fie „la interior”, fie „la exterior”. Amplasarea „la exterior” a punctelor generatoare poate fi favorabilă în ceea ce priveşte accesul la acestea şi în mod cert determină o mărire a distanţei dintre două culisoare vecine.

S-au identificat şi enunţat reguli clare de dispunere a sateliţilor şi a punctelor generatoare, precum şi relaţii pentru determinarea numărului necesar de culisoare. Pentru ordonarea soluţiilor şi pentru facilitarea continuării cercetărilor s-a impus codificarea automatelor de presare hipocicloidale sferice. Codificarea a permis căutarea sistematică şi identificarea tuturor variantelor de AHSe, respectând unele restricţii de gabarit evidente. Identificarea posibilităţii de dispunere pe o roată-satelit a punctelor generatoare spre interiorul sau spre exteriorul automatului a determinat completarea adecvată a codului alfanumeric elaborat iniţial.

Codificarea şi reprezentarea grafică simbolică s-au dovedit instrumente foarte utile pentru organizarea cercetării şi pentru identificarea mulţimii variantelor de AHSe ce respectă anumite condiţii impuse.

Procesul de relevare a schemelor cinematice şi a soluţiilor constructive ale noilor automate de presare la rece ce fac obiectul tezei s-au desfăşurat în timp, în primele etape fiind în mare măsură intuitiv. Schemele cinematice identificate şi soluţiile constructive ale elementelor specifice sunt descrise detaliat în capitolul 4 al lucrării. Acestea s-au coagulat treptat în sensul formării unei noi clase de automate de presare, foarte omogenă, care conservă un acelaşi principiu constructiv şi de funcţionare. Succesul primelor demersuri creative a motivat şi susţinut orientarea cercetării către căutare sistematică, logico-determinată, a cât mai multor scheme cinematice de automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale având principiul constructiv şi de funcţionare similar cu cele deja identificate. Capitolul 4 al tezei, în foarte mare măsură original, conţine principalele contribuţii de natură teoretică aduse la domeniul studiat.

S-au pus în evidenţă şi unele performanţe ale AHSe, care permit analiza comparată din acest punct de vedere a diverselor tipuri şi variante de AHSe şi adoptarea celui mai favorabil.

Particularităţile constructive şi de funcţionare ale unui automat de presare hipocicloidal sferic (ecuatorial) impune, în ceea ce priveşte elementele şi subansamblurile specifice, o abordare particulară a dimensionării acestuia. La un AHS mecanismul planetar monomobil cu roţi dinţate conice este specific nu în sine, ci prin aceea că expresiile momentelor de torsiune MtAP, MtS şi MtRCF ce solicită arborele central (arbore principal al automatului), roata satelit şi roata centrală fixă sunt dependente de parametri tehnico-economici specifici unui automat de presare (FN, hN, vN, nAP) impuşi prin tema de proiectare. Pentru a determina expresiile momentelor de torsiune MtAP, MtS şi MtRCF s-a făcut apel la echilibrul de forţe şi momente ce solicită fiecare element al mecanismului planetar, pe baza unui model de solicitare statică. Această contribuţie de natură teoretică face subiectul capitolului 5, integral original.

Dimensionarea roţilor dinţate conice ale mecanismului planetar al unui AHS necesită o succesiune de iteraţii până la determinarea valorilor optime concordante cu caracteristicile


49

tehnico-economice impuse automatului. S-au pus în evidenţă şi s-au descris trei cazuri de abordare, dependente de grupul de parametri tehnico-economici impuşi. Fiecărui caz în parte îi corespunde o procedură de calcul caracteristică, ajutătoare fiind o schemă logică adecvată. Este cel recomandat a fi urmat cu prioritate cazul cel mai restrictiv, fiind cel care are cele mai bune şanse să conducă la o dimensionare optimă a automatului.

Noutatea şi originalitatea conceptului de automat de presare hipocicloidal sferic (ecuatorial), a premiselor acestuia şi a performanţelor anticipate necesită şi validarea practică. S-a urmărit confirmarea faptului că proiectarea şi modul estimat de funcţionare al unei astfel de maşini este unul corect. Exploatând performanţele calculatoarelor, în prezent se face adesea apel la studiul în mediul virtual a noilor concepte, ca primă modalitate de verificare şi de validare. Modelarea în mediul virtual permite o foarte bună vizualizare a construcţiei şi funcţionării sistemului studiat, identificarea erorilor de proiectare şi eliminarea lor, optimizarea proiectului, compararea mai multor soluţii constructive şi realizarea animaţiei funcţionării acestora.

Modelarea şi studiul în mediu virtual a unor modele de automate hipocicoidale sferice ecuatoriale face subiectul capitolului 6 al tezei, integral original. Modelele 3D virtuale au fost elaborate în mediul de proiectare ProEngineer Wildfire 2.0.

Pentru modelele virtuale de AHSe elaborate s-au reţinut doar elementele caracteristice definitorii. Ca urmare acestea sunt unele simplificate în raport cu automatele de presare hipocicloidale sferice de referinţă. Specifice unui AHSe sunt volantul, arborele principal, satelitul (sateliţii), piesele ce materializează punctele generatoare de hipocicloidă sferică, roata centrală fixă şi ansamblurile culisor. Modelele 3D elaborate conţin în mod minimal structura de rezistenţă a automatelor. S-au elaborat şi variante extrem de simplificate ale modelelor elaborate, care reţin doar punctele generatoare, cercul de bază, cercurile rulante şi hipocicloidele descrise de punctele generatoare. Elaborarea modelelor virtuale a presupus proiectarea tuturor componentelor acestora şi asamblarea lor. Dimensionarea modelelor s-a realizat în conformitate cu metodica specifică de calcul elaborată pentru AHSe. Modelele virtuale elaborate şi simularea funcţionării acestora au confirmat cu succes predicţiile privind construcţia, montajul şi funcţionarea automatelor de presare hipocicloidale sferice (ecuatoriale).

Prezentarea ansamblului de activităţi privind realizarea şi testarea unui model funcţional de automat hipocicloidal sferic ecuatorial fac obiectul capitolului 7, integral original.

Pentru modelul funcţional a fost elaborat proiectul tehnic în mai multe variante, fiind reţinută cea cu antrenare de la un mic motor electric cu reglare continuă a turaţiei. S-a urmărit realizarea unui model estetic şi simplu, care să pună în evidenţă elementele esenţiale şi caracteristice ale unui automat hipocicloidal sferic ecuatorial. Solicitarea modelului funcţional fiind redusă, elemente componente ale sale au putut fi realizate prin Rapid Prototyping, evitând astfel unele dificultăţi tehnologice întâlnite încercând a realiza modelul experimental. Au fost realizate astfel cele două roţi dinţate ale mecanismului planetar, dar şi axul roţii satelit şi „punctul generator”. Parte din activitatea de cercetare şi de realizare a modelului funcţional s-a desfăşurat la Institutul PRO-DD al Universităţii Transilvania din Braşov.

Construcţia modelului funcţional şi cercetarea desfăşurată asupra sa a vizat validarea soluţiilor constructive adoptate şi modului estimat de funcţionare al unui automat de presare hipocicloidal sferic ecuatorial. Cercetarea aplicativă asupra modelului funcţional a fost finalizată cu succes. Asamblarea modelului funcţional a decurs conform aşteptărilor. Modelul funcţional se comportă în deplin acord cu predicţiile enunţate. Repetitivitatea funcţionării modelului este sistematică. Modelul funcţional va intra în dotarea laboratorului de Maşini-unelte de prelucrat prin deformare al Departamentului de Inginerie Economică şi Sisteme de Producţie, ca material didactic, pentru demonstraţii privind funcţionarea AHSe şi pentru cercetări ulterioare.

Braşov, octombrie 2009 – noiembrie 2012


50

BIBLIOGRAFIE SELECTIV Ă

Belous, V., „Inventica”, Editura Gh. Asachi, ISBN 973-95650-0-X, Iaşi, 1992 Cioară, R., Tureac, I., „Despre o posibilă aplicaţie a cercurilor cardanice”, Sesiunea de

comunicări ştiinţifice “Concepţie, tehnologie şi managenent în construcţia de maşini”, vol. IV, p. 65-69, Iaşi, 22-23 mai 1992

Cioară, R., Tureac, I., „Analiza parametrilor cinematici ai unui mecanism generator de dreaptă diagonală”, Sesiunea de comunicări ştiinţifice “Concepţie, tehnologie şi managenent în construcţia de maşini”, vol. IV, p. 60-64, Iaşi, 22-23 mai 1992

Cioară, R., „Automat hipocicloidal multidiametral pentru presare la rece”, Buletinul celei de-a 4-a Conferinţe naţionale de tehnologii şi utilaje pentru prelucrarea prin deformare plastică la rece, vol. 2, p. IV/17 - IV/20, Bucureşti, 28-29 mai 1993

Cioară, R., „Automat hipocicloidal monodiametral pentru presare la rece. O nouă soluţie constructivă”, Buletinul celei de-a VII-a Conferinţă internaţională de inginerie managerială şi tehnologică TEHNO’95, vol. 10, p. 91-97, Timişoara, 1-2 iunie 1995

Cioară, R., Mărăscu-Klein, Vl., „Consideraţii asupra mecanismului cu bielă liberă”, A VII-a Conferinţă internaţională de inginerie managerială şi tehnologică, TEHNO’95, vol. 10, p. 99-105, Timişoara, 1-2 iunie 1995

Cioară, R., „Automat hipocicloidal bimonodiametral pentru presare la rece”, Deformări Plastice, ISSN 1222-605X, vol. 2 (1995), nr. 2(4), p.33-37, Sibiu, noiembrie 1995

Cioară, R., „Diametrical Hypocycloidal Automatic Machine-Tools”, A X-a Conferinţă Naţională de Maşini-Unelte, Bucureşti, 24-25 octombrie 1996, vol. TCMM, nr. 19, p. 130-135, ISBN 973-31-0950-9, ISBN 973-31-0949-5

Cioară, R., „Diametral Hypocycloidal Automatic Machine-Tools for Cold Forming - a new Application of Planetary Gears”, The seventh IFToMM International Sympozium on Linkages and Computer Aided Design Methods – Theory and Practice of Mechanismus, SYROM ’97, TCMM nr. 29, p. 147-152, ISBN 973-31-1091-4, Bucharest, Romania, 26-30 August 1997

Cioară, R., „Contribuţii teoretice şi experimentale privind cinematica, dinamica şi construcţia unui mecanism executor principal cu traiectorie hipocicloidală utilizat la automatele de presare de mare productivitate”, Teză de doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, Braşov, 1998

Cioară, R., Cioară, S., Cioară, Rx., „Procedeu, sculă şi maşină de expandat tablă”, Brevet RO 112094 C, 1998

Cioară, R., „Automatele hipocicloidale – un concept original românesc”, Buletinul AGIR (Creativitate, Inventică, Robotică), anul IV, ISSN 1224-7928, nr. 2, p. 32-35, aprilie-iunie 1999

Cioară, R., „Automate hipocicloidale de tip AH3X”, Buletinul sesiunii de comunicări ştiinţifice “Tehnologii şi produse noi în construcţia de maşini TEHNOMUS X”, ISBN 973-9408-27-3, vol. IV, p. 211-214, Suceava, 28-29 mai 1999

Cioară, R., „Teoria, cercetarea şi practica automatelor hipocicloidale – un exemplu de demers euristic planificat”, RECENT, ISSN 1582-0246, vol. 1(2000), nr. 1, p. 28-33, Braşov, martie 2000

Cioară, R., „AH5X hipocycloidal automatic machines”, International Conference on Manufacturing Systems ICMaS 2000, vol. TCMM, nr. 40, ISBN 973-31-1492-8, 973-31-1493-6, p. 203-208, Bucureşti, 2000

Cioară, R., Cioară, Rx., „AH8X Hypocycloidal Automatic Machines – a Subclass of an Unconventional Machine-Tools for Cold Forming”, Conferinţa Internaţională de Tehnologii Neconvenţionale CITN 2001, ISBN 973-8184-84-3, p. 84-87, Timişoara, 24-25 mai 2001

Cioară, Rx., Cioară, R., Mărăscu-Klein, Vl., „Hydraulic Actuated Automatic Sheet-Metal Expanding Machine”, Annals of MTeM for 2001 & Proceedings of 5th International MTeM


51

Symposium, ISBN 973-85354-1-7, p. 127-130, Technical University of Cluj-Napoca, 4th-6th October 2001

Cioară, R., Cioară, Rx., „AH9X Hypocycloidal Automatic Machines”, Annals of MTeM for 2001 & Proceedings of 5th International MTeM Symposium, ISBN 973-85354-1-7, p. 135-138, Technical University of Cluj-Napoca, 4th-6th October 2001

Cioară, R., Cioară, Rx., „Inverse AH9X Hypocycloidal Automatic Machines”, Proceedings of International Conference on Economic and Manufacturing Systems ICEMS 2001, ISBN 973-8124-69-7, Brasov, 22-23 november 2001

Cioară, R., „O introsopecţie asupra euristicii genezei automatelor hipocicloidale”, Conferinţa internaţională TMCR 2003, vol. 1, ISBN 9975-9748-0-5, ISBN 9975-9748-1-3, p. 399-402, Chişinău, Republica Moldova, 29 mai – 1 iunie 2003

Cioară, R., „Diametral Hypocycloidal Automatic Machine Tools for Cold Forming. A Sintesis of Types and Constructive Variants”, 3rd International Conference "Research and Development in Mechanical Industry" RaDMI 2003, ISBN-86-83803-06-6, p. 132-135, Herceg Novia, Serbia and Montenegro, 19-23 September 2003

Cioară, R., „Automat pentru presare la rece”, Brevet RO 116361 B, 2005 Cioară, R., „Cuplaje şi frâne pentru maşini-unelte de prelucrat prin deformare. Calcul,

proiectare, construcţie”, Editura Matrix Rom, ISBN 973-685-857-X, Bucureşti, 2005 Cioară, R., „Consideraţii privind structura şi modurile de legare a lanţurilor cinematice

principale ale maşinilor-unelte de prelucrat prin deformare / Considerations concerning structure and connections of the main linkages of cold forming machine-tools”, RECENT, ISSN 1582-0246, vol. 9(2008), nr. 3(24), p. 7-18, Braşov, noiembrie 2008

Cioară, R., Răceu, A., „Automat de presare, hipocicloidal sferic, ecuatorial”, Cerere de brevet de invenţie RO A_01397_2010 din 23.12.2010

Cioară, R., Răceu, R., Pöllner, C., „Spatial hypocycloid automatic machine for cold forming. Concept and structure”, Proceedings of the 14th International Conference on Conference Modern Technologies, Quality and Inovation, ModTech 2010, ISSN 2066-3919, p. 191-194, Slănic Moldova, 20-22 mai 2010

Drăghici, I., ş.a., „Îndrumar de proiectare în construcţia de maşini”, vol. II, Editura Tehnică, Bucureşti, 1982

Geamăn, V., Neagu, A., „Mecanism de lucru tip “inel de presiune” utilizat în construcţia maxipreselor”, Construcţia de maşini, Vol. 44 (1992), nr. 9, p. 63-65

Jula, A., ş.a., „Proiectarea angrenajelor evolventice”, Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1989 Miloiu, Gh., Dudiţă, Fl., Diaconescu, D.V., „Transmisii mecanice moderne”, Editura Tehnică,

Bucureşti, 1980 Murgulescu, Elena, ş.a., „Geometrie analitică ş i diferenţială”, Editura Didactică şi Pedagogică,

Bucureşti, 1970 Răceu, R., Pöllner, C., „Despre parametrii cinematici ai unui automat hipocicloidal spaţial

pentru deformare plastică la rece (About kinematic parameters of the spatial hypocycloidal automatic machine for cold forming)”, RECENT, ISSN 1582-0246, vol. 11(2010), nr. 3(30), p. 223-230, Braşov, noiembrie 2010

Răceu, R., Cioară, R., „Automat de presare, hipocicloidal sferic, ecuatorial”, Cerere de brevet de invenţie RO A/00328 din 8.04.2011

Răceu, R., „About multitude of equatorial spherical hypocycloid automatic machine”, Proceedings of the 16th International Conference on Conference Modern Technologies, Quality and Inovation, ModTech 2012, ISSN 2066-6736, vol. II, p. 885-888, Sinaia, 24-26 mai 2012

Răceu, R., Pöllner, C., „New equatorial spherical hypocycloid automatic machine with more satellites”, Proceedings of the 16th International Conference on Conference Modern


52

Technologies, Quality and Inovation, ModTech 2012, ISSN 2066-6736, vol. II, p. 817-820, Sinaia, 24-26 mai 2012

Ripianu, A., Crăciun, I., „Osii, arbori drepţi şi arbori cotiţi”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1977 Sauer, L., ş.a., „Angrenaje”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1970Svistunov, V.E., „Rezultatî

matematiceskie modelirovanie crivoşipnîh pressov s kompaktnîi ispolnitelnîi mehanizm”, Kuznecino-ştampovocinoe proizdvostvo, nr. 10, p. 24-28, 1986

Tabără, V., Tureac, I., „Maşini pentru prelucrări prin deformare”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1984

Tureac, I. ş.a., „Exploatarea, întreţinerea şi repararea utilajelor de presare la rece”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1984

Tureac, I., ş.a., „Studiu şi temă complexă de proiectare pentru modernizarea familiei maşinilor automate de presare la rece”, Contract de cercetare nr. 64/1989

Tureac, I., ş.a., „Cercetări asupra capacităţii de producţie a unor automate pentru presarea la rece a bilelor de rulmenţi”, Buletinul celui de-al doilea Simpozion naţional de maşini-unelte RECEM’89, vol I, p. 91-98, Braşov, 7-8 decembrie 1989

Tureac, I., ş.a., „Sustainable development in the field of cold forming”, Buletinul Conferinţei internaţionale CoSME’04, ISBN 973-635-372-9, p. 215-216, Braşov, 16-18 septembrie 2004

Vasu, T., Bularda, Gh., „Transmisii planetare cu roţi dinţate”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1970 Vialov, N.N., „Pressî s krugovîm ispolnitelinîm mehanizmom serii K27”, Kuznecino-ştampovocinoe proizvodstvo, nr. 4, p. 5-6, 1981

http://www.google.com/patents/ http://www.osim.ro/bazedate/ http://www.uspto.gov/patents/ http://www.wipo.int/ * * *, „ Manualul inginerului mecanic”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1976


53

Cercetări inovative privind dezvoltarea unor noi automate de presare la rece

Scurt rezumat Tema tezei este o continuare firească a unei teze de doctorat elaborată în cadrul

Universităţii Transilvania din Braşov, activitate în decursul căreia s-a enunţat posibilitatea de a utiliza anumite mecanisme planetare spaţiale pentru construcţia de automate (hipo- sau epi-) cicloidale, rămasă într-un stadiu incipient de detaliere. Tema a fost atent analizată din punct de vedere al posibilităţilor de dezvoltare, de realizare şi de aplicare practică. S-a identificat potenţialul ei inovativ, fiind remarcată rezerva de creativitate deosebit de largă, cu semnificative posibilităţi de brevetare. Obiectivele întrevăzute iniţial au fost dezvoltate, detaliate şi completate pe parcursul cercetărilor.

Obiectivele tezei sunt îndeplinite integral. S-a enunţat justificat un obiectiv principal şi un număr de obiective conexe, s-a realizat o documentare şi o sinteză bibliografică adecvată, s-au conceput optsprezece automate de presare hipocicloidale sferice ecuatoriale având un acelaşi principiu constructiv şi funcţional, s-au identificat explicit alte 57 astfel de maşini, foarte multe altele fiind relativ uşor de relevat prin codul propus pentru această clasă de automate de presare, s-a elaborat şi utilizat un model de dimensionare pentru elementele specifice ale acestor maşini, s-a realizat şi testat cu succes un model funcţional, care se constituie ca aport la baza materială pentru cercetare şi activităţi didactice, s-au redactat şi publicat 12 lucrări ştiinţifice în domeniul tezei, s-au elaborat documentaţiile necesare pentru trei cereri de brevet de invenţie, două fiind deja înregistrate la OSIM, având ca solicitant Instituţia Organizatoare de Studii Universitare de Doctorat în cadrul căreia am desfăşurat cercetarea, Universitatea Transilvania din Braşov, s-au identificat noi direcţii de cercetare ulterioare.

Innovative Research and Development of New Automatic Presses Brief Summary

The thesis is a natural extension of a doctoral thesis developed at the Transilvania

University of Brasov, activity during which it has been enounciated the possibility of using certain spatial planetary gears for contruction of automatic (hypo- or epi-) cycloids, remaining in an early stage of detail. The subject has been carefully analyzed in terms of development, implementation and practicability opportunities. It has been identified its innovative potential, with a very large creativity reserve and significant patenting opportunities. The originally envisioned goals have been developed, detailed and completed during the research.

The objectives of the thesis have been fully met. A primary goal and a number of related objectives have been justly set, an adequate bibliographic documentation and synthesis has been done, eighteen automatic equatorial spherical hypocycloid presses have been designed, having the same constructive and operational principle, other 57 of such machines have been explicitly identified, many others can be relatively easily revealed by using the proposed code for this class of automatic presses, a dimensional model for the specific elements of these machines has been developed and used, an operational model, a contribution to research and teaching activities, has been built and successfully tested, 12 thesis-related scientific papers have been written and published, the necessary documentation for three patent applications has been prepared, two of them being already registered at OSIM, having as applicant the Institution for Organizing Doctoral Studies, where I have conducted my research, Transilvania University of Brasov, new directions for further research have been identified.


54

Curriculum vitae

Informa ţii personale

Nume / Prenume RĂCEU Răzvan-Alexandru

Data naşterii 26 februarie 1982

Naţionalitate română

Adresă str. Eroilor, nr. 12, oraş: Râşnov, jud: Braşov

Telefon mobil 074496187

E-mail [email protected]

Experienţă profesională

23.01.2009-Prezent inginer proiectant la “S.C. Eldon S.R.L”

01.10.2009- Prezent Universitatea ”Transilvania” din Braşov, doctorand cu frecvenţă în domeniul inginerie industrială

28.02.2011-30.09.2011 Cadru didactic asociat la Universitatea “Transilvania” din Braşov

23.06.2008-23.12.2008 inginer proiectant la “Ina Schaeffler’’

Publicaţii 15 lucrări ştiinţifice publicate şi diseminate în cadrul conferinţelor de profil după cum urmează: 5 lucrări ştiinţifice publicate ca unic autor; 4 lucrări ştiinţifice publicate în calitate de prim autor; 6 lucrări ştiinţifice publicate în calitate de coautor. Dintre aceste lucrări: 9 sunt indexate ISI; 6 sunt recunoscute CNCSIS clasa B/B+.

Cereri de brevet de invenţie

A/01397/ 23.12.2010 Automat de presare, hipocicloidal sferic, ecuatorial A/00328/ 8.04.2011 Automat de presare, hipocicloidal sferic, ecuatorial

Educaţie şi formare

01.10.2009 - 30.09.2012 Universitatea “Transilvania” din Braşov, doctorand cu frecvenţă în domeniul inginerie industrială, Titlul tezei de doctorat “Cercetări inovative privind dezvoltarea unor noi automate de presare la rece”

01.10.2008 - 30.06.2010 Universitatea “Transilvania” din Braşov, Master la Facultatea de Inginerie Tehnologică, Specializarea: Managementul Sistemelor de Producţie

01.10.2003 -13.06.2008 Universitatea “Transilvania” din Braşov, Departamentul pentru Pregătirea Personalului Didactic

01.10.2003 - 30.06.2008 Universitatea “Transilvania” din Braşov, Facultatea de Inginerie Tehnologică, Specializarea: Maşini şi Sisteme de Producţie

Colegiul Naţional Economic „Andrei Bârseanu“ Braşov, Postliceal Specializarea: Funcţionar bancar

15.09.1999 – 14.07.2000 Grup Şcolar Industrial Râşnov Braşov; Secţia: Matematică - Fizică

Aptitudini şi competenţe personale

Soft-uri CAD: AutoCad 2007, Pro Engineer (ProE WF2), Catia (V5R16), Solid Works Baza de date: cunoştinţe de Sap, Movex, Radan. Cunoştinţe de operare în Microsoft Office; cunoştinţe navigare Internet

Limbi str ăine cunoscute Germană intermediar Engleză începător


55

Curriculum vitae

Personal information

First name / Surname Răzvan-Alexandru RĂCEU

Date of birth 26th February 1982

Nationality Romanian

Address str. Eroilor, nr. 12, oraş: Râşnov, jud: Braşov

Mobile phone 074496187

E-mail [email protected]

Work experience

23.01.2009-Present Design engineer at “S.C. Eldon S.R.L”

01.10.2009- Present "Transilvania” University of Braşov, PhD student in Industrial Engineering

28.02.2011-30.09.2011 "Transilvania” University of Braşov, Associate professor

23.06.2008-23.12.2008 Design engineer at “Ina Schaeffler’’

Publications 15 scientific papers published and disseminated at conferences in the field as follows: 5 scientific papers published as sole author, 4 scientific papers as first author, 6 papers published as coauthor. Of these works 9 are classified as ISI and 6 as CNCSIS class B / B +.

Patent applications A/01397/ 23.12.2010 Automatic press, equatorial spherical hypocycloid A/00328/ 8.04.2011 Automatic press, equatorial spherical hypocycloid

Education and training

01.10.2009 - 30.09.2012 "Transilvania” University of Braşov, PhD in Industrial Engineering, Title of the PhD thesis “ Innovative Research and Development of New Vulcanizing Presses”

01.10.2008 - 30.06.2010 "Transilvania” University of Braşov, Master studies at the Faculty of Technological Engineering, Specialization: Management of Production Systems

01.10.2003 -13.06.2008 "Transilvania” University of Braşov, Department for Training of Academic Staff

01.10.2003 - 30.06.2008 "Transilvania” University of Braşov, Faculty of Technological Engineering, Specialization: Machines and Production Systems

National Economics College „Andrei Bârseanu“ Braşov, Post-highschool, Specialization: Bank clerk

15.09.1999 – 14.07.2000 Industrial Highschool Râşnov Braşov; Department: Mathematics - Physics

Personal skills and competences

CAD software: AutoCad 2007, Pro Engineer (ProE WF2), Catia (V5R16), Solid Works Databases: Sap, Movex, Radan. Microsoft Office; Internet browsing

Foreign Languages German moderate English beginner

Num Universitatea Transilvania din Bra …old.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...

Documents

Transcript of Num Universitatea Transilvania din Bra …old.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...