OM_AR_I_02_(Filete)-2014

1

Cap. 2. ORGANE DE MASINI FILETATE

FILETUL Canal realizat prin deplasarea unui PROFIL GENERATOR de-a lungul unei ELICE DIRECTOARE infasurata pe un CILINDRU interior sau exterior ori (mult mai rar) pe un CON sau TRUNCHI DE CON (interior /exterior)

elice

Analogie cu PLANUL INCLINAT

d1(d3)

p

1

d1(d3)

d2 d2

2 1

elice directoare

cilindru director

profil generator

Stift filetat

Capac transparent filetat

Surub cu ochiSurub

OM-I Cap 2. OM filetateFeb. 2014 -- T.Cicone 1/48

1. Componente dedicate – șuruburi, prezoane, știfturi filetate, piulițe

2. Componente speciale filetate – capace, roti, arbori, carcase, etc

d2d

d2 d2

d

Intinzator

Micrometru

APLICATIILE FILETULUI

Menghina pentru tevi Cric cu piulita rotitoare


2

• Amplificarea fortei

(Exercitarea/transmiterea fortelor)

• Reglarea pozitiei relative

•Fixare/asamblare

•Etansare

•Tensionare

FUNCTIILE FILETULUI (i)

• Masurarea lungimilor

• Transformarea miscarii de translatie in rotatie (sau invers)

Filet de miscareMecanism cu autoblocare (autofranare)

Filet de fixare

•Ridicare


INFO

WWW.BOLTSCIENCE.COM

Boeing 747 foloseste ~ 2.5 milioane de suruburi si nituri

– 70,000 suruburi de Titan valoare: $150,000

– 400,000 alte asamblari valoare: $250,000

– 30,000 nituri $0.50 instalarea fiecaruia

Surub

The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again.

FUNCTIILE FILETULUI (ii)

B – Surub de miscare

Transforma miscarea de

rotatie a surubului sau a

piulitei in miscare de

A – Surub de fixare

Strangere/ Asamblare / Intindere

F

Piulita

Saiba Grower

Piesele stranse

piulitei, in miscare de

translatie de-a lungul axei

de simetrie comune.

Denumiri alternative

Surub de avans

Surub de translatie

Actuator liniar


• Surub rotitor – Piulita translatie

• Piulita rotitoare – Surub de translatie

• Piulita rotitoare – Piulita translatie

• ? – ?

Actuator liniar

Element de asigurare a strangerii - indispensabil

3

PROFILE DE FILETtriunghi

Inch Gaz (inch) V (inch) Metric ISOInch Gaz (inch) V (inch) Metric - ISO

Patrat Trapezoidal Fierastrau Rotund


Suruburi de miscare

trapezpatrat

Concentrator de eforturi redus

arc de cerc

Incarcare uni-directionala

Pas, p

Diametru mediu, d2

Diametru exterior NOMINAL, d

Filetul metric – dimensiuni principale

d2=D2

filet interior

Axa de simetrie

Diametru interior, d1(d3 )

filet exterior

Pas, p H/8 p

piulita


H2=H1-H/16=0.487p

H/4

60

H/16

H

H/2D

axa de simetrie comuna

d2=D2 D1

H/6 d d1

H2 H1=5H/8=0.541p

H=0.866p

H1

surub

piulita

d p

Tip Alte detalii•Sens•Clasa de tolerante•Numarul de inceputuri

SPECIFICATIE

M 40 1.5 LH

4

• 1, 2 sau 3 (rar) inceputuri

Numarul de inceputuri• Filet dreapta

• Filet stanga

Sensul filetului• Normal

• Fin

• Extra-fin

Pasul

Clasificarea filetelor

capat de spira p

capat de spira p


(a) 1 inceput – filet dreapta

2

(b) 2 inceputuri – filet stanga

2capat de spira

Pas aparent - p Pas (avans),

www.youtube.com/watch?v=Gdvtw0pTAOs

Cap

parte

RacordareDiametrul corpului surubului - d0 usual acelasi cu diamterul

d0 < d d0 > d

Elementele constructive ale suruburilor

nefiletata

Iesirea (degajarea)

filetului

Inclinare elice,

Diametru

nominal

Pas, p Filet

Corp

Zona filetata: tip d p detalii

Surub elastic Surub cu umar Surub de pasuire


Diametru exterior, d

Diametru interior, d1 (d3) Varf

Zona filetata: tip, d, p, detalii

Corp: tip, lungime, (d0)

Cap & varf – forma

5

lungime de insurubare

saiba

joc

lungime surub

lungime surub

Tipuri de asamblari filetate

(a) Surub (b) Surub + piulita

insurubare

joc

jocjoc

surub


(c) prezon (d) bara filetata + 2 piulite

lungime de insurubare

Tronconic Tronconic i i

Semirotund t t

Elementele constructive ale suruburilor

Pentru tabla

Suruburi autofiletante

semi-inecat crestat

semi-inecat crestat

Hex interior

Hexagonal Hexagonal cu guler

Patrat

crestat

Bombat si gat

Pentru lemn (Holtz-surub)


Conic Plat Oval Cilindric Cupa

www.youtube.com/watch?v=R3w2XWOwYS8

6

Forme constructive de piulite


Plata Saiba de siguranta cu dinti

exteriori Saiba Grower

Forme constructive de saibe

Saiba de siguranta cu dinti

interiori Saiba conica (Belleville)

Saiba de siguranta cu dinti frontali


7

A. Suruburi de miscare Filet trapezoidal, ferestrau sau patrat

B. Suruburi de fixare Filet metric - M

OTEL/ Fonta, bronz, aliaje neferoaseCuplu de materiale DUR/ MOALE –pentru a reduce uzura si a evita griparea la viteze mari

Materiale

Aplicatii normale - otel carbon cu continut redus sau mediu

M40 15 6 8 SURUB

Aplicatii importante - otel aliat cu Mo, Ti, Ni-Cr

Aplicatii speciale - bronz, mat. plastice de inalta rezistenta

SPECIFICATII MATERIAL

Surub

Piulita Otel fosforos, otel aliat, mat. plastice


M40 15 - 6.8 SURUB

c = min 68 10MPa

M40 - 6 PIULITA

r = min 6100MPa

• Filet interior

TAROD

Tehnologie (i)

• Filet exterior

Gaurire Alezare Tesire Filetare

d diametrul

ddiametrul nominal tesire

www.youtube.com/watch?v=olC9xyHheDU

www.youtube.com/watch?v=pHglNxFQw-gwww.youtube.com/watch?v=YSlFHav2fFg&feature=related


Tarod conicL

d0

60

interior (minim)

adancimea de gaurire

d nominal c45

y p g g

www.youtube.com/watch?v=kidWBeyOMA0&feature=related

8

Tehnologie (ii)

• Frezare

Freza

PiesaCutit

Piesa

Aschii• StrunjireCutit

Deformare plastica sau Aschiere pentru o mai buna aranjare a fibrei materialului ?

• Roluire = deformare plastica la rece

Rola

http://www.youtube.com/watch?v=YSlFHav2fFg&feature=related


RolaPiesa

0 FNFT f

Fortele si momentele din cupla filetata (i)

p

1

d (d )

2 1

elice directoare

cilindru

profil generator

Frecare – model Coulomb

Echilibru static

b) spira desfasurata

2

TF

T

F

)tan(NFf

0cossin

0sincos

22

22

FNT

FNT

d1(d3)

d2d

d1(d3)

d2 d2

d

cilindru director

22tan

d

p


c) strangere (insurubare)

a) detaliu al unei spire patrate si o parte a piulitei

d2

d1

d

N

Ff

F

N

T

2

2

2tanFT

Deplasarea sarcinii F

Frecarea dintre spire

9

Desfacere (desurubare)

Fortele si momentele din cupla filetata (ii)

G li tFT

2tan' FT

2Conditia de autofranare 0'TFf

F

N

T'2

2

N N*

/2

2cos*

N

NFf

2cos*

**tan

Corectia pentru filetul metric (flanc inclinat cu unghiul )

Generalizare 2tanFT

*2

Conditia de autofranare

N


2cos

*2tan FT

*2

221 tan

22

dF

dTM t

Momentul de strangere (+) desfacere (-)

2

F

p=const.

2) Momentul de frecare piulita/suprafata de asezare

a) Suprafata inelara (presiune de contact constanta)

30

32

d2DSF

rrprMS

(i)

Fortele si momentele din cupla filetata (iii)

S

Do

F

r

F

b) Suprafata circulara (presiune de contact constanta)

20

22

2 3d2

0DS

rrprM c

D

ct (i)

mct FRM 2 40DS

Rm

(ii)

OM-I Cap 2. OM filetateFeb. 2014 -- T.Cicone

drF

d0d0 3

d2 02

0

2

0 dFrrprM c

d

ct

18/48

10

awtot SLKFM dLw 1512 dK 20.015.0

FKFRd

FMMM mctttot *2

221 tan

2Momentul total (la cheie)

Concluzii

aSF )10060( Filetul este un puternic amplificator de forta (a)

(b) Forta rezultata in surub nu poate fi cunoscuta cu exactitate

awtot

Lw

S

w


Sa

M101.5

Corelatia Moment la cheie – Forta din surub

cmctot FKFRd

FM *2

2 tan2

Mt123Nm


F 19 kN ! F 46 kN !

11

Eficienta momentului total la cheie


pFLu Lucru mecanic util

toti ML 2Lucru mecanic consumati

u

L

L

t1i ML 2

Frecarea pe guler neglijata

Randamentul cuplei filetate

*2

2

2 tan

tan

Td

pF

4241max2

622


622 uzual

12

*2

2

2 tan

tan

Td

F

Solutii de crestere a randamentul cuplei filetate (i)

(ii) Surub hidrostatic(i) Mai multe inceputuri


22tan

d

Pentru acelasi pas, p, 2 creste Coeficient de frecare extrem

de redus 0.001

(iii) Suruburi cu bile

Solutii de crestere a randamentul cuplei filetate (ii)

http://www.youtube.com/watch?v=kl6qNn9-nkk

92.0...85.0

Surub cu bile cu doua circuite


13

Solutii de crestere a randamentul cuplei filetate (iii)

Randamentul suruburilor cu bile si role

(iv) Suruburi cu role (Planetary roller screw)


Wikipediahttp://www.youtube.com/watch?v=oMd7Lqian48

http://www.youtube.com/watch?v=iPkoGug-oC0

http://www.youtube.com/watch?v=_9rtQ91PQNw

F=0F00

s

F0 F00

F=0 F0=0

Suruburi prestranse supuse la sarcini exterioare

p

f

F0

F

F0


b) c) a)

2. Forta exterioara, F

1. Prestrangere cu F0

14

Rigiditatea surubului

RIGIDITATEAEAk

1

i ii

i

i is/f AEkk

11RIGIDITATEAECHIVALENTA

RIGIDITATEASURUBULUI

“O”-ring garnitura " l "

1

2

d0

d

RIGIDITATEA PIESELOR STRANSE (FLANSE)

i iii is/fC V N

21

111

kkk f

garngarnf kkkkk

11111

21


"moale"

20

222

1 4411

ddEks

F=24 kNDi=17 mmDo=20 mm

p =275 MPa

Simulare cu EF

Rigiditatea asamblarii – Modelare cu elemente finite

pm 275 MPapmax=347 MPa

Model simplificat


60

15

s

0s k

F

f

0f k

F F )tan( ssk )tan( ffk

Diagrama elastica a asamblarii - Prestrangerea

Intinderea surubului

sf

Comprimarea pieselor stranse

F0

Intindere f


sf

Comprimare

F0 F00

F

F

Forta suplimentara din surub

F=0F00

f

s

F0

F=0F0=0

F

Diagrama elastica a asamblarii – Forta exterioara

c)

F0Forta de strangere reziduala

F

F0

s

FtForta totala din surub

F0 Reducerea fortei de strangere

Fz

f

p

b)

f 0

a)


fs

z

k

F

k

F 0 0FFF z

s

zt FFF 0 000 FFF

f

f

16

Forta totala din surubfs

szt kk

kFFFFF

00

fs

sz kk

kFF

Forta suplimentara din surub

k

Diagrama elastica a asamblarii – Analiza fortelor

In anumite aplicatii

(suruburi de biela, de ex.),

surubul se strange cat se

poate de mult; daca nu se

fs

f

kk

kFFFFF

0000Forta de strangere reziduala

fs

f

kk

kFF

0Reducerea fortei de strangere

sk

1

Obiective

rupe la strangere, aproape

sigur nu se va rupe in

functionare


0Ff

sfs

f

kkkk

k

1

1Forta reziduala de strangere cat mai mare

tFForta din surub cat mai mica

s

ffsk

kkk

1

CONTRADICTIE

*F

Diagrama elastica a asamblarii – Analiza fortelor

F0

F

F

F0

Ft

F0

F*t

F0


s

17

Suruburi prestranse – Sarcini variabile

F

F

Fz

F

Surub elastic de la capul bielei

Surub elasticizat /

Umar de centrare


0F

s f

Ft

F0

F

0F

Surub elastic

Piese stranse rigide

• masurarea momentului total la cheie; (cheie dinamometrica)

• masurarea intinderii (alungirii) surubului

• controlul rotatiei piulitei

ili b il li i d ( d )

Asamblari prestranse – Controlul prestrangerii

Saiba indicatoare de sarcina

• utilizarea suruburilor limitatoare de moment (Torque-Limited Fasteners )

• utilizarea saibelor indicatoare de sarcina (Load-Indicating Washers)

Surub limitator de moment


saibe plate

inel interior inel exterior

18

Distrugerea corpului (in zona nefiletate sau in zona filetata)

Concentratori de eforturi

Concentratori de efort

65% 15% 20%

Moduri de distrugere

mediu

realwww.fractureinvestigations.com

OM-I Cap 2. OM filetateFeb. 2014 -- T.Cicone

Forfecarea spirelor

Uzarea flancurilor

Deformarea plastica a spirelor

35/48

Distrugerea filetului

www.boltscience.com

Moduri de distrugere - Defomarea plastica surub de menghina


19

Ipoteza Forta din surub uniform distribuita pe fiecare spira zFP /P=F/z F/z

Calculul filetului – Solicitarea de contact

NUMAI PENTRU SURUBURI DE MISCARE

d2 (D2)

piulita

surub

d

d1(d3)d1(d3)

D1

a

H1

1. Solicitarea de contact

Suprafata de contact –

plana & inelara

d2

h

h/2


D4

d a

akk Hd

zF

Dd

zF

1221

2

/

4

/

mobil 305

fix 8030

MPa

MPaak

h

ddF

)3(12

Surub

2. Incovoiere Ipoteza: bara incastrata F/z

b

P=F/z

Calculul filetului - Incovoiere si forfecare

NUMAI PENTRU SURUBURI DE MISCARE

g

aii gd

z

6

22

)3(1

aii gD

DDzF

6

22

4

24

Piulita

d2

h

h/2

d2 (D2)

piulita

surub

D4

d

d1(d3)d1(d3)

D1

a

H1


3. Forfecare

aff gD

zF

1

/Piulitaaff gd

zF

)3(1

/ Surub

atfie 22 4Efortul combinat

20

piulitasurub

Piulita elasticaRepartitia uniforma a sarcinii pe spire CRITICABILA

Repartitia sarcinii pe spirele in contact

Distributa fortei pe 6 spire in contact Piulita

piese stranse

Linii de flux al fortei

48%

F

Piese stranse

Fwww.fastenal.com


30%

20%Numarul maxim de spire in contact z=max 10

Piulita

Calculul spirei filetului

NUMAI PENTRU SURUBURI DE FIXARE

La suruburile de fixare se calculeaza doar eforturile din corp, toate celelalte elemente fiind standardizate

Suruburi d

m

Numarul maxim de spire in contact z=max 10

Lungimea de insurubare = max (1…2) d

dp 2.01.0

Dimensiunile filetului si ale capului surubului rezulta din conditia de egala rezistenta cu corpul surubului.


Din conditia de egala rezistenta dm 8.0 m

D0dD 7.10

Piulita si capul surubului

21

A. Incarcare axiale

Sectiunea critica – zona filetata cu diametrul interior

1. Tractiune/Compresiune

Calculul corpului surubului - - incarcare statica

65% 15%

real

20%

p

catct

d

F,

2)3(1

,

4

3)3(1

1

16d

Mt

2. Torsiune

d1

F

F Mt

mediu

Piulita rotitoare


)(16

ate 22 4

Efort combinatd

F

0F F

Ft

Fz

F 0FFmin zmax FFF 0

F F

Tractiune – ciclu pulsator

Calculul corpului surubului - - incarcare variabila

0F s m

F0 20

zm

FFF

2z

vF

F

2)3(1

4

d

Fmm

2

)3(1

4

d

Fvv

3

16

d

Mtm 0v

Momentul de torsiune este CONSTANT !

mvKc

1cc


3)3(1d 0v

c

1m

22

cc

ccce

22

A. Incarcare statica Momentul total Mtot necunsocut - estimat prin

F4

Dimensionarea suruburilor

cat1(3)

Fd

,

4

5.12.1 Valoare uzuala

B. Incarcare variabila (dinamica)

48.06.0

21d

F c0


4

A) Montaj cu joc B) Montaj ajustat (surub de pasuire)

Suruburi solicitate prin forte transversale

d02

1

F

T

T

T

T

k


min0k d

T

1. Solicitare de contact

20

f d

T

4

2. Solicitare de forfecare

T

F

23

Componente utilizate: piulite, saibe sau alte elementePrincipii de realizare

(A) Prin forta (frecare) La aceste solutii se exercitaforte suplimentare in asamblare –piulita-contrapiulita, saibe elastice (Grower, etc), piulita

Solutii de asigurare impotriva autodesfacerii (i)

p , ( , ), pcu insertie, etc.

(B) Prin forma. La aceste solutii NU se exercitaforte suplimentare. In schimb se folosescdiferite aranjamente ale formei pieselor pentru a impiedica rotirea - piulita crenelata + splint, etc.

Piulita crenelata

Saiba Grower


Castle nut

http://www.boltscience.com/pages/junkertestvideo.htm

Piulita eliptica sau poligonala

(b) (c) (d) (a)

Piulita sectionata Spire deformateAdeziv

Solutii de asigurare impotriva autodesfacerii (ii)

(e) (f)

Piulita cu pastila de Nylon

Piulita cu stift

Piulita elasticaPiulita & contra piulita Piulita elasticaPiulita & saiba crenelata


(g) (h) (i) (j) (k)

www.youtube.com/watch?v=4u0lz784_0Y&feature=related

www.youtube.com/watch?v=tZCcTBZuBM4&feature=related

www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=mgwmuZuJ02I

www.youtube.com/watch?v=cDlmbMV9ICU

www.youtube.com/watch?v=W0pkb6oIUAw

www.youtube.com/watch?v=y4Oii1x3F9w

24

Solutii folosite in reparatii

www.youtube.com/watch?v=VXglmgllidU&feature=related

www.youtube.com/watch?v=sQHRB2ElZJ0&feature=related

www.youtube.com/watch?v=IVqWtKxV53Y

www.youtube.com/watch?NR=1&feature=endscreen&v=anjDQJtWFc8

www.youtube.com/watch?v=0iyJtGNemq4

INAINTE de montaj DUPA de montaj


CONCLUZII

Mare amplificator de forta pentru fixare, etansare, strangere, ridicare de greutati, etc.

Reglarea pozitiei relative (“surub de avans”) in dispozitive de pozitionare

Transformarea miscarii (rotatie translatie)

Masurarea lungimilor

Caracteristici functionale / Aplicatii

Aspecte

pozitive

Forte de fixare mari produse cu efort de strangere moderat

Dimensiuni de gabarit reduse

O extrem de mare varietate constructiva, cu solutii pentru orice aplicatii

Tehnologie simpla

Concentrator de eforturi foarte mare in zona filetata (K

Masurarea lungimilor


Aspecte

negative

Concentrator de eforturi foarte mare in zona filetata (K

Dificultati in controlul fortei de strangere din surub

Necesitatea utilizarii unor elemente suplimentare de asigurare impotriva desfacerii

Randament redus

Nu asigura centrarea pieselor stranse

Nu asigura etansare

OM_AR_I_02_(Filete)-2014

Documents

Transcript of OM_AR_I_02_(Filete)-2014