UNIVERSITATEA LUCIAN BLAGA DIN SIBIU FACULTATEA DE INGINERIE CATEDRA MASINI SI UTILAJE

Proiect de an la disciplina PROIECTAREA MASINILOR UNELTE

Nume:TUCA ELENA-BIANCA Grupa: 144/2 Sectia: MASINI SI UTILAJE

Indrumator de proiect: Sef lucrari Ing. COJOCARU SORIN

ANUL UNIVERSITAR 2002-2003

UNIVERSITATEA LUCIAN BLAGA DIN SIBIU FACULTATEA DE INGINERIE

STUDENTA:TUCA ELENA BIANCA GRUPA: 144/2

Tema proiectului la disciplina Proiectarea masinilor-unelte

Sa se elaboreze proiectul unei masini-unelte speciale (la tema), constituita, in principal, din componente tipizate, pentru executarea operatiei de largire, in urmatoarele conditii :

diametrul gaurilor: - largire de la 6 la 10 [mm] ; - largire de la 22 la 30 [mm] ;

adancimea de gaurire : - 80 [mm] ;

diametrul de dispunere al gaurilor : - 200 [mm] ; Proiectul va cuprinde :

I. Memoriu justificativ si de calcul, cu urmatorul continut : 1. Stabilirea elementelor de baza : schema operatiei, alegerea sculei, stabilirea ciclului de lucru, marimea curselor, domeniul vitezelor de aschiere, domeniul vitezelor de avans (avansurilor), turatiile de lucru, fortele solicitatoare pe directii (momentele), puterea necesara aschierii, puterea necesara pentru avans, alegerea motoarelor de electrice de actionare, norme de timp. 2. Proiectarea structurii masinilor-unelte, in doua pana la patru variante, compararea prin analiza multicriteriala a variantelor si stabilirea variantelor optime.2

3. Alegerea componentelor tipizate de structura si definitivarea structurii constructive pentru varianta optima. 4. Proiectarea structurii cinematice pentru varianta optima cu : elaborarea structurii functional-generalizate si a structurii cinematice, reale a masinilor-unelte; calculul caracteristicilor lantului cinematic principal si lantului cinematic de avans, cu intocmirea diagramelor de turatii pentru mecanismele de reglare din aceste lanturi cinematice. 5. Proiectarea subansamblului (mecanismului) : cuplaj electromagnetic, cu calcul cinematic si organologic aferent. 6. Calculul economic-stabilirea duratei de reperare a efortului economic pentru executia si introducerea masinii proiectate. II Partea desenata 1. Vederea simplificata a masinii-unelte in variantele propuse si supuse analizei multicriteriale cu precizarea partilor componente si a miscarii. 2. Vederea simplificata a masinii unelte, in varianta optima, cu precizarea componentelor prin codul de catalog, cu precizarea ciclului de lucru si a miscarilor. 3. Schema cinematica functional-generalizata a masinii cu schema fluxului cinematic. 4. Schema cinematica, conventionala, insotita de schemele fluxului cinematic pe lanturi cinematice si de diagramele de turatii. 5. Desenul la scara a subansmblului proiectat la capitolul (5) al memoriului justificativ.

3

Bibliografie: 1. Aelenei, M., s.a. Probleme de masini unelte si aschiere, volumele I si II, Editura Tehnica, 1983. 2. Picos, C., s.a. Normarea tehnica pentru prelucrari prin aschiere, volumele I si II, Editura Tehnica, 1982. 3. Vlase, A., s.a. Regimuri de aschiere, adaosuri de prelucrare si norme tehnice de timp, volumele I si II, Editura Tehnica, 1984. 4. I.C.S.I.T. M.U. Bucuresti Catalog de elemente tipizate pentru masini unelte agregat. 5. Cojocaru, S., s.a. Proiectarea masinilor unelte Indrumar de laborator, U.L.B.S., 1997. 6. Cruciat, P. Cutii de viteze proiectare cinematica, Editura Lux Libris, Brasov, 1997. 7. Draghici, I., s.a. Indrumar de proiectare in constructia de masini, volumele I si II, 1982. 8. Ispas, C., s.a. Masini unelte, volumul I si II, Editura Tehnica, 1997. 9. Uzina Mecanica Cugir Cuplaje si frane electromagnetice.

4

Cuprins: Memoriu justificativ si de calcul 1 Stabilirea elementelor de baza . 8 1.1 Schema operatiei 8 1.2 Alegerea sculei .. 8 1.3 Stabilirea ciclului de lucru . 9 1.4 Marimea curselor ... 9 1.5 Domeniul avansuriolr 9 1.5.1 Pentru largirea de la 6 la 10 9 1.5.2 Pentru largirea de la 22 la 30 .. 9 1.6 Domeniul vitezelor de aschiere .10 1.6.1 Pentru largirea de la 6 la 10 ..10 1.6.2 Pentru largirea de la 22 la 30 10 1.7 Turatiile de lucru .. 11 1.7.1 Pentru largirea de la 6 la 10 ..11 1.7.2 Pentru largirea de la 22 la 30 11 1.8 Determinarea fortei solicitatoare ..11 1.9 Determinarea momentului solicitator ...12 1.10 Puterea necesara 12 1.11 Alegerea motorului electric de actionare ..12 1.12 Norme tehnice de timp ..12 1.12.1 Pentru largirea de la 6 la 10 .12 1.12.2 Pentru largirea de la 22 la 30 .. 2 Proiectarea structurii masinii unelte in 2-4 variante, compararea variantelor si stabilirea variantei optime 15 2.1 Proiectarea structurii masinii unelte .155

13

2.2 Compararea variantelor prin analiza multicriteriala 17 2.3 Stabilirea variantei optime 18 3 Alegerea componentelor tipizate de structura si definitivarea structurii constructive pentru varianta optima .. 18 4 Proiectarea structurii cinematice pentru varianta optima .. 20 4.1 Elaborarea structurii functional generalizate .. 20 4.1.1 Pentru lantul cinematic principal 20 4.1.2 Pentru lantul cinematic de avans .20 4.2 Calculul caracteristicilor lanturilor cinematice .20 4.2.1 Pentru lantul cinematic principal .20 4.2.2 Pentru lantul cinematic de avans .21 4.3 Calculul numerelor de dinti ai angrenajelor .22 4.3.1 Pentru lantul cinematic principal .22 4.3.2 Pentru lantul cinematic de avans .23 5 Proiectarea cuplajului electromagnetic ...27 5.1 Evaluarea marimii dispozitivului ..27 5.2 Calculul timpului de alunecare .28 5.3 Determinarea incarcarii termice ...28 5.4 Determinarea termenului de regalare ...29 6 Calculul economic ..29 6.1 Calculul perioadei de recuperare a investitiei ..29 6.2 Stabilirea marimii investitiei 29 6.3 Calculul profitului suplimentar 30 Partea desenata 1 Vderea smplificata a masinii unelte in variantele propuse si supuse analizei multicriteriale cu precizarea partilor componente si a miscarilor 2 Vederea simplificata a masinii unelte in varianta optima, cu precizarea componentelor prin codul de catalog, cu precizarea ciclului de lucru si a miscarilor 3 Schema cinematica functional-generalizata a masinii cu schema fluxului cinematic 4 Schema cinematica conventionala insotita de schemele fluxului cinematic pe lanturile cinamatice si de diagramele de turatii 5 Desenul la scara al cuplajului electromagnetic

6

7

1 STABILIREA ELEMENTELOR DE BAZA I.1 Schema operatiei

L lungimea cursei de lucru l lungimea gaurii l1 distanta de patrundere l2 distanta de depasire a orificiilor patrunse8

I.2

Alegerea sculei

Potrvit cu prelucarea din figura 1 se va folosi un largitor cu coada conica, din otel rapid, cu diametrul nominal D=10 mm, pentru largirea de la 6 la 10; D=30 mm, pentru largirea de la 22 la 30. Forma si dimensiunile alezorului sunt date in S.T.A.S. 8053/5-80. Parametrii geometrici sunt: = 1520 [3, tab 9.93] 2* = 120

I.3

Stabilirea ciclului de lucru

I.4

Marimea curselor

L=l+l1+l2 unde, L lungimea cursei [2, tab 9.27] l lungimea gaurii l1 distanta de patrundere l2 distanta de depasire a orificiilor strapuse l1=(d-d0)*ctg /2+(0.32)=9 [mm] L=80+9+3=92 [mm] I.5 Domeniul avansurilor9

I.5.1 Pentru lagirea de la 6 la 10S=0.27 [mm/rot] unde, S avans Adopt S=0.3 [mm/rot] [2, tab 9.28]

I.5.2 Pentru largirea de la 22 la 30S=0.4 [mm/rot] Adopt S=0.4 [mm/rot] [2, tab 9.28]

I.6

Domeniul vitezelor de aschiere si de avans

I.6.1 Pentru largirea de la 6 la 10Vas=Cv*Dzv/(Tm*txv*Syv) [2, 9.7]

Unde, Cv, zv, xv,yv,m coeficienti in functie de materialul de prelucrat Cv=16.3 yv=0.5 [2, tab 9.30] Zv=0.3 m=0.3 Xv=0.2 D diametrul largitorului D=10 [mm] S avansul S=0.25 [mm/rot] T durailitatea largitorului T=15 [mm] t adancimea de aschiere t=(d-d0)/2=(10-6)/2=2 [mm] Vas=16.3*100.3/(150.3*20.2*0.30.5)=16.3*2/(2.25*1.14*0.54)= =23.5 [m/min]10

Vav=S*nS unde, S avans nS turatie Vav=0.3*710=213 [mm/min]

I.6.2 Pentru largirea de la 22 la 30Vas = 16.3 * 300.3 / (370.3 * 40.2 * 0.50.5) = 16.3 * 2.7 / (3 * 1.3 * 0.7) = = 16.1 [m/min] Vav = 0.5 * 160 = 80 [mm/min]

I.7

Turatiile de lucru

I.7.1 Pentru largirea de la 6 la 10nas=1000*V/( *D) unde, V viteza de aschiere D diametrul largitorului nas=1000*23.5/( *10)=748 [rot/min] Adopt nas=710 [ rot/min] [3, 2.8]

I.7.2 Pentru largirea de la 22 la 30nas=1000*V/( *30)=1000*16.1/( *30)=170 [rot/min] Adopt nas=180 [rot/min] I.8 Determinarea fortei solicitatoare [1, 3.37] [1, 3.38]

FX=CF*DxfSyf*KF KF=KaF*KxF*K F

Unde, KaF, KxF, K F coeficienti de corectare a fortei de aschiere CF, xF, yF coeficienti si exponenti in functie de materialul de prelucrat DS diametrul largitorului S avansul la largire11

KF coeficient global de corectare a fortei de largire CF=63 xF=1.09 yF=0.72 [1, tab 3.37] KaF=1 KxF=1 K F=0.88 [1, tab 3.38] [1, tab 3.39] [1, tab 3.40]

KF=1*1*0.88=0.88 FX=63*300.72*0.50.78*0.88=63*11.5*0.58*0.88=370 [daN] FX=F*4(gauri)=1480 [daN] = 14800 [N]

I.9

Determinarea momentului solicitator [1, 3.36]

M=CM*DxM*SyM*KM

Unde, CM, xM, yM coeficienti si exponenti in functie de materialul de prelucrat KM coeficient global de corectare S avansul la largire D diametrul largitorului CM=6.1 xM=1.74 yM=0.78 [1, tab 3.37] KM=0.93 [1, tab 3.40]

M=6.1*301.74*0.50.78*0.93=6.1*371.6*0.58*0.93=1222 [daN*cm] M=M*4(gauri)=4888 [daN*cm] = 489 [N*m] I.10 Puterea necesara Pas=M*n/95492 Unde, M momentul de asciere la largire n - turatia Pas=1222*170/95492=2.71 [KW] Adopt Pas=3 [KW]12

[1, 3.39]

Pav=FX*Vav=14800*80/(60*1000)=0.019 [KW] I.11 Alegerea motorului electric de actionare Se alege un motor electric care sa dezvolte puterea P=4 [KW] I.12 Norme tehnice de timp

I.12.1 timpul de baza tb=(l+l1+l2)/(n*S)

Pentru largirea de la 6 la 10

[2, tab 9.27]

unde, l lungimea gaurii l1 distanta de patrundere l2 distanta de depasire a orificiilor strapunse tb=(80+9+3)/(20*2)=0.45 [min] timpul de pregatire incheiere TPI=3 [min] timpul de deservire a locului de munca - timul de deservire tehnica tdt=5%*tb=0.022 [min] - timpul de deservire organizatorica td0=1%*tb=0.004 [min] [2, tab 9.54] [2, tab 9.54] [2, tab 9.1]

I.12.2 timpul de baza

Pentru largirea de la 22 la 30

Tb=(80+16+2)/320=0.30 [min] timpul de pregatire incheiere13

[2, tab 9.27]

TPI=0.4 [min] timpul de deservire a locului de munca - timpul de deservire tehnica tdt=6%*tb=0.018 [min] - timpul de deservire organizatorica td0=1.5%*tb=0.004 [min]

[2, tab 9.1]

[2, tab 9.54]

[2, tab 9.54]

Principalele caracteristici tehnico-functionale

No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 11.

Caracteristica tehnico-functionala Lungimea cursei L.C. Viteza de avans s Turatia de aschiere nas Turati de avans nav Viteza de aschiere Vas Viteza de avans Vav Forta axiala Fx Momentul de torsiune M Puterea de aschiere Pas Puterea de avans Pav14

10 92 0.3 710 35 23 213 -

30 98 0.4 180 15 16 80 14800 490 3 0.02

U.M. [mm] [mm/rot] [rot/min] [rot/min] [m/min] [mm/min] [N] [Nm] [KW] [KW]

2. PROIECTAREA STRUCTURII MASINII UNELTE IN 2 4 VARIANTE, COMPARAREA VARIANTELOR SI STABILIREA VARIANTEI OPTIME 2.1 Proiectarea structurii masinii unelte varianta 1

varianta 2

15

varianta 3

varianta 4

16

2.2 Compararea variantelor prin analiza multicriteriala.

PARAMETRII Productivitate Precizie Usurinta in servire Cost masina

Varianta 1 9 9 8 6

Varianta 2 8 10 9 10

Varianta 3 7 8 7 9

Varianta 4 9 10 9 7

17

Complexitatea masinii Nivel de automatizare Fiabilitate Total puncte

6 9 7 54

8 8 9 62

9 8 6 54

7 9 8 59

Coeficienti de apreciere: comportare foarte buna10 puncte comportare buna.. 9 puncte comportare satisfacatoare 8 puncte comportare nesatisfacatoare 7 puncte comportare de excludere.. 6 puncte

2.3 Stabilirea variantei optime In urma analizei multicriteriale a rezultat ca varianta optima varianta numarul 2. Aceasta a obtinut punctajul cel mai mare in urma analizei. 3. ALEGEREA COMPONENTELOR TIPIZATE DE STRUCTURA SI DEFINITIZAREA STRUCTURII CONSTRUCTIVE PENTRU VARIANTA OPTIMA

18

Structura functional-generalizata

19

4. PROIECTAREA VARIANTA OPTIMA

STRUCTURII

CINEMATICE

PENTRU

4.1 Elaborarea structurii functional-generalizate20

4.1.1 Pentru lantul cinematic principal

4.1.2 Pentru lantul cinematic de avans

4.2 Calculul caracteristicilor lanturilor cinematice 4.2.1 Pentru lantul cinematic principal Raportul de transfer iT = i1 * i2 * .* in iT = ye / yi => i1 = n1 / n0 = 180 / 750 = 0.24 i2 = n2 / n0 = 710 /750 = 0.94

Raportul de reglare iR = ye / yi =1 / (iC * iD) iR max = i2 = 0.94 iR min = i1 = 0.2421

Domeniul marimilor de iesire Dye = | ye min ye max | = | 180 710 | Raportul de reglare al marimilor de iesire Rye = ye max / ye min = 710 / 180 = 3.9 Capacitatea de reglare CR = iR max / iR min = 0.94 / 0.24 = 3.9 4.2.2 Pentru lantul cinematic de avans Raportul de transfer iT = ye / yi iT = iC * iD * iR iT = i1 * i2 * i3 * i4 iT max = 35 / 1000 = 0.035 iT min = 15 / 1000 = 0.015 Marimi de intrare yi = 1000 [rot/min] Marimi de iesire nav 1 = 35 [rot/min] = ye1 nav 2 = 15 [rot/min] = ye2

Domeniul de reglare al avansurilor Dn av = sav min sav max = 0.3 0.4 Capacitatea de reglare22

CR = iT max / iT min = 0.035 / 0.015 = 2.3 4.3 Calculul numerelor de dinti ai angrenajelor 4.3.1 Pentru lantul cinematic principal arborele I n0 = 750 n1 = 180 = 1.12 ; iR min = 0.25 * = 1.12 => x = log 0.25 / log 1.12 => = 1 / 1.1212.5 = 1 / 4.1 = 3 / 12 3 / 12 = A1 / B1 => A1 + B1 = 3 + 12 = 15 Mmin = 12 Qmin = Zmin * (A1 + B1) / A1 * Mmin = 17 * 15 / (3 * 12) = 7 Zmin = Mmin * Qmin = 14 * 7 = 98 z1 = Zmin * A1 / (A1 + B1) = 98 * 3 / 15 = 20 [dinti] z2 = Zmin z1 = 98 20 = 78 [dinti] ; Adopt z2 = 79 [dinti] verificare i1 = z1 / z2 = n1 / n2 = 0.25 n1 = z1 * n0 / z2 = 20 * 750 / 79 = 180 arborele II n0 = 750 n1 = 710 = 1.12 ; iR max = 0.94 * = 1.12 => x = log 0.94 / log 1.12 => = 1 / 1.120.04 = 1 / 1 = 10 / 10 10 / 10 = A2 / B2 => A2 + B2 = 10 + 10 = 20 Mmin = 10 Qmin = Zmin * (A1 + B1) / (A1 * Mmin) = 17 * 20 / (10 * 10) = 3.4 Zmin = Mmin * Qmin = 10 * 3.4 = 34 z3 = Zmin * A1 / (A1 + B1) = 34 * 10 / 20 = 17 [dinti]23

z4 = Zmin z3 = 34 17 = 17 ; Adopt z4 = 18 [dinti] verificare i2 = z3 / z4 = n2 / n1 = 0.94 n2 = z3 * n0 / z4 = 17 * 750 / 18 = 710 4.3.2 Pentru lantul cinematic de avans prima treapta i1 = z1 / z2 = 0.5 adopt z1 = 17 [dinti] z2 = z1 / i = 17 / 0.5 = 34 [dinti] treapta a doua i2 = z3 / z4 = 0.4 adopt z3 = 20 [dinti] z4 = z3 / i = 20 / 0.4 = 50 [dinti] trapta a patra i4 = z7 / z8 = 0.3 adopt z7 = 18 [dinti] z8 = z7 / i = 18 / 0.3 = 60 [dinti] treapta a treia n0 = 200 n1 = 50 = 1.12 ; iR min = 0.25 * = 1.12 => x = log 0.25 / log 1.12 => = 1 / 1.1212.2 = 1 / 3.9 = 10 / 10 / 39 = A1 / B1 => A1 + B1 = 10 + 39 = 49 Mmin = 39 Qmin = Zmin * (A1 + B1) / (A1 * Mmin) = 17 * 49 / (10 * 39) = 2.1324

39

Zmin = Mmin * Qmin = 39 * 2.13 = 83 z1 = Zmin * A1 / (A1 + B1) = 17 [dinti] z2 = Zmin z1 = 83 17 = 66 [dinti] verificare i1 = z1 / z2 = n1 / n0 = 0.25 n1 = z1 * n0 / z2 = 17 * 200 / 66 = 50 n0 = 200 n1 = 116 = 1.12 ; iR max = 0.58 * = 1.12 => x = log 0.58 / log 1.12 => = 1 / 1.124.8 = 1 / 1.7 = 10 / 17 10 / 17 = A2 / B2 => A2 + B2 = 10 + 17 = 27 Mmin = 17 Qmin = Zmin * (A2 + B2) / (A2 * Mmin) = 17 * 27 / (10 * 17) = 2.7 Zmin = Mmin * Qmin = 2.7 * 17 = 46 z3 = Zmin * A2 / (A2 + B2) = 46 * 10 / 27 = 17 [dinti] z4 = Zmin z3 = 46 17 = 29 [dinti] verificare i2 = z3 / z4 = n2 / n0 = 0.58 n2 = z3 * n0 / z4 = 17 * 200 / 29 = 116

Structura cinematica reala

25

Schemele fluxurilor cinematice pentru lantul cinematic principal

26

pentru lantul cinematic de avans

Diagramele de turatii pentru lantul cinematic principal

pentru lantul cinematic de avans

27

5. PROIECTAREA CUPLAJULUI ELECTROMAGNETIC 5.1 Evaluarea marimii dispozitivului M = 973.5 * P / n [13, p 33]

unde, M cuplu P puterea motorului care antreneaza N numarul de rotatii al arborelui pe care este montat dispozitivul M = 973.5 * 3 / 200 = 146 [Nm] Mn = M * Ks unde, Mn moment nominal Ks coeficient de siguranta Se alege din catalog un cuplaj marime 16, pentru care corespunde un cuplu comutabil Mc = 200 [Nm], considerat ca moment nominal. Ks = Mn / M = 20 / 14 = 1.6

28

5.2 Calculul timpului de alunecare tal = x * T unde, tal timpul de alunecare x factor T constanta de timp Mn / (Mn M) = 20 / (20 14) = 3.3 GD2 * n / 375 * T * (Mn M) = = 2.7 * 200 / 375 * 0.11 * (20 14) = 2.18 x = 4.5 tal = x * T = 4.5 * 0.11 = 0.49 [s] 5.3 Determinarea incarcarii termice a) lucrul mecanic corespunzator componentei statice Lstat = / 40 * M * n * tal = / 40 * 14 * 200 * 0.49 = 957 [Nm] b) lucrul mecanic corespunzator componentei dinamice Ldin = GD2 * n2 / 7160 = 2.7 * 2002 / 7160 = 150.8 [Nm] Ltot = Lstat + Ldin = 957 + 150.8 = 1107 [Nm] numarul de anclasari pe ora z = 500 anclas/ora Lorar = Ltot * z = 1107 * 500 = 553500 [Nm/ora] Lorar < L1000 * 1000 = 840 * 1000 = 840000 5.4 Determinarea termenului de reglare [13, fig 9] [13, p 34] [13, p 33]

[13, fig 5]

29

Lorar = Ltot * z = 1107 * 500 = 553500 [Nm/ora] => tregl = 1200 [ore]

[13, fig 10]

6. CALCULUL ECONOMIC 6.1 Calculul perioadei de recuperare a investitiei Tri = I / Ps, unde I marimea investitiei Ps profit suplimentar Tri = 96.8 / 138 = 0.70 1 [an] 6.2 Stabilirea marimii investitiei I = 1.1 * CM, unde CM costul masinii I = 1.1 * 88 = 96.8 [mil] CM = Ct * MM , unde Ct cost pe tona MM masa masinii Ct 40 000 000 [lei] MM = MC = MBM + MM + MS + MUL + MME + MCM + MBC unde, MBM masa batiului lateral pentru montant MM masa montantului MS masa saniei electromagnetice MUL masa unitatii de lucru MME masa motorului electric MCM masa capului multiax MBC masa batiului central MM = 450 + 850 + 320 + 275 + 40 + 50 + 250 = 2235 [Kg] = 2.2 [t] 6.3 Calculul profitului suplimentar PS = t * N * S0, unde t economia de timp N seria anuala30

S0 salariul orar PS = 0.5 * 9600 * 28750 = 138 [mil] t = Nti Ntd = 0.8 0.3 = 0.5 [ore] Nti = 0.8 [ore] Ntd = 0.3 [ore] S0 = Sl / 160 = 4.6 mil / 160 = 28750 [lei/ora] N