Universitatea Valahia TargovisteFacultatea Stiinta si Ingineria Materialelor

PRESA CU DOUA COLOANE

ndrumtor Student

2004-2005

Tema:

S se proiecteze o pres cu dou coloane pentru o sarcin

maxim F=28000 N i o curs maxim H=410 mm.

Caracteristici tehnice:

tonaj: F=28000 N;

cursa: H=410 mm.

2

Cuprins:

I. Caracterizarea transmisiei urub-piuli.

II. Proiectarea urubului.

II 1. Precizarea solicitrilor i a formelor de deteriorare posibile.

II 2. Alegerea materialelor pentru cupla urub-piuli.

II3.Predimensionarea filetului.Alegerea tipului de filet i a dimensiunilor

standardizate.

II 4. Verificarea condiiei de autofrnare.

II 5. Verificarea la flambaj.

II 6. Determinarea nr. de spire in contact.

II 7. Verificarea spirei filetului.

II 8. Verificarea preliminar a poriunii filetate a urubului la solicitarea compus.

II 9. Proiectarea celui de-al 2-lea reazem al urubului.

II 10. Definitivarea constructiv i verificarea final a urubului.

IV.Proiectarea sistemului de acionare.

IV 1. Alegerea sistemului de acionare.

IV 2. Proiectarea la scar a sistemului de acionare.

IV 3. Proiectarea ansamblului dintre prghie i urub.

V. Proiectarea sistemului de preluare-transmitere a forei de ctre piuli.

V 1. Precizarea solicitrilor.

V 2. Dimensionarea piuliei.

V 3. Proiectarea sistemului de blocare al piuliei.

VI. Proiectarea corpului.

VI 1. Proiectarea coloanelor.

VI 2. Proiectarea corpului presei cu dou coloane.

VII. Evaluarea randamentului transmisiei.

3

I. Caracterizarea transmisiei urub-piuli

Transmisia urub-piuli, alctuit dintr-un urub i o piuli aflate in micare relativ

in timpul functionrii, realizeaz transmiterea i transformarea micarii i a forei.

Modul de micare:

piulia se afl n micare de translaie;

surubul se afla in miscare de rotatie i de translaie.

1-urub a-lagr axial2-piuli 3-corp4-element de lucru ( platou )5-prghie

II. Proiectarea urubului

II.1. Precizarea solicitrilor i a formelor de deteriorare posibile

Dimensiunile cuplei urub-piuli - deci ale celor dou filete in contact sunt

determinate pentru urmtoarele:

4

rezistena corpului ( tijei ) urubului la solicitrile compuse i la flambaj (pentru suruburi supuse la compresiune); pentru ca diametrul corpului urubului este

egal cu diametrul interior al filetului acestuia.

rezistena spirelor filetului urubului i al piuliei; spirele se pot distruge prin

uzare sau rupere. Ruperea spirelor poate avea loc ca urmare a solicitrilor de

ncovoiere i forfecare la piciorul filetului.

II.2. Alegerea materialelor pentru cupla urub-piulit

Pentru a asigura rezistena la uzare i un coeficient de frecare redus se utilizeaz un

cuplu de materiale cu bune proprieti antifriciune.

ntruct solicitrile corpului urubului sunt relativ mari materialul acestuia este de

regul oelul.

Voi executa urubul din oel laminat de uz general: OL50, iar piulia din font

cenuie cu grafit lamelar: FC300. Prezena grafitului sub form lamelar confer bune proprieti antifriciune.

II.3. Predimensionarea filetului. Alegerea tipului de filet i a dimensiunilor standardizate

Alegerea tipului de filet se face in funcie de:

caracterul sarcinii ( constanta, variabila etc.);

mrimea sarcinii ( mic, mare );

direcia i sensul sarcinii;

destinaia i condiiile de lucru;

randamentul dorit.

Tipul de filet ales este filetul trapezoidal pentru ca are o bun rezisten i rigiditate,

randament cu circa 4-5% mai mic dect al filetului ptrat, permite eliminarea jocului

5

axial rezultat in urma uzrii prin utilizarea unei piulie secionate ; poate transmite

sarcini mari, variabile, n ambele sensuri.

Figura de mai jos prezint profilele nominale ale filetului trapezoidal standardizat.

Predimensionarea filetului

Dimensiunile filetului trebuie s corespund simultan urmtoarelor cerine:

rezistena corpului urubului la solicitarea compus: compresiune ( sau traciune )

i rsucire ( solicitarea de ncovoiere trebuie eliminat pe ct posibil );

rezistena spirelor la strivire ( uzare );

rezistena spirelor la solicitarea compus de ncovoiere i forfecare;

daca urubul este solicitat la compresiune s nu flambeze;

s asigure condiia de autofrnare.

Predimensionarea la solicitarea compus se face la compresiune ( sau la traciune )

pe baza unei fore de calcul Fc= F, F fiind fora care actioneaz asupra urubului,

6

iar ( >1 ) factor de majorare a forei F pentru a considera i solicitarea la rsucire.

Valoarea lui se ia dintr-un tabel, iar n cazul presei poate fi cuprins ntre

1,27 i 1,32. Voi lua pe =1,3.

Fc=1,3 28000=34600; Fc=36400 N

Anec=a

cF

= 42

3d

a

F =

a=cCc

a - tensiunea admisibil la compresiune( traciune ) c - limita de curgere Cc - coeficient de curgered3 - diametrul interior al filetului urubului

a= ( 0,25 0,4 ) c - pentru d330mm.

Dintr-un tabel, pentru tipul de material ales: OL50 avem: c = 270 290 MPa.

Am ales c = 285 MPa.

a=0.28 285 = 79.8 MPa

d3=a

FC

4= mm099.24778.580

698.250145600

8.7914159.3364004

===

;

d3=24.0999 mm

Din Anexa am ales filetul trapezoidal cu urmtoarele caracteristici:

-diametrul nominal al filetului d =28.000 mm;-pasul p=3 mm;

7

-diametrul nominal mediu d2=D2=26.500 mm;

-diametrul nominal exterior al filetului interior D 4 =28.500 mm;

-diametrul nominal interior al filetului exterior d 3 =24.500 mm;

-diametrul nominal interior al filetului interior D 1 =25.000 mm.

II.4. Verificarea condiiei de autofrnare

n cazul construciilor cu uruburi de micare apare ca cerin asigurarea autofrnrii.

La sistemele acionate manual este preferabil ca autofrnarea s se realizeze direct

de ctre filet. Filetul asigur autofrnarea atunci cnd unghiul de nclinare al filetului,

, este mai mic dect unghiul de frecare redus, :

unde:

tg = 2d

p

in care:

- reprezinta unghiul profilului filetului. Pentru filetul trapezoidal, = 300. - coeficientul de frecare ce depinde de cuplul de materiale, de calitatea i starea de ungere a suprafeelor.

p - pasul filetului urubului

d2 - diametrul nominal mediu al filetului

tg = 2d

p = 036035.05.2614159.3

3=

= arctg 0.036035 = 4,57 ;

= 2.063

Din tabel pentru cuplul de materiale oel pe font coeficientul de frecare,

= 0,08...0,20.

= 0,12

8

tg = 2

cos

'

=

tg = 2

cos

'

=

=1242,0

15cos12,0

230cos

12,0==

=arctg 0,1242 = 7,079 ;

=7,08

Deci, .

II.5. Verificarea la flambaj

Pentru a efectua aceast verificare trebuie stabilit:

- caracterul rezemrilor urubului;

- seciunea de calcul.

L= ( 1,35 1,45 )H

unde : lf= 22 L lungimea de

flambaj H cursa de realizat

L= 1.4

574410 =; L=574 mm

Se calculeaz coeficientul de zveltee i se determin tipul flambajului:

9

= minil f

A= 4

23d

imin= A

Imin Imin=64

43d

A= 434.4714

739.18854

25.60014159,34

25.24==

= mm2; A=471.434 mm2

Imin= 173.1768664

062.36030014159.364

45.24=

= mm4; Imin=17686.173 mm4

imin= 1249.65156.37434.471173.17686

== mm; imin=6.1249 mm

unde :

A aria seciunii urubului ;

Imin ineria minim ;

imin raza de inerie minim .

= 266.66125.6

879.405125.6

57422

==

; =66.266

Valoarea limit a coeficientului de zveltee, 0 se gsete tabelat n funcie de materialul ales pentru cupla urub-piuli.

Din Anexa vom vom avea pentru OL50 STAS 500/2-80 890 =

0=89

< 0 flambajul este plasticFf = f A cu f= a- b

unde: Ff - forta de flambaj

10

f - tensiunea de flambaj

a, b - coeficieni de flambaj

Din acelai tabel din care am ales pe 0 ,am gsit i valorile lui a i b.

a=335b=1,62

f = 335 - 1,62 . 66.266 = 227.649; f=227.649 MPa

Ff = 227.649 471.434 = 107321.478; Ff=107321.478 N

Coeficientul de siguran la solicitarea de flambaj se calculeaz astfel:

Cf= 8329.328000

478.107321==

FfF ; Cf=3.8329

Cf=3 5 ceea ce nseamn c piesa nu se va deforma plastic.

II 6. Determinarea nr. de spire n contact

z=asDd

F

)212(

4

Din tabelul cu valorile orientative ale presiunii admisibile de strivire ntre spire:

presiunea admisibil pentru cuplul de materiale oel pe font 15...5=as MPa i

am ales as=10 MPa.

z= ( ) 23424.22627.124828000

106257847853.028000

10)225228(4

14159,328000

==

=

;

z= 23 spire

11

II 7. Verificarea spirei filetului

pentru urub

Solicitarea la ncovoiere

i=W

ilZF

WiM

=li= ca

iH +2

Pentru filetul trapezoidal interior avem: Hi = 0,5P = 35.0 = 1.5 ; Hi=1.5 mm -pentru P = 2 - 5 mm ac=0.25 mm

unde : Mi - moment ncovoietor

W - modul de rezisten

li - lungimea de ncovoiere

Hi - nlimea filetului trapezoidal

li= 125.025.1

=+ ; li=1 mm

W=6

2)01522

(3 tgilPd +

W= 31712.536

2)2679.01223(5.2414159.3

mm=+ ;

W=53.1712 mm3

i= MPa8956.221712.53

123

28000

=

;

i=22.8956 MPa

12

Solicitarea la forfecare

f=Azk

Fm

A= 20 7009.156)1525.1(5.2414159.3)01522

(3 mmtgtgilPd =+=+ ;

A=156.7009 mm2

Coeficientul de corec ie km=0,55 0,75 km=0,65

f= MPa9521.117009.156

2365.028000

= ; f=11.9521 MPa

Tensiunea echivalent se calculeaz cu teoria a III-a de echivalen:

ech= MPafi 1001.3329521.11428956.22242 =+=+ ;

ech=33.1001 MPa

33,1331,2

280

cCc

a ==

= ; a=133,33 MPa

unde: Cc=1,5 3(4) Cc=2,1

c =280 MPa ( din tabel )

ech a 33.1001

i=W

ilZF

WiM

== MPa6822.198522.61

3913.1217= ; i=19.6822 MPa

Solicitarea la forfecare

f=Azk

Fm

A= 20 2848.182)1525.1(5.2814159.3)01522

(4 mmtgtgilPD =+=+ ;

A=182.2848 mm2

Coeficientul de corec ie km=0,55 0,75 km=0,6

f= MPa1308.112848.182

236.028000

= ; f=11.1308 MPa

ech= MPa7147.2921308.11426822.19 =+ ; ech=29.7147 MPa

ech a 29.7147

M12 = 28000 )08,7603.2(25.26

+ tg =63302.9029Nmm;

M12= 63302.9029 Nmm

MPad

F 3931.59

4

25.2414159.3

28000

4

23

=

=

=

; = 59.3931 MPa

MPadM

922.21

16

35.2414159.3

9029.63302

16

3312

=

=

= ; = 21.922 MPa

ech= Mpa823.732922.21423931.59242 =+=+ ; ech= 73.823 MPa

a= 3,1331,2280

==

cCc ; a=133,3 MPa

unde: Cc=1,5 3 Cc= 2,1

c= 280 MPa

Observam ca ech< a.

Surubul va rezista la solicitarea compusa

II 9. Proiectarea celui de-al 2-lea reazem al urubului

Cel de-al doilea reazem este un lagr axial.

In acest caz insurubarea trebuie sa fie posibila pe la celalalt capat al surubului, intrucat diametrul Dc este mai mare decat interiorul filetului.Dg corespunde dimensiunii D a gaurii de centrare.

15

Alegem din Anexa A8 gaura de centrare cu urmatoarele caracteristici:

d=1mmlmin=2 mmD=5mm

Se determina diametrul Dc minim necesar din solicitarea de contact:

( );4

22'1gc

asnec DD

FA == pi

rezulta Dc si apoi prin estimarea tesiturii rezulta Dc.

F=28000Nas =35Mpa

Dg=D=5mm mmDc 33' =

( )22' 54

14159.335

28000= cD

Luam consturctiv ='cD 38 mm.

Dupa estimarea constructiva a tesiturilor vom avea Dc=40 mm

Pentru filet se alege degajarea standardizata din Anexa A3:

16

degajare filet D0=d+1mm=28+1=29mm pentru P

Inaltimea piulitei : Hp=z p unde z nr. de spire in contact ;

p - pasul;

Hp=23 693 = ; Hp= 69 mm

Se verifica la solicitarea compusa sectiunea slabita din dreptul degajarii. Solicitarile

sunt:

compresiune :

= AF

A=4

20d d0=d+1,5

unde : d0 - diametrul gaurii

A= 22

4921.6834

5.2914159.34

25.29 mm== ; A=683.4921 mm2

MPa966.404921.683

28000== ; = 40.966 MPa

rasucire :

pW

M12=

16

30d

pW

=

unde : - solicitarea la rasucire

Wp - momentul polar

37547.504016

35.29 mmpW =

= ; pW =5040.754 mm3

= MPa5582.12754.50409029.63302

= ; =12.5582 MPa

18

ech= + 242 a ech= MPa0525.4825582.1242966.40 =+ ;

ech=37,70 MPa

a=133,3 MPa

Deci, ech

Ra= 08.551120

2631.28279029.63302120

12=

+=

+ fMM ; Ra=551.08 mm

Se determin diametrul minim necesar pentru prghie dp:

Wnec=ai

iMpd

=

32

3 dp=3

32

ai

iM

unde: ai - tensiunea admisibil la ncovoiere

Lc - lungimea de la diametrul capului urubului pn la locul unde se aplic

fora muncitorului

Mi = Fm cL

Lc=Ra - 2cD Lc=551.08 - =2

35 533.58 Lc=533.58 mm

Mi=120 Nmm6.6402958.533 = ; Mi=64029.6 N mm

ai=cCc = 1756,1

280= ; ai=175 MPa

unde: c=280 MPa

Cc=1,5 2,5 Cc=1,6

dp= mm506.15748.372817514,36.6402932 33 ==

15.6mm; dp 15.6 mm

Diametrul gurii se poate lua:

dp=dp+(0,5 1) dp=15.6+0.8=16.4mm; dp=16.4 mm

Lungimea, Lp , a prghiei este:

Lp=Dc+Lc+Ls Lp=35+533.58+43=611.58; Lp=611.58 mm

Am ales pe L s= 43 mm (lungimea ce consider dimensiunile minii) constructiv.

III 3. Proiectarea ansamblului dintre prghie i urub

20

21

Profilul ales este profilul patrat.

Se stabilete latura profilului:

a = di dar di = d a = d = 28 mm

Se determin, din solicitarea de contact, limea minima necesar Bmin:

Fn= NantotM 501.1771

33.37166.66130

3

== ; Fn=1771.501 N

unde : n nr. de laturi

Fn - fora cu care prghia actioneaz asupra capului urubului

Mtot - momentul total

s= BanF

221 Bmin nec=

asantotM

asanF

=

212

221

as = 80 120 MPa as = 100 MPa

Bmin nec = mm531.2100284166.6613012

2 =

; Bmin nec=2.531 mm

Aleg constructiv Bmin nec=10 mm .

s=Mpa307.25

10228

21

501.1771=

; s=25.307 MPa

Deci s < as .

IV. Proiectarea sistemului de preluare-transmitere a forei de ctre piuli

V 1. Precizarea solicitrilorCorpul piuliei este solicitat la traciune i rsucire. Din aceast determinare se va

determina diametrul exterior al corpului, De .

22

IV 2. Dimensionarea piuliei

Amin= (4

De2 D42 )=at

cF

D mine =2

44 D

at

F+

Din tabel am luat rezistenta la traciune at =160 N/mm2 .

D mine = mm197.335.2816014,3364004 2

=+

; D mine =33.197 mm

Aleg diametrul exterior al piuliei De =40 mm .

IV 3. Proiectarea sistemului de blocare al piuliei

ntre piuli i corpul menghinei avem ajustaj cu strngere H7/u6: 40 05,0+

VI 1. Proiectarea coloanelor

Ansamblul surub-piulita este montat intr-o traversa sustinuta de doua coloane cu capetele filetate.Aceste coloane servesc si ca elemente de ghidare pentru partea mobila a presei.

23

Tinand cont de faptul ca H=410 (H cursa de efectuat), vom considera constructiv H=457 mm

L=324 mm.

VII. Evaluarea randamentului transmisiei

= cLuL

unde Lu - lucru mecanic util, corespunztor unei rotaii complete a elementelor de antrenare

Lc - lucru mecanic consumat, corespunztor unei rotaii complete a elementelor de antrenare

Lu=F n cazul unei singure cuple urub-piuli avem:

=punde: - distana

24

p - pasul filetului

Lu = Nmm40008513500 = ; Lu = 84000 Nmm

Lc = Mtot 2

Lc = Nmm442.1529743.142166.61306 = ; Lc = 415297.442 Nmm

202.0442.415297

84000== ; 2.02 = %

25

PRESA CU DOUA COLOANEII. Proiectarea urubuluiII.2. Alegerea materialelor pentru cupla urub-piulit

Predimensionarea filetuluiII.5. Verificarea la flambajII 6. Determinarea nr. de spire n contactIII.Proiectarea sistemului de acionareV 1. Precizarea solicitrilor

VI 1. Proiectarea coloanelor Tinand cont de faptul ca H=410 (H cursa de efectuat), vom considera constructiv H=457 mm