UNIVERSITATEA TEHNICĂ CLUJ-NAPOCA FACULTATEA DE CONSTRUCŢII DE MAŞINI CATEDRA ORGANE DE MASINI

PROIECT DE SEMESTRU LA ORGANE DE MASINI

Student: Grupa: Ing Economica Ind An: II Sectia:Constructii de Masini

Anul universitar

CUPRINS

TEMA DE PROIECT …………………………………………………………… 2BIBLIOGRAFIE ………………………………………………………………… 3I. Memoriu tehnic ……………………………………………………………….. 5

1. Consideraţii generale ……………………………………………………. 42. Tipuri de filete utilizate la şuruburile de mişcare ……………………….. 63. Alegerea profilului filetului ……………………………………………… 74. Soluţii constructive ………………………………………………………. 7

II. Memoriu justificativ de calcul ………………………………………………. 101. Calculul şi proiectarea şurubului ………………………………………... 10

1.1 Stabilirea naturii solicitărilor tijei ………………………………. 10 1.2 Alegerea profilului filetului …………………………………….. 111.3 Alegerea materialului şurubului şi piuliţei ……………………… 111.4 Calculul diametrului mediu al filetului …………………………. 121.5 Alegerea numărului de începuturi ………………………………. 141.6 Calculul numărului de spire în contact ………………………….. 141.7 Calculul lungimii filetului piuliţei ………………………………. 141.8 Calculul lungimii filetului şurubului ……………………………. 151.9 Proiectarea extremităţilor şurubului principal …………………... 15

2. Verificarea şurubului …………………………………………………….. 162.1 Verificarea tijei la solicitări compuse …………………………… 162.2 Verificarea secţiunii de calare a roţii de manevră la răsucire …… 172.3 Verificarea spirelor şurubului …………………………………… 182.4 Verificarea şurubului la flambaj ………………………………… 19

3. Dimensionarea piuliţei ……………………………………………………194. Verificarea piuliţei ……………………………………………………….. 215. Calculul mecanismului de acţionare ……………………………………... 22

6. Verificarea corpului presei…………………………………………………22III. Anexe

-2-

UNIVERSITATEA TEHNICĂ CLUJ-NAPOCA FACULTATEA DE CONSTRUCŢII DE MAŞINI CATEDRA ORGANE DE MASINI

TEMA:

Sa se proiecteze PRESA CU PIULIŢĂ FIXĂ

- sarcina: F = 18850 N- cursa: h = 243 mm

Proiectul va conţine:

1. Desen de ansamblu2. Desene de execuţie pentru surub,piulita si o piesa aleasa de conducatorul de proiect3. Memoriu tehnic4. Memoriu justificativ de calcul

Conducător de proiect

Conf.dr.ing. Haragas Simion

-3

BIBLIOGRAFIE

1. Dorina Mătesan si colaboratorii - Elemente de proiectare pentru mecanismele

cu şurub şi piuliţă, 1985.

2. Gh. Hulpe si colaboratorii – Desen industrial, 1980

3. P. Precupetiu si colaboratorii - Desen tehnic industrial, 1982

4. Augustin Cretu - Rezistenţa materialelor, 1993

5. D. Dragu si colaboratorii – Tolerante si masuratori tehnice,1980

6. Andrei Albu – Proiectarea masinilor unelte,1986

7. Mircea Galis – Proiectarea masinilor unelte,1994

-4-

I. MEMORIU TEHNIC

1. CONSIDERAŢII GENERALE

Mecanismele cu şurub şi piuliţă se utilizează pentru transformarea mişcării de

rotaţie în mişcare de translaţie sau invers în condiţii de transmitere a unor sarcini (ca

transmisii de forţă) sau având numai rol cinematic.

Utilizarea mecanismelor cu şuruburi de mişcare în construcţia de maşini se

datoresc avantajelor pe care le prezintă şi anume:

- construcţia simplă şi tehnologia de execuţie uşor realizabilă

- posibilitatea de transmitere a unor sarcini axiale mari utilizând forţe de

acţionare mici

- raport mare de transmitere care duce la viteze mici

- compactitatea construcţiei şi gabarit redus

- funcţionarea lină şi fără zgomot

- posibilitatea de a asigura în mod simplu autofrânarea

- permite utilizarea materialelor ieftine

- preţ de cost redus

Mecanismele cu şuruburi de mişcare prezintă şi următoarele dezavantaje:

-5

- existenţa unei frecări în spirele filetului şurubului şi piuliţei care conduce la

uzarea pieselor şi la randament scăzut

- prezenţa unor puternici concentratori de tensiune în zona filetată afectează

rezistenţa la oboseală a şurubului

- lipsa autocentrării

- necunoaşterea exactă a forţelor de strângere

2. TIPURI DE FILETE UTILIZATE LA ŞURUBURILE DE MIŞCARE

Pentru şuruburile de mişcare se utilizează în exclusivitate filetul cilindric cu profil

pătrat, trapezoidal, ferăstrău şi rotund executate cu pas normal, fin sau mare.

Pasul fin şi normal asigură condiţia de autofrânare. Pasul fin micşorează

deplasările axiale la o rotaţie completă. Filetele cu pas fin au un randament mai

scăzut.Randamentul şuruburilor de mişcare creşte la cele care se execută cu pas mare sau

cu mai multe începuturi, creşterea fiind determinată şi de alegere corectă a cuplului de

materiale, de precizia de execuţie şi de calitatea suprafeţelor în contact.

a) Filetul pătrat are unghiul de profil egal cu zero şi realizează randamentul

maxim în comparaţie cu celelalte profile. Filetul pătrat are utilizarea limită

datorită apariţiei jocului axial ca urmare a uzării flancurilor. Filetul pătrat este

recomandat pentru transmiterea sarcinilor relativ mici care lucrează într-un

singur sens, fără şcuri şi vibraţii în situaţiile în care se cere asigurarea unui

randament mare a mecanismelor a şurub-piuliţă.

b) Filetul trapezoidal are profilul de forma unui trapez rezultat din teşirea unui

unghi isoscel cu unghiul la vârf de 30˚ şi baza egală cu pasul. Flancul filetului

are o înclinare de 15˚. Filetul trapezoidal are o rezistenţă şi o rigiditate mai

mare decât filetul pătrat.

-6-

În cazul mecanismelor cu şurub şi piuliţă care transmit sarcini mari, în ambele

sensuru, direcţia forţei fiind variabilă, se recomandă utilizarea filetelor trapezoidale.

c) Filetul ferăstrău are profilul asimetric asimetric trapezoidal. Poate prelua

sarcin numai într-un singur sens. Flancul activ are o înclinare de 3˚.

Filetul ferăstrău îmbină avantajele filetului trapezoidal:

- are o rezistenţă şi o rigiditate mare a spirei

- asigură centrarea bună a piuliţei faţă de şurub

- randamentul este apropiat de cel a filetului pătrat

- se poate executa prin frezare

- concentratorul de tensiune la fundul filetului este relativ mic datorită razei mari

de racordare.

Filetul ferăstrău este utilizat la şuruburi ce preiau sarcin mari, variabile şi cu şoc,

într-un singur sens.

d) Filetul rotund are profilul realizat din arce de cerc racordate prin drepte

înclinate, flancurile formând un unghi de 30˚. Este un caz particular al filetului

trapezoidal faţă de care prezintă următoarele avantaje:

- rezistenţa sporită la oboseală ca urmare a eliminării concentrării tensiunii la

fundul filetului datorită razelor de racordare mari.

- funcţionare mai sigură şi durabilitatea sporită în condiţii nefavorabile de

exploatare

- montarea uşoară dată de lipsa muchiilor

3. ALEGEREA PROFILULUI FILETULUI

Alegerea profilului filetului pentru şuruburile de mişcare se face ţinând seama de

următoarele criterii:

- caracterul sarcinii transmise (variabilă, constantă)

- mărimea sarcinii de transmis (mică, mare)

- direcţia şi sensul sarcinii de transmis

-7

- destinaţia mecanismului şi condiţiilor de lucru

- randamentul impus mecanismului

4. SOLUŢII CONSTRUCTIVE

Pentru construcţia presei cu piuliţă fixă există mai multe soluţii constructive,

soluţii care aleg în funcţie de parametrii tehnici care trebuie să-i asigure presa, precum şi

în funcţie de destinaţia şi seria de fabricaţie a acestora.

În cele ce urmează vom prezenta unele aspecte ale preselor cu piuliţă fixă, în cazul

construcţiei batiului prin turnare.

Presa având batiu cu consolă forma deschisă la partea inferioară are o suprafaţă

plană pe care se aşează accesoriile în care se reazemă piesa asupra cărei se acţionează.

Talpa presei este prevazuta cu gauri pentru fixarea piesei in postament.

Observam ca talpa este scobita , pentru a se asigura o pozitionare mai precisa a

presei. La partea superioara batiul are o consola in care se monteaza piulita fixa. La

acest tip de presa se recomanda montarea piulitei cu un ajustaj intermediar cu

srtangere probabila mica. Daca s-ar prevedea un ajustaj cu strangere montarea ar fi

dificila din cauza accesului incomod la piulita in vederea presarii ei. Piulita se

asigura impotriva rotirii cu asmblari cu surub.

Portiunea verticala a batiului are o sectiune I.

Surubul de forta este actionat de la manivela. Aceasta are bratele sudate de

butuc, iar la capetele acestora se monteaza bile. Manivela este calata pe o portiune

de sectiune patrata si este fixata cu saiba si piulita.

Surubul este rezemat axial in berbec. La ridicare surubul actioneaza asupra

celor doua placi (semi-inele) fixate pe berbec suruburi si saibe, ridicand berbecul.

Berbecul este ghidat in ghidajul de pe batiu, acesta fiind fixat cu suruburi si

saibe. Jocul in ghidaj se regleaza cu suruburi prevazute cu contrapiulite, care

actioneaza pana de compensare.

-8-

La partea inferioara a berbecului se monteaza un poanson (element de

actionare) schimbabil mentinerea acestuia in alezajul berbecului fiind realizata cu

surub. Este mai avantajos ca poansonul sa aiba cep nefiletat, deorece filetul s-ar fi

putut deteriora in cazul unei montari gresite a poasonului.

Pentru executarea preselor în cazul producţie de serie mijlocie şi mare este

indicată a utiliza prima variantă cu batiul în varianta turnată , iar pentru cazul producţiei

individuale este indicată construcţia presei în varianta batiului din construcţie sudată.

II. MEMORIU JUSTIFICATIV DE CALCUL

1. CALCULUL ŞI PROIECTAREA ŞURUBULUI

1.1 Stabilirea naturii solicitărilor tijei

Pe baza schiţei constructive şi a modului de funcţionare se poate stabilii care sunt

solicitările tijei şurubului în diferite secţiuni. Se reprezintă grafic variaţia forţei axiale şi a

momentelor de torsiune pe lungimea şurubului.

-9

1.2 Alegerea profilului filetului

Se optează între filetul trapezoidal şi filetul ferăstrău. Deoarece filetul ferăstrău

este recomandat pentru forţe mari, variabile şi cu şoc acţionând într-un singur sens,

direcţia forţei constă: randamentul comparabil cu al filetului pătrat alegem acest tip de

filet cu specificaţia că filetul ferăstrău trebuie să aibă ca flanc activ flancul înclinat cu

unghiul de 3˚, pentru a realiza un randament maxim.

1.3 Alegerea materialului şi piuliţei

Ţinând seama că la presele manuale viteza relativă dintre flancul şurubului şi cel

al piuliţei este redus, nu se impune durificarea superficială a flancurilor filetului

şurubului. Pentru surub alegem un otel necalit. Pentru piulită se pot alege materiale

care să înlocuiască bronzurile, de exemplu fontă cu grafit nodular sau fonte antifricţiune.

-10-

Ţinând seama de cele menţionate mai sus, pentru şurub vom opta pentru oţel

carbon 33MoCr11 STAS 791-80, iar pentru piuliţă Fc 250 STAS 568-82.

Principalele caracteristice mecanice ale oţelurilor carbon 33MoCr11 STAS 791-

80 sunt:

- Rezistenţa la tracţiune

- Rezistenţa la încovoiere

- Rezistenţa la răsucire

- Rezistenţa la forfecare

- Alungirea la rupere A = 12 % min

Caracteristicile mecanice ale fontei Fc 250 STAS 568-82 sunt:

- Rezistenţa la tracţiune

- Diuritatea Brinell HB = 180…240

1.4 Calculul diametrului mediu al filetului

Diametrul mediu se determină cu relaţia

rel. 4.1 pag. 55 (2)

în care:

F este forţa axială în N, in cazul nostru F = 18850 N

reprezintă un factor dimensional ( H1 - înălţimea utilă a filetului; P

- pasul);

h = 0.75 pentru filetele ferăstrău pag. 55 (2)

m = m / d2 - reprezintă factorul lungimii filetului piuliţei (m - lungimea filetului

piuliţei care nu coincide întotdeauna cu lungimea totală a piuliţei);

m = 1.2…2.5

-11

m =2 pag. 55 (2)

qa - rezistenţa admisibilă la strivire [N/mm2 ]

qa = 7 [N/mm2] tab.33 pag. 50 (2

D mediu-d2=D2=24.250

D ext d =28

d int=d1=19.732

D int D1 =20.5

P=5

ni=2 sensul-dreapta

1.5 Alegerea numărului de începuturi

Pentru presele manuale se impune alegerea unui număr de începuturi n = 2 sau 3

pentru creşterea randamentului şi a productivităţii.

În cazul nostru am ales şurub cu filet ferăstrău S 28x10(P5) RH cu doua

începuturi.

1.6 Calculul numărului de spire în contact

Numărul de spire în contact se calculează cu relaţia:

rel. 4.4 (2)

Se impune ca 5 ≤ z ≤ 11

Se ia z=10 spire

1.7 Calculul lungimii filetului piuliţei

Se calculează cu relaţia m = z P [mm] rel. 4.5 (2)

m = 10 x 5 = 50 mm

-12-

1.8 Calculul lungimii filetului şurubului

Lf = h + m + 3P [mm] rel. 4.8 (2)

h - este cursa maximă în (mm) h = 243 mm

m - lungimea filetului piuliţei în (mm) m = 50 mm

P - pasul filetului în (mm) P = 5 mm

Lf = 243 + 50 + 35 = 308 mm

1.9 Proiectarea extremităţilor şurubului principalLa proiectarea extremităţilor trebuie să fim atenţi la dimensiunile radiale ale unei

extremităţi a şurubului astfel încât acestea să se înscrie în cercul cu diametrul interior al

filetului.

In caz contrar surubul nu poate fi introdus in piulita.

In cazul nostru extremitatea superioară îndeplineste conditiile de mai sus iar

dimensiunile sunt verificate anterior pe baza solicitării la răsucire.

Dimensionarea extremitatii inferioare depinde de modul de rezemare.

Dp2=32mm

Dm=28mm

Rulmentul= d int-20mm

D ext-35mm

H-10

Co=22000 N

Calculul grosimii gulerului hpr a pivotului se determina la incovoiere.

Grosimea gulerului se calculează cu relaţia:

-13

rel. 4.15

unde: se ia 160

=

2. VERIFICAREA ŞURUBULUI

2.1 Verificarea tijei la solicitări compuse

Efortul unitar echivalent este:

rel.4.20 (2)

unde:

c -efortul unitar normal -compresiune

τt -efortul unitar tangenţial -forfecare

c = 4F / π ∙ d12 =

c =

τt = 16 ∙ 103 ∙ Mt2 / π ∙ d13

Mt2 = 1/2000od F o=0.01

Mt2 = +0.01

Mt2 = 1/20000.012018850 = 1.885 [N∙m]

Mt2 =1.885

-14-

ech = (3803.18+41.25 ) =

=61.72[N/mm2]

ac

ac = 142 [N/mm2] pentru 33MoCr11

2.3 Verificarea spirelor şurubuluiSe face conform relaţiilor:

- strivire

- încovoiere

tab.

4.2 (1)

unde:

ac - jocul la fund ac = 0.11777 ∙ 5 = 0.588 [mm]

P - pasul p = 5 [mm]

h - grosimea spirei de bază h = 0.81∙P - 0.1∙P = 4.05 - 0.22 = 3.83 [mm]

H1 - înălţimea utilă H1 = 0.75∙P= 0.75∙5=3.75 [mm]

- forfecare

-15

2.4 Verificarea şurubului la flambaj

Verificarea la flambaj nu este necesară pentru valori ale coeficientului de zvelteţe

λ ≤ 60.

lf - lungimea de flambaj lf =15 dl - încastrat la ambele capete.

lf =15 ∙ 19.732 = 295.98 [mm]

l - lungimea şurubului cuprinsă între cele două reazeme l = 211 [mm]

lf =0.5l= l= =

3. DIMENSIONAREA PIULIŢEI

Dimensionarea piuliţei fixe se face la solicitarea compusă (întindere şi răsucire) cu

relaţia:

rel. 4.32 (2)

- coeficientul care ia in considerare solicitarea de rasucire

= 1.3

pentru Fc 250

32

De 42

Se va respecta condiţia

Grosimea gulerului se ia:

-16-

Dg = (1.3 … 1.5) ∙ De = 1.5 ∙ 42 = 63 [mm]

hg = (0.2 … 0.25) ∙ m = 0.25 ∙ 50 = 12 .5= 12 [mm]

m - lungimea piuliţei

4. VERIFICAREA PIULIŢEI

Calculul de verificare a corpului piuliţei se face conform tabelului 4.7 (2).

Verificarea corpului piuliţei la solicitarea compusă.

efortul unitar normal

efortul unitar tangenţial

Verificarea gulerului piuliţei:

la încovoiere

=65

-17

la forfecare

=20-30 =20

la strivire

Solicitare compusă:

rel. 4.43 (2)

5. CALCULUL MECANISMULUI DE ACŢIONARE

Lungimea manivelei se determină în funcţie de momentul de torsiune total care

trebuie să fie realizat de către muncitori la acţionarea presei.

Se constată că solicitarea acestei secţiuni este de răsucire pură.

Mt = ½ Fmax d2 tg (βm + φ')

în care:

βm - unghiul de înclinare a elicei pe cilindrul de diametrul d2

φ' - unghiul de frecare

-18-

în care

μ - coeficient de frecare pentru cuplul de materiale şi calitatea ungerii

μ = 0.12 ÷ 0.15 pentru cuplul oţel / fontă

X∆ - unghiul de înclinare a flancului filetului care pentru filetul ferăstrău

este X∆ = 3º

Mt2=1.885

=44.33+1.885=46.215 N.m

Forta capabila dezvoltata de un operator:

Fcap=25 daN

Mtot= Fcap

dr- diametrul rotii de manevra

dr=

dr= 369 mm, se ia constructive ≥369

dr= 370mm

Verificarea sectiunii de calare a rotii de manevra la torsiune

rel. 4.2 (2)

unde:

Wp - modulul de rezistenţă a secţiunii în mm3 pentru secţiuni pătrate

-19

Wp = 0.208 a3 unde a - latura pătratului a=16

Wp = 0.208163 = 852 [mm3]

=

6 Calculul corpului presei,varianta cu doua coloane

Dimensionarea corpului

D4 Dg D3 D4 Dg=79.5 D3=80mm

Fc= =1.15 1.25

Fc=

Se allege d=M16×2 di=13.81mm

d′=d=6mm d3=d+(1÷6)=16+2=18mm d4=d3+(6÷12)=18+10=28 mm d4≥25mm l1=(2÷5)mm=4mm l2=(2÷5)+l filet=4+16=20mm l3≥d3=20mm l4= 38mm H1=m-hg+(0....4)=50-12+2=36mm H2=l3+(2÷4)=20+3=23mm H3=l4+(5÷10)=38+6=44mm

-20-

H4≥H3=44mm a=20÷30 a=30 b=(0.5÷1)×a=0.7× 30=21 c=(8÷ 15)=10 e=(0.6÷ 0.8) × c=0.6×10=6mm L1≈(5 ÷8) × De=5×53=265mm L2≈L1=265

l=

-21