Asamblari elastice
Argument : Asam Asambl blar aril ilee cu elem elemen ente te elas elasti tice ce serv serves escc la imob imobil iliz izar area ea unor un or pies piesee in po pozi ziti tiaa do dori rita ta,, fol folosi osind la mon onta tare re efec efecttul deformatriilor elastice a materialelor. In urma urma stra strang nger erii ii da dato tora rate te de defo form rmat atie ieii elas elasti tice ce asup asupra ra suprafetelor in contact, se exercita o presiune si prin urmare, forte de strangere. Aceste forte genereaza forte de frecare, care se opun modificarii pozitiei relative a suprafetelor in contact. Metoda este folosita la fixarea coroanelor bandajelor din materiale de calitate, pe discurile rotilot executate din material de calitate inferioara, la fixarea rotoarelor motoarelor electrice pe arbori sau pentru executrea altor organe de masini. Asamblarile prin strangere pot fi: Cu strangere proprie. Cu organe de strangere auziliare. Cele mai folosite organe de masina la asamblarile elastice sunt elemente elastice elastice de tip arcuri (amortizoare). Materiale: OLC55A, OLC60A, OLC65A, OLC75A, OLC 80A, materiale neferoase si oteluri aliate. Avantaje: • Aceste materiale utilizate la confectionare arcurilor sunt rezistente la coroziune; • Rezistenta la socuri si vibratii; • Se uti utilize lizeaz azaa cu bu bune ne rezu rezulltat tate la suspe uspens nsiiile ile masinilor; arcurilor, franelor sau ambreajelor.
1
•
Stra Strang nger erea ea se produce produce fara fara a se folos folosii elemen elemente te auxiliare, ceea ce conduce la economie de material, gabarit si masa redusa
Dezavantaje: o Dupa ruperea lor acestea trebuie inlocuite. o Utilizarea unor materiale tratare tero chimic o Personal inalt calificat o Necesita precizie mare de executie a pieselor componente; o Montarea si demontarea necesita mijloace speciale si costisitoare; o In timpul executarii operatiilor de demontare, piesele se deterioreaza adesea
CAPITOLUL I ASAMBLĂRI ELASTICE (ARCURI) Arcu Arcuri rile le sunt sunt orga organe ne de ma maşi şini ni care care real realiz izea ează ză o legă legătu tură ră elastică între anumite piese sau subansamble ale unei maşini. Prin forma lor şi prin caracte cteristicil cile mecanice deosebite ale materialelor din care se confecţionează, arcurile au capacitatea de a se deforma sub acţiunea unei forţe exterioare, preluând lucrul mecanic al acesteia şi înmagazinându-l sub formă de energie de deformaţie. La dispariţia sarcinii exterioare, energia înmagazinată este restituită sistemului mecanic din care face parte arcul. In tehnica moderna campul de folosire a arcurilor este foarte larg, ele putand servi unor scopuri multiple: - amorti amortizare zareaa ener energie gieii de de soc soc si a vibr vibrati atiilo ilor r
2
- acumularea unor energii ce trebuie redata treptat sau in scurt timp respectiv readucerea unor piese in pozitia initiala - exercitarea unei forte elastice permanente - masurarea fortelor de reglare - masurarea fortelor si momentelor prin utilizarea dependentei dintre sarcina si deformatia arcurilor - schimbarea fregventelor proprii ale unor organe de masini Criteriile principale de clasificare sunt: a.)In functie de forma constructiva se clasifica in: - arc cu foi; - arc bare de torsiune; - arc elicoidal; - arc spirale plane; - arc inelar; - arc disc; - arc bloc; b.)In functie de solicitarea materialului: La incovoiere arcurile se clasifica in: - arcuri cu foi; - arcuri disc; - arcuri spirale plane; La rasucire arcurile se clasifica in: - arcuri bara de torsiune; - arcuri elicoidale; La tractiune – compresiune arcurile se clasifica in: - arc inelar; c.)In functie de materialul din care sunt executate se clasifica in: Arcuri metalice: - feroase; - neferoase; 3
d.)In functie de modul de actiune a sarcinilor se clasifica in: - arcuri de traciune; - arcuri de incovoiere; - arcuri de rasucire e.)In functie de rigiditate se clasifica in: - Arcuri cu rigiditate constanta; - Arcuri cu rigiditate variabila ( progresiva sau degresiva) Domeniile de folosire ale arcurilor sunt variate, cele mai
importante fiind: amortizarea şocurilor şi vibraţiilor (la suspensiile autovehiculelor, cuplaje elastice, fundaţia utilajelor etc.); acumularea de energie (la ceasuri cu arc, arcurile supapelor etc.), care apoi poate fi restituită treptat sau brusc; exercitarea unei forţe permanente, elastice (la cuplajele de siguranţă prin fricţiune, ambreiaje prin fricţiune etc.); reglarea sau limitarea forţelor (la prese, robinete de reglare etc.); măsurarea forţelor şi momentelor, prin utilizarea dependenţei dintre sarcina exterioară şi deformaţia arcului (la cântare, chei dinamometrice, standuri de încercare etc.); modificarea frecvenţei proprii a unor sisteme mecanice.
MATERIALE ŞI TEHNOLOGIE Materialele utilizate în construcţia arcurilor se aleg astfel
încât să îndeplinească o serie de condiţii generale, cum sunt: rezistenţă ridicată la rupere, limită ridicată de elasticitate, rezistenţă 4
mare la oboseală (uneori şi rezistenţă la temperaturi înalte, rezistenţă la coroziune, lipsa proprietăţilor magnetice, dilataţie termică redusă, comportare elastică independentă de temperatură etc.). Materialele feroase dedicate construcţiei arcurilor sunt oţelurile. Acestea pot fi oţeluri carbon de calitate (OLC 55A, OLC 65A, OLC 75A, OLC 85A) sau oţeluri aliate (cu Si, pentru rezistenţă şi tenacitate; cu Mn sau Cr, pentru călibilitate şi rezistenţă la rupere; cu V, pentru rezistenţă la oboseală; cu Ni, pentru termorezistenţă). Oţelurilor pentru arcuri li se aplică un tratament termic de călire şi revenire medie, obţinându-se în acest mod o elasticitate mărită în toată masa materialului. Mărcile de oţeluri pentru arcuri sunt standardizate. Materialele neferoase se folosesc, de regulă, la arcuri care lucrează în câmpuri electrostatice, pentru care se doreşte lipsa proprietăţilor magnetice. Cele mai utilizate materiale neferoase pentru arcuri sunt alama şi bronzul, dar şi anumite aliaje speciale (Monel, Inconel etc.). Materialele nemetalice utilizate la arcuri sunt cauciucul, pluta etc. Tehnologia de obţinere a arcurilor depinde, cu precădere, de forma constructivă a acestora. Semifabricatele pentru arcuri elicoidale se prezintă sub formă de sârme, bare, benzi etc.. Forma elicoidală se obţine prin înfăşurare la rece (la arcuri cu secţiune mică) sau prin înfăşurare la cald (la arcuri cu secţiune mai mare). Tratamentul termic se efectuează, în general, după înfăşurare. La arcuri înfăşurate la rece, puţin solicitate, tratamentul termic se poate face înainte de înfăşurare, urmând ca după înfăşurare să se efectueze doar operaţii de revenire.
5
Calitatea suprafeţei arcurilor este determinantă pentru rezistenţa acestora la oboseală. În scopul creşterii durabilităţii arcurilor supuse la solicitări variabile, măsurile care se iau sunt: rectificarea suprafeţei arcului (după tratamentul termic), durificarea stratului superficial (dacă nu este posibilă rectificarea), acoperirea suprafeţei (pentru protecţie împotriva coroziunii), evitarea decarburării suprafeţelor în timpul tratamentului termic etc.
CARACTERISTICA ELASTICĂ Caracteristica elastică a unui arc reprezintă dependenţa dintre sarcina exterioară ( forţă sau moment de torsiune) care acţionează asupra sa şi deformaţia elastică (săgeată sau rotire) pe direcţia sarcinii. În funcţie de tipul sarcinii exterioare, caracteristica elastică se poate exprima prin una din expresiile F = F (δ) sau M t = M t( θ), în care δ reprezintă deformaţia liniară a arcului pe direcţia forţei F (săgeata), iar θ – deformaţia unghiulară a arcului pe direcţia momentului de torsiune M t (rotirea). În fig. 5.1 sunt prezentate cele două tipuri de caracteristici elastice liniare corespunzătoare celor două tipuri de sarcini exterioare. Panta caracteristicii elastice a arcului indică rigiditatea c a arcului, care se detrmină cu una din relaţiile (v. fig. 5.1): c=
tgα =
F δ
;
c′ = tgα =
M t θ
.
si
Caracteristica elastică liniară este întâlnită doar la arcuri care lucrează fără frecare, executate din materiale care respectă legea lui Hooke. Aceste arcuri sunt caracterizate de rigiditate constantă c = const. O altă mărime care caracterizează funcţionarea unui arc este energia de deformaţie acumulată, egală, în absenţa frecărilor, cu 6
lucrul mecanic al forţei care a provocat deformaţia. În (fig. 1.1), suprafeţele haşurate reprezintă lucrul mecanic de deformaţie al arcului încărcat cu forţa F 3 (v. fig. 1.1,a), respectiv cu momentul de torsiune M t3 (v. fig.5.1,b). Expresiile lucrului mecanic de deformaţie sunt: L
1
F
2
1 2
c
2
L
,
1 2
1 t
2
c
2
.
respectiv
Fig 1.1 Deşi arcurile cu caracteristică elastică liniară (rigiditate constantă) sunt cele mai întâlnite, în practică se utilizează şi arcuri cu rigiditate variabilă, la care caracteristica elastică este neliniară (fig. 1.2). Rigiditatea acestor arcuri se exprimă prin una din relaţiile: c = tg α =
∂F ∂δ
≠ const. ;
si
c′ =
tg α =
∂ M t ∂θ
≠ const.
7
Fig. 1.2 Fig. 1.3 Caracteristicile cu rigiditate progresivă au panta crescătoare, iar caracteristicile cu rigiditate regresivă au panta descrescătoare. Lucrul mecanic de deformaţie al arcurilor cu caracteristica elastică neliniară se exprimă sub una din formele (v. fig. 5.2): = θ ∫ = δ ∫ θ n
L
δ n
L
Fd
;
M t d
.
0
0
Caracteristica elastică la descărcare se suprapune exact peste caracteristica elastică de la încărcare doar dacă nu există frecări între elementele componente. Dacă arcurile sunt realizate din mai multe elemente suprapuse (arcuri în foi, arcuri inelare, arcuri disc) sau dacă arcul este realizat dintr-un material cu frecări interne considerabile (arcuri din cauciuc), caracteristica elastică (fig. 5.3) prezintă o diferenţă între încărcare şi descărcare (aşa-numitul „histerezis”). Lucrul mecanic absorbit de arc în timpul încărcării (suprafaţa de sub caracteristica de încărcare) este diferit de lucrul mecanic cedat de arc în timpul descărcării (suprafaţa de sub caracteristica de descărcare). Diferenţa dintre aceste lucruri mecanice o reprezintă lucrul mecanic consumat prin frecare (supraţa închisă de bucla „histerezisului”), care se transformă în căldură şi încălzeşte arcul. Datorită acestui fenomen, arcurile care prezintă o caracteristică elastică cu „histerezis” au capacitate mai mare de amortizare a şocurilor şi vibraţiilor.
8
CAPITOLUL II ARCURI ELICOIDALE Arcurile elicoidale se obţin din sârme sau bare de diverse profile, înfăşurate pe o suprafaţă directoare. Arcurile elicoidale se clasifică după o serie de criterii, prezentate în continuare. După forma secţiunii spirei, arcurile elicoidale pot fi cu secţiune rotundă, cu secţiune pătrată sau dreptunghiulară, cu secţiune profilată; După forma suprafeţei directoare, arcurile elicoidale se împart în arcuri cilindrice, arcuri conice, arcuri dublu conice, paraboloidale, hiperboloidale, prismatice etc. După modul de acţionare a sarcinii, se deosebesc arcuri elicoidale de compresiune, de tracţiune şi de torsiune. Standardele reglementează, pentru arcuri elicoidale, clasificarea, terminologia şi reprezentarea în desenul tehnic.
Arcuri elicoidale cilindrice de compresiune : În fig. 1.4 sunt prezentate câteva soluţii de arcuri elicoidale de compresiune, iar în fig. 1.5 sunt prezentate elementele geometrice ale arcurilor cilindrice elicoidale de compresiune cu secţiunea spirei rotundă (fig. 1.5, a) şi dreptunghiulară (fig. 15, b).
9
Fig 1.4
a
b
c
Fig 1.5 Terminologia utilizată pentru arcurile elicoidale cilindrice de compresiune cu secţiunea spirei rotundă (aplicabilă şi la secţiune dreptunghiulară a spirei) este: d - diametrul spirei; Di - diametrul interior de înfăşurare; Dm - diametrul mediu de înfăşurare; D - diametrul exterior de înfăşurare; t - pasul spirei; H 0 - lungimea arcului în stare liberă; α0 - unghiul de înclinare al spirei în stare liberă.
10
Suprafeţele de aşezare ale arcurilor elicoidale de compresiune se prelucrează plan, perpendicular pe axa arcului. Spirele de capăt, prelucrate astfel, nu se deformează elastic. Numărul total de spire, nt , ale unui arc elicoidal de compresiune se determină cu relaţia nt = n + nr , în care n reprezintă numărul de spire active (care participă la deformaţia elastică a arcului), iar nr este numărul de spire de reazem (de capăt), reglementat în standarde în funcţie de numărul de spire active: nr = 1,5, dacă n ≤ 7; nr = 1,5...3,5, dacă n > 7. Calculul de rezistenţă al arcului elicoidal cilindric de compresiune
Schema de calcul a arcului elicoidal cilindric de compresiune cu secţiunea spirei rotundă este prezentată în fig.1.6. Forta F , care actioneaza in axa arcului se descompune in doua componente :
b a
Fig 1.6 F cosα - perpendiculară pe planul spirei - determină solicitările de torsiune (dată de momentul de torsiune M ( F cos ) D 2 ) şi de forfecare (dată de forţa tăietoare T = F cosα); t
=
α
m
11
- aflată în planul spirei - determină solicitările de încovoiere (dată de momentul de încovoiere M = ( F sin α) D 2 ) şi de compresiune (dată de forţa normală N = F cosα). Deoarece unghiul de înclinare a spirei are valori mici (α = 6…9 o), deci cosα ≅ 1 şi sinα ≅ 0, iar tensiunea de forfecare este neglijabilă, în calcule se consideră doar solicitarea de torsiune, cu momentul M = F D 2 .
F sinα
i
t
m
m
Tensiunea de torsiune care apare în spira arcului – considerată de forma unei bare drepte – este τ t =
M t W p
F =
Dm 2 = 8FDm .
πd
3
πd
3
16
Notând cu
i=
Dm d
indicele arcului, relaţia tensiunii de torsiune
poate fi scrisă sub forma τ t =
8Fi
d
π
2
.
Deoarece distribuţia tensiunii de torsiune nu este uniformă pe circumferinţa spirei, având valori mai mari pe partea de la interiorul curburii (fig. 5.6, b), verificarea arcului la solicitarea de torsiune se efectuează cu una din relaţiile : 8FDm
τ t max = k τ t = k
πd
3
≤ τ at
si
8Fi
τ t max = k τ t = k ≤ τ at , 2 πd
în care k reprezintă coeficientul de formă al arcului, dependent de indicele i al arcului şi se poate determina cu relaţia : k =1+
1,6 i
.
Pentru dimensionarea spirei arcului rezultă:
12
d=3
8kFDm πτat
sau
d =
8kFi πτat
Rezistenţele admisibile la torsiune τat se aleg [] în funcţie de materialul arcului, tratamentul termic aplicat, caracterul sarcinii (statică sau oscilantă), condiţiile de funcţionare, importanţa arcului în cadrul ansamblului din care face parte, luând valori în intervalul τat = 500…800 MPa. Calculul la deformaţii al arcului elicoidal cilindric de compresiune
Calculul la deformaţii (denumit şi calcul de rigiditate) este un calcul specific arcurilor şi constă in determinarea deformaţiei arcului corespunzătoare unei anumite încărcări. Deformaţia arcului elicoidal cilindric de compresiune (săgeata) este reprezentată de deplasarea punctului de aplicaţie al forţei care îl încarcă, pe direcţia acesteia. Prin desfăşurarea spirei arcului sub forma unei bare (fig. 1.7). Fig 1.7
a
de lungime l = π Dmn, deformaţia este dată de lungimea arcului de cerc de-a lungul căruia se deplasează forţa F . Răsucirea totală a spirei arcului este :
13
θ=
M t l GI p
F =
Dm 2
G
πnDm
πd4
2
=
16nFDm 4
Gd
,
32
iar deformaţia arcului este :
δ=θ
Dm 2
3
=
8FnDm
Gd4
,
sau
δ=
8 Fni 3 Gd
,
unde: n reprezintă numărul de spire active, G – modulul de elasticitate transversal şi I p – momentul de inerţie polar al secţiunii spirei arcului. Relaţia de determinare a săgeţii demonstrează rolul determinant al indicelui arcului asupra elasticităţii acestuia. Arcurile cu indice mare sunt elastice (uşor deformabile), iar cele cu indice mic sunt rigide. Caracteristica elastică 14
15
Fig. 5.8
În fig1.8 este prezentată caracteristica elastică a unui arc elicoidal cilindric de compresiune. Notaţiile folosite în definirea acesteia sunt:
•H 0 – lungimea arcului în stare liberă; •F 1 – sarcina iniţială, de precomprimare
(de montaj); δ1, H 1 – săgeata, respectiv lungimea arcului montat, pretensionat cu forţa F 1; F max – sarcina maximă de funcţionare; δmax, H max – săgeata, respectiv lungimea arcului sub acţiunea forţei F max; h – cursa de lucru a arcului; F b – sarcina limită de blocare a arcului; δb, H b – săgeata, respectiv lungimea arcului blocat (comprimat spiră pe spiră). Datorită neuniformităţii pasului spirelor, la încărcare, unele spire intră în contact mai repede decât altele şi, în consecinţă, porţiunea finală a caracteristicii devine progresivă. Pentru evitarea funcţionării pe această porţiune neliniară a caracteristicii se •
•
•
• •
•
16
recomandă limitarea sarcinii maxime de funcţionare F max ≤ (0,8… 0,9) F b. Algoritm de proiectare
Dimensionarea unui arc elicoidal cilindric de compresiune se efectuează atât prin adoptarea unor parametri geometrici şi funcţionali ai acestuia, din considerente tehnologice şi funcţionale, cât şi în urma calculelor de rezistenţă şi la deformaţii.
Datele de intrare generale sunt: forma secţiunii spirei, sarcina maximă care încarcă arcul, săgeata maximă sau numărul de spire active sau rigiditatea impusă şi condiţiile de funcţionare. Etapele de proiectare ale unui arc elicoidal cilindric de compresiune sunt prezentate în continuare. 1. Se alege materialul arcului în funcţie de condiţiile de funcţionare şi se stabileşte rezistenţa admisibilă la torsiune. 2. Se efectuează calculul de rezistenţă, în urma căruia se determină diametrul d al spirei, care trebuie să corespundă unei sârme standardizate. 3. Se efectuează calculul la deformaţii – alegându-se sau adoptându-se numărul de spire active – astfel încât arcul să asigure condiţiile de rigiditate şi de gabarit impuse. 4. Se stabilesc dimensiunile geometrice ale arcului şi parametrii corespunzători caracteristicii elastice. 5. Se întocmeşte desenul de execuţie, în conformitate cu rezultatele etapelor anterioare şi cu prescripţiile cuprinse în standarde.
Arcuri elicoidale cilindrice de tracţiune 17
Arcul elicoidal de tracţiune preia o sarcină axială care tinde să îl întindă. Sarcina se aplică prin intermediul unor ochiuri de prindere, de forma unor cârlige realizate prin deformarea spirelor de capăt ale arcului (fig. 1.9 a, b, c şi d) sau prin intermediul unor piese separate (fig. 1.9 e şi f).
a
b
c
d
e
f
Fig 1.9
Arcuri elicoidale cilindrice de torsiune Arcurile elicoidale cilindrice de torsiune preiau un moment de torsiune aplicat pe direcţia axei arcului. Forma acestor arcuri este asemănătoare cu a arcurilor elicoidale cilindrice de compresiune, diferenţa fiind dată de construcţia spirelor de capăt, îndoite astfel încât să permită fixarea la un capăt şi aplicarea momentului de torsiune la celălalt capăt.
18
Fig 1.10
CAPITOLUL III Norme de tehnica securitatii muncii
In atelierele de montaj si intretinere se iau o seroe de masuri, in scopul protectiei impotriva accidentarilor si pentru evitarea deteriorarii organelor de masini. Printre aceste masuri, putem enumera : - temperatura din interiorul atelierului trebuie sa fie optima pentru desfasurarea activitatii, (temperatura ridicata micsoreaza 19
atentia si perceptia, iar cea scazuta micsoreaza mobilitatea lucratorilor). - masuri de mecanizare si automatizare, in special a operatiilor grele si cu risc crescut de accidentari ; - curatarea aerului de gaze, praf si aburi, prin ventilatie ; - atelierele de reparatii si intretinere trebuie sa fie bine iluminate, atat ziua , cat si noaptea ; - protejarea instalatiilo electrice impotriva electrocutarii si legarea aparatelor si instalatiilor la reteaua de impamantare ; - verificarea inainte de utilizare a instalatiilor de ridicat (cabluri, lanturi, scripeti) ; - ancorarea masinilor si a instalatiilor in timpul transportului ; - evitarea stationarii muncitorilor in raza de actiune a macaralelor, sau a altor utilaje grele ; - mecanismele de ridicat si transportat sa fie manevrate numai de personalul calificat in acest scop ; - respectarea regurilor prescrise pentru personalul care manevreaza substantele necesare spalarii pieselor (manusi, masti de gaze, interzicerea folosirii flacarii deschise, departarea de locurile sudata) ; - verificarea starii utilajelor si a dispozitivelor folosite ; - indepartarea aschiilor de pe masini ; - respectarea regurilor de depozitare a pieselor.
Echipamentul individual de protectie reprezinta totalitatea mijloacelor cu care este dotat fiecare participant in procesul de munca si constituie un element foarte important in protejarea impotriva factorilor de risc. Echipamentul se acorda obligatoriu si gratuit tuturor salariatilor, precum si altor categorii participante la procesul muncii, in conformitate cu Normativul cadru de acordare si utilizare a echipamentului individual de protectie, elaborat de Ministerul Muncii, Solidaritatii Sociale si Familiei si aprobat prin Ordinul nr. 225/1995. Pe baza acestuia, angajatorul este obligat sa intocmeasca lista interna de dotare cu EIP ( echipament individual 20
de protectie) adecvat executarii sarcinilor de munca in conditii de securitate. Alegerea echipamentului individual de protectie se face in functie de riscuri, alegandu-se tipul, aplicandu-se anumite standarde si folosind anumite marcaje. Prevenirea accidentelor de munca si a bolilor profesionale se face prin introducerea pe piata si doar prin utilizarea acelor echipamente individuale de protectie care mentin sanatatea si care asigura securitatea altor persoane, animale domestice ori bunuri, atunci cand sunt intretinute adecvat si utilizate conform scopului prevazut. Utilizarea EIP este permisa daca : • Este conform reglementarilor tehnice aplicabile ; • Este corespunzator riscurilor pe care le previne, fara a induce el insusi un risc suplimentar ; • Raspunde conditiilor existente la locul de munca ; • Tine seama de cerintele ergonomice si de sanatate ale angajatului ; • Este adaptat conformatiei purtatorului. Degradarea sau pierderea lui, inainte de termenul de utilizare prevazut, din vina purtatorului, atrage raspunderea acestuia pentru prejudiciul cauzat, potrivit legii (art. 13, Legea nr 90/1996, republicata).
21
