U.P.B
PROIECT O.M.
1.TEMA PROIECTULUI. Sa se proiecteze o presa cu piulita rotitoare cu urmatoarele date: Sarcina maxima: F= 8790 [N] Cursa maxima : h= 250 [mm] Proiectul va contine: -memoriu tehnic -memoriu justificativ de calcul -desen de ansamblu (scara 1:1) -desen de executie pentru surubul de forta si piulita. Termen de predare: ultima sedinta de proiect.
PAG. 1
U.P.B
PROIECT O.M.
PAG. 2
2.MEMORIU TEHNIC. Presa cu piulita rotitoare este utilizata in atelirele de lacatuserie pentru montarea si demontarea unor ajustaje presate de dimensiuni mici, stantarea de piese de dimensiuni mici si medii care se executa in serii mici. In functie de marimea solicitariila care sint supuse presele cu piulita rotitoare exista doua variante constructive: a)Presa cu piulita rotitoare cu o coloana (fig. 1) care are urmatoarele elemente componente: 1-corpul presei 2-surubul principal 3-pana 4-capac fix 5,6-suruburi 7-piulita rotitoare 8-manete actionare Principiu de functionare: miscarea de rotatie transmisa de la manetele de actionare este transtormata in miscare liniara in sensul sus-jos de catre mecanismul surubpiulita.Pentru diminuarea frecarilor dintre elemente se monteaza rulmenti axiali, iar mecanismul surub-piulita se greseaza cu unsori consistente.Corpul presei si coloana se executa din fonta turnata si datorita solicitarilor la care sint supuse se verifica la incovoiere si tractiune.Pentru mecanismul surub-piulita in functie de tipul si marimea solicitarilor se folosesc diferite cupluri de materiale cum ar fi: otel necalit-bronz, otel necalit-fonte, otel-otel etc. La alegerea materialelor se va avea in vedere si criterii economice. b)Presa cu piulita rotitoare cu doua coloane (fig.2) este alcatuita din urmatoarele elemente componente: 1-masa presei 2-coloane 3-surub de miscare 4-capac 5-suruburi fixare capac 6-traversa fixa 7-saibe 8-piulite 9-manete 10-piulita 11-pana paralela
U.P.B
PROIECT O.M.
PAG. 3
12-piulita rotitoare 13-coloana mobila 14-stift Ca principiu de functionare este identica cu presa cu o coloana.Prezinta avantajul de a putea lucra cu fore mult mai mari data fiind constructia ei, iar ca dezavantaj piesa ce trebuie presata sau stantata trebuie sa intre intre cele doua coloane. MEMORIU JUSTIFICATIV DE CALCUL 3.1Date de proiectare. -sarcina maxima: F= 8790 [N] -cursa maxima; h= 250 [mm] 3.2Calculul si proiectarea surubului. 3.2.1Alegerea profilului filetului. Se alege un filet trapezoidal STAS 2114/1-75. Acest tip de filet asigura o buna centrare intre mecanismul surub-piulita, are o rezistenta si o rigiditate mare putind transmite sarcini mari in ambele sensuri.Datorita acestor considerente tehnice dar si considerentelor economice este cel mai intilnit tip de filet in mecanismele surub-piulita. 3.2.2Alegerea materialului pentru surub si piulita. Avind in vedere ca presele manuale nu lucreaza la viteze deosebite nu se impune executarea unor tratamente termice pentru surubul presei.Astfel se alege pentru surub materialul:OL70, STAS 500-80 cu urmatoarele caracteristici mecanice: -clasa de calitate: 1 -rezistenta la tractiune: Rm=min 690 [N/mm2] -limita de curgere: Rp02=350 [N/mm2] -alungirea la rupere: A=16 [%] Materialul ales pentru piulita este bronz: CuSn12, STAS 179/2-79,avind urmatoarele caracteristici mecanice: -rezistenta la tractiune: Rm=250[N/mm2] -alungirea la rupere: A=5[%] -duritatea: 90 [HB] Materialul este turnat centrifugal in forme metalice. 3.2.3.Calculul diametrului mediu al filetului.
U.P.B
PROIECT O.M. d2 =
PAG. 4
F ⇒ d 2 = 34,16[ mm ] π ⋅ψ h⋅ ⋅ψ m ⋅ q a
ψ m → factor dim ensional H ψm = l P H l → inaltimea medie a filetului P → pasul Pentru filete trapezoida le ψ h = 0,5 m ψm = → factorul lungimii filetului piulitei d2 ψ m = 1,2...2,5 ⇒ ψ m = 2 q a → rezisteta admisibila la stivire q a = 8...10 N ⇒ qa = 9 N mm 2 mm 2 _
[
]
[
]
Din STAS 2114/1-75 se indentifica dimensiunile filetului: -diametru mediu: D2=d2=34.500 [mm] -diametru nominal: d=32 [mm] -pasul: P=6 [mm] -diametrul exterior: D4=39 [mm] -diametrul interior: d3=30 [mm] -diametrul interior: D1=31 [mm] Notarea filetului: Tr 38 x 14 (7) RH. 3.2.4.Alegerea numarului de inceputuri. La presele manuale nu se impune conditia de autofrinare, iar actionarea lor fregventa din motive de randamemt impune folosirea a 2-3 inceputuri.Se alege un numar de inceputuri n=2. 3.2.5.Calculul de spire in contact. z=
ψm ⋅ d 2
P Se rotnjeste
⇒ z = 9,85 valoarea lui z ⇒ z = 10
6 ≤ z ≤ 11 → conditia
se indeplines te
3.2.6.Calculul lungimii filetului piulitei. m = z ⋅ P ⇒ m = 70[ mm ] 3.2.7.Verificarea surubului. 3.2.7.1.Verificarea surubului la solicitari compuse. Expresia momentelor de torsiune
U.P.B
PROIECT O.M.
PAG. 5
⇒ βm = 6.84 deg βm → unghiul de inlinare a elicei pe cilidrul de diametrul P π ⋅ d 2
βm = a tan
d2
µ = 0,1... 0,18 ⇒ µ = 0,15 βµ → coeficient de frecare α1 = 15 [] α1 → unghiul de inclinare a flancurilo r filetului La filetul trapezoida l : α = 15 []
ψ →unghi de frecare µ ⇒ψ = 8.53 deg ψ = a tan α1 ⋅ π cos 180 1 M tl = ⋅ d 2 ⋅ F ⋅ tan ( βm +ψ ) ⇒ M tl = 153 .697 [ N ⋅ m ] 2000
Efortul la compresiune: σc =
4⋅ F ⇒ σ c = 46.68[ N ⋅ m] π ⋅ d 32
Efortul unitar la rasucire: τt =
[
16 ⋅ 103 ⋅ M tl ⇒ τ t = 28.997 N 3 mm2 π ⋅ d3
Efortul unitar echivalent:
[
σ e c h = σ c + 4 ⋅ τ t ⇒ σ e c h = 1 2.7 5 4M
3.2.7.2.Verificarea spirelor surubului.
]
]≤ σ mm 2
ac
[ mm]
= 6 7N
2
U.P.B
PROIECT O.M.
PAG. 6
Solicitarea la strivire: H l → inaltimea utila Pentru filet trapezoida l :
H l = 0.5 P ⇒ H l = 3.5[ mm ] q =
[
]
[
F ⇒ q = 8.69 N ≤ qa = 9 N mm 2 mm 2 z ⋅π ⋅ d3 ⋅ H l
]
Solicitarea la incovoiere: h → grosimea spirei la baza Pentru filet trapezoida l : h = 0.634 ⋅ P ⇒ h = 4.43[ mm ] a c → jocul la fund
Pentru filet trapezoida l cu P = [ mm ] ⇒ a c = 0.5
H 6 ⋅ F ⋅ l + ac 2 ⇒ σ = 24.08 N σi = ≤ σ ai = 74 N i mm 2 mm 2 π ⋅ z ⋅ d3 ⋅ h2
[
Solicitarea forfecare: τf =
[
]
]
[
[
F ⇒ τ f = 7.90 N ≤ τ af = 54 N mm 2 mm 2 z ⋅π ⋅ d3 ⋅ h
]
3.3.Calculul si proiectarea piulitei. 3.3.1.Filetul pentru piulita de fixare a rotii de manevra. σ at → rezistenta admisibila la tractiune σ at = 32 N mm 2 β = 1.3
[
d1' =
]
4⋅ β ⋅ F + D1' ⇒ d 1' = 51.65 ≈ 53.500[ mm] ( STAS ) π ⋅ σ at
3.3.2.Diametrul portiunii de calare a rotii. Dc = d + (10 ... 14 )[ mm ] Dc = d1' + 12 ⇒ Dc = 67 [ mm ]
]
U.P.B
PROIECT O.M.
Din STAS 1004-75se alege o pana de forma B. Dimensiunile penei: Latimea: b=20[mm], Inaltimea: h=12[mm], Lungimea: l=20[mm]. Dimensiunile canalului de pana: Latimea: b=20[mm], Adincimea:-arbore t1=7,5[mm], -butuc t2=4,9[mm], Raza de racordare :- r1=0,60[mm], -r2=0,40[mm]. 3..3.3.Diametru exterior al corpului piulitei. t 2 → inaltimea penei in int eriorul surubului
j N = 2[ mm ] → dis tan ta d int re pana si piulita
D0 = d + 2( t 2 + j N ) ⇒ D0 = 51 .8 ≈ 52 [ mm ] De =
4⋅β ⋅F + D02 ⇒ De = 108 .9 ≈ 109 [ mm ] π ⋅ σ at
Se verifica conditia: g3 =
De − D0 ⇒ g 3 = 29[ mm] ≥ 5[ mm] 2
Conditia se indeplineste. 3.3.5.Diametrul gulerului piulitei. d m < D g < Dr ⇒ D g = 135 [ mm ]
3.3.6.Grosimea gulerului piulitei. hg ≥ 1.6 ⋅ g 3 ⇒ h g = 46 .4[ mm ]
3.4.Verificarea piulitei. 3.4.1.Verificarea corpului piulitei. 3.4.1.1.Solicitarea compusa.
PAG. 7
U.P.B
PROIECT O.M.
Efort unitar normal:
[ ] ]<σ = 4.5[ N mm
PAG. 8
[ ] ] = 32[ N mm
σt =
4⋅ F ⇒ σ t = 25.95 N < σ at = 32 N mm 2 mm 2 π ( d1' − D12 )
σt =
4⋅ F ⇒σt π ⋅ ( De2 − D02 )
2
at
2
Efort unitar tangential: l x = 40[ mm] lx ⇒ M tx = 3.29[ N ⋅ m] m 16 ⋅ 10 3 ⋅ M tx ⋅ d1' τt = ⇒ τ t = 3.29 N < τ at = 22 N mm 2 mm 2 π ⋅ ( d1' 4 − D14 ) M tx = M tl ⋅
[
]
[
]
M ty = M tl − M tx ⇒ M ty = 65.87[ N ⋅ m]
µ 0 = 0.01 1 M t2 = ⋅ µ 0 ⋅ d r ⋅ F ⇒ M t 2 = 18.15[ N ⋅ m] 2000 M t'' = M t 2 + M ty ⇒ M t'' = 84.02[ N ⋅ m] τt =
[
]
[
16 ⋅ 10 3 ⋅ M t'' ⋅ De →⇒ τ t = 0.3 N < τ at = 22 N mm 2 mm 2 π ⋅ ( De4 − D04 )
3.4.2.Verificarea gulerului piulitei. 3.4.2.1.Solicitarea de incovoiere. Efortul unitar normal: τi =
[
]
[
3⋅ F ⋅ ( dm − dr ) ⇒ τ i = 2 .1 N < τ at = 32 N mm 2 mm 2 π ⋅ d r ⋅ hg2
3.4.2.2.Solicitarea la forfecare. Efort unitar tangential:
τf =
[ ]
F ⇒ τ f = 2.0 5N 2 mm π ⋅ d 2⋅ ⋅ hg
3.4.2.3.Verificarea spirelor piulitei. Solicitarea la strivire:
]
]
U.P.B
PROIECT O.M.
PAG. 9
H l → inaltimea utila
H l = 0.6 ⋅ P →⇒ H l = 3.5[ mm ] q=
[
]
[
F ⇒ q = 8 .6 N < qa = 9 N mm 2 mm 2 z ⋅π ⋅ d 2 ⋅ H l
]
Solicitarea la incovoiere: h → grosimea de baza a spirei h = 0.634 ⋅ P ⇒ h = 4.438[ mm ] a c → joc la fund a c = 0 .5 H 6 ⋅ F ⋅ l + ac 2 ⇒ σ = 28,08 N σi = < τ at = 32 N t 2 mm 2 mm 2 π ⋅ z ⋅ d3 ⋅ h
[
Solicitarea la forfecare: γf =
[
F ⇒ γ f = 7.90 N mm 2 π ⋅ z ⋅ h ⋅ d3
]
[
]
]
3.5.Calculul corpului presei. 3.5.1.Diametrul exterior al saibei de carcasa a rulmentului axial. D5 = Dr + ( 2...5) [ mm ]
D5 = Dr + 3 ⇒ D5 = 148[ mm ]
3.5.2.Diametrele suruburilor de fixare. Se aleg suruburi M8 comform STAS 3336-81,D6=9[mm]. D7 = D5 + D6 +10 ⇒ D7 = 164 [ mm ] D8 = D7 + D6 +10 ⇒ D8 = 183 [ mm ]
D p 2 → diametru max im al surubului ce se monteaza
prin alezaj
D p 2 = 32 [ mm ]
D9 = D p 2 + 2 ⇒ D9 = 34 [ mm ]
Se aleg suruburi pentru fundatie M12, STAS-3336-81, D10=13[mm].
U.P.B
PROIECT O.M. a1 = 20[ mm ]
a 2 = ( 0.3.... 0.8) a1
a 2 = 0.5 ⋅ a1 ⇒ a 2 = 10[ mm ]
b2 = D8 = 173[ mm ]
b1 = 0.5 ⋅ b2 ⇒ b1 = 86.5[ mm ] c1 = 2 ⋅ a1 ⇒ c1 = 40[ mm ] c 2 = c1 = 40[ mm ]
l1 = 2... 4 ⇒ l1 = 4[ mm ]
l 2 = 3... 10 ⇒ l 2 = 10[ mm ]
L1 = 3 ⋅ D8 ⇒ L1 = 519[ mm ] L2 = L1 = 519[ mm ]
H 1 = c1 + 50 ⇒ H 1 = 90[ mm ]
H 2 = T + hg + 10 ⇒ H 2 = 81 .4[ mm ] H 3 = H 2 + De ⇒ H 3 = 190 .4[ mm ]
ν = 45[ ]
PAG. 10
U.P.B
PROIECT O.M.
PAG. 11
U.P.B
PROIECT O.M.
PAG. 12
U.P.B
PROIECT O.M.
PAG. 13
. Proiectarea corpului presei: Ansamblul şurub − piuliţă este montat într-o traversă susţinută pe două coloane cu capetele filetate. Aceste coloane servesc şi ca elemente de ghidare pentru partea mobilă a presei. În continuare se prezintă un mod simplificat de abordare a problemei pe baza modelului din figura de mai jos − un cadru simetric dublu încastrat. Această modelare poate corespunde relativ bine realităţii, atunci când placa de bază este mult mai rigidă decât coloanele. Cadrul dublu încastrat constituie un sistem triplu static nedeterminat. Ca metodă de rezolvare se poate folosi metoda eforturilor. Pentru simplificarea problemei se face ipoteza că momentul de inerţie al coloanei este egal cu cel al traversei: I c = I t = I. Se calculează deplasările şi se scrie sistemul ecuaţiilor de condiţie. Rezolvarea acestuia conduce la următoarele rezultate: X1 = M A = M D = −
F l2 ; 8 h + 16 l
X2 = HA = HD =−
3F l2 , unde: 8 h 2 + 16 h l
X 1, X 2 sunt eforturi static nedeterminate.
M B = M A − H A ⋅ h = −2 M A =
2F l2 ; 8 h +16 l
M F = M B −V A ⋅
2 F l (h + l ) l F l =M B − ⋅ =− . 2 2 2 8 h +16 l
Coloanele sunt solicitate totodată şi la tracţiune de forţele: V A = V D =
≅ 260 mm, iar l = 200 mm. X1 = M A = M D = −
X2 = HA = HD = −
20 .000 ⋅ 200 2 = −151.515,15 1 N ⋅ mm ; 8 ⋅ 260 + 16 ⋅ 200
3 ⋅ 20.000 ⋅ 200 2 = −1748,251 N ; 8 ⋅ 260 2 + 16 ⋅ 260 ⋅ 200
M B = −2 M A = 303.030.30 3 N ⋅ mm ; MF =−
2 ⋅ 20 .000 ⋅ 200 ⋅ (260 + 200 ) = − 696.969,69 7 N ⋅ mm ; 8 ⋅ 260 + 16 ⋅ 200
F . Se consideră h 2
U.P.B
PROIECT O.M. V A =V D =
PAG. 14
20 .000 =10 .000 N . 2
Se constată că în situaţiile corespunzătoare modelului fizic analizat, asamblările coloanelor cu traversa şi cu placa de bază sunt solicitate la tracţiune şi încovoiere. În continuare se poate trece la dimensionarea şi verificarea elementelor componente.
Predimensionarea coloanelor: Se alege soluţia constructivă în care sunt asamblate ambele capete şi se face o predimensionare doar la tracţiune a secţiunii periculoase (cea din zona degajărilor). Pentru siguranţă, tensiunile admisibile la tracţiune se vor lua mult mai mici decât cele normale (C c = 3 ÷ 4). Se alege: C c = 2,5. π d 02 F Anec = = , unde: 4 2 σ at σ 360 σ at = c = = 144 MPa . Cc 2,5 Coloana se realizează din oţel OL 70 STAS 500/2−80, care are rezistenţa la rupere la tracţiune: R m= σ d 0 min =
2F
π σ at
=
c
= 340 ÷ 360 MPa.
2 ⋅ 24 .000 = 9,403 mm . Se alege: d 0 = 14 mm, iar constructiv: π ⋅144
D 0 = 16 mm; D = 24 mm; h ≅ 275 mm; d 0’ = 10 mm. Verificarea coloanelor se face la solicitarea de tracţiune în zona degajărilor:
σt =
F
2 = 20.000⋅ 4 = 127,324 MPa< 144 MPa = σ ⇒ at π '2 2π ⋅ 102 ⋅ d0 4
secţiunea degajării (d 0’) rezistă la tracţiune. Dacă rezistă secţiunea de diametru d 0’ rezistă, rezultă că rezistă şi secţiunea de diametru d 0. Dimensionarea plăcii de presiune: Dimensionarea se face constructiv, după care se fac verificările necesare. Asamblarea dintre capul şurubului şi placa de presiune se face cu un ştift cilindric B8× 60 STAS 1599−80, realizat din oţel OL 60 STAS 500/2−80. Dimensiunile acestui ştift sunt: − diametrul: d = 8 mm; − lungimea: l = 60 mm;
U.P.B
PROIECT O.M.
PAG. 15
− înălţimea maximă a teşiturii: c max = 1,6 mm.
16. Verificarea asamblării cu ştift: Asamblarea este solicitată de către momentul de înşurubare în piuliţă: M t = M21 = 33.930,269 N⋅ mm. a) solicitarea de forfecare: Mt F D τ f = t = c 2 ≤ τ a , unde: τa = 80 MPa, Dc este diametrul capului şurubului care se Af π d s
4 fixează în placa de presiune, iar d s reprezintă diametrul ştiftului. Amin =
π F ⋅ Dc2 = 4 σ as
⇒ Dc min =
4F = π σ as
4 ⋅ 20 .000 = 29,134 mm . În acest calcul am π ⋅ 30
folosit τas = 30 MPa ( τas = 20 ÷ 40 MPa ) pentru a evita griparea şi pentru asigurarea unei durabilităţi ridicate. Se alege: Dc = 36 mm. 4 ⋅ 33.930,269 τf = = 18,750 MPa < 80 MPa = τ a ⇒ asamblarea cu ştift rezistă la 36 ⋅ π ⋅ 8 2 solicitarea de forfecare.
U.P.B
PROIECT O.M.
Filetul Piulitei
PAG. 16
U.P.B
PROIECT O.M.
PAG. 17
U.P.B
PROIECT O.M.
PAG. 18
.BIBLIOGRAFIE : Dorina Matiesan & colectiv---Elemente de proiectare pentru mecanismele cu surub-piulita. I.P. Cluj-Napoca. 1985. STAS 1004-71---Îmbinări cu pene paralele. Sectiunile penelor si canalelor pentru pene. U.R.B.---Catalog de rulmenti nr. 7185. Bucuresti 1993. P.Precupetu & colectiv---Desen tehnic industrial pentru constructia de masini. Bucuresti Editura Tehnica 1985.
