Universitatea din Craiova Facultatea de Ingineria şi Managementul Sistemelor Tehnologice Drobeta Turnu Severin
PROIECT Alegerea şi Utilizarea Materialelor
2011
TEMA PROIECTULUI
ROATĂ DINŢATĂ CU DINŢI ÎNCLINAŢI
CONŢINUTUL PROIECTULUI 1.Tema proiectului 2.Analiza functională,constructivă şi tehnologică a produsului. Stabilirea itinerariului tehnologic de prelucrare. -se analizează rolul funcţional al piesei în ansamblu din care face parte,forma constructiv ă şi tehnologică. -se stabileşte itinerariul tehnologic. 3.Stabilirea matricei de proprietăţi pe care trebuie să le îndeplineasca produsul.Ierarhizarea lor şi stabilirea ponderii de importanţă relativă. -alegerea preliminară a mărcilor de materiale. -evaluarea plajei necesare pentru propriet ăţile analizate şi stabilirea calificativelor de apreciere. -selecţia materialului optim pe baza ponderii de importan ţă relativă a proprietăţilor. 4.Analiza şi verificarea materialului selectat. -analiza din punct de vedere al caracteristicelor de rezistent ă. -analiza procedeelor de durificare strucural ă şi a eventualelor procedee de tratament termic. -verificarea comportării la solicitări variabile. -analiza comport ării tehnologice a materialului. 5.Variante tehnologice de obţinere a caracteristicelor impuse materialului. -alegerea tratamentelor termice primare -alegerea tratamentelor termice secundare -alegerea parametrilor tehnologici pentru durificare superficial ă. 6.Stabilirea metodelor de verificare a caracteristicelor şi a calităţii materialului. 7.Elaborarea documentaţiei de execuţie a produsului. 8.Bibliografie
Alegerea materialului unei roţi dinţate cu dinţi înclinaţi 1.Noţiuni fundamentale despre roţi dinţ ate Roţile dinţate sunt foarte răspândite în industria constructoare de maşini,ele întâlnindu-se în aproape toate transmisiile mecanice. Ele se folosesc în angrenaje,de exemplu în schemele cinematice ale unor maşini-unelte complexe,strunguri,automobile se g ăsesc sute de ro ţi dinţate.Se întâlnesc în majoritatea subabsamblelor,cum sunt cutiile de viteză având diverse destinaţii.
Roţile dinţate se confectioneză după următoarele materiale: -materiale plastice -oţeluri -fonte aliate -alame -bronzuri Părtile componente ale roţilor sunt: -disc -spiţe -coroană -butuc Roţile dinţate utilizate în construcţia de maşini pot fi clasificate după următoarele criterii: *După poziţia axelor de rotaţie: -cu axe paralele -cu axe intersectate în plan -cu axe intersectate în spa ţiu; *După forma şi poziţia dinţilor: -cu dinţi bombaţi
-cu dinţi curbaţi -cu dinţi din bolţuri -cu dantură în v sau w -cu dantură dreaptă interioară sau exterioară -cu dantură înclinată exterioară sau interioară -cu dantură profil cicloidal,arc de cerc,spiral ă,octoidal; *După felul contactului în angrenare şi după raportul de transmitere: -cu contact liniar -cu contact punctiform -cu contact de transmitere variabil; *După forma roţilor componente ale angrenajelor,care la rândul lor se clasifică în: -angrenaje conice -angrenaje cilindrice -angrenaje melcate -angrenaje hiperboloide. Termenul de roată dintaţă este folosit ca termen generic şi în cazul organelor dinţate având forme specifice şi denumiri particulare(cremaliera,melc,etc). Curba cea mai utilizată la realizarea profilului unui dinte este evolventa,datorit ă avantajelor ce le oferă în angrenare şi a execuţiei uşoare.
Principalele elemente geometrice ale danturii sunt: *profilul dintelui: este linia de intersec ţie a unui dinte cu o suprafaţă frontală. *flancul dintelui:este por ţiunea de suprafată de-a lungul dintelui,cuprinsă între suprafaţa de cap şi suprafaţa de picior; *cerc de cap(varf):cu diametrul „D ”-diametrul de cap:se ob ţine prin intersecţia cilindrului de cap cu un plan perpendicular pe axa ro ţii; *cercul de picior cu diametrul„D ”:se obţine prin intersecţia cilindrului de picior cu un plan perpendicular pe axa ro ţii; *cercul de baza cu diametrul„D ”:este cercul care rulează dreapta a
f
b
generatoare a profilului în evolvent ă. *înalţimea capului dintelui(de divizare) „ha”:reprezintă distanţa radială între cercul de cap şi cercul de divizare: *înalţimea piciorului dintelui(de divizare)„H ”:reprezintă distanţa radială dintre cercul de picior şi cercul de divizare; *înalţimea dintelui „H ”:reprezinta distanţa radială între cercul de cap şi cercul de picior; *grosimea dintelui „S ”:este arcul de cerc măsurat pe cercul de divizare,cuprins între dou ă profile frontale ale unui dinte; *lăţimea golului „E ”:este arcul de cerc măsurat pe cercul de divizare,cuprins între doi din ţi alăturaţi; * pasul circular „P”:reprezintă lungimea arcului de cerc m ăsurată pe cercul de divizare între două flancuri consecutive; * pasul unghiular „t”:este raportul dintre circumferin ţa,exprimată în unităţi de cap;şi se obţine prin intersecţia cilindrului de cap cu un plan perpendicular pe axa roţii; f
a
d
d
Reprezentarea roţilor dinţate: Regulile de reprezentare ale roţilor dinţate cilindrice şi conice,a cremalierelor,melcilor,ro ţilor melcate,roţilor de lanţ,şi roţilor de clichet sunt stabilite de STAS 734-82. Regulile de bază sunt următoarele: -roata dinţată se reprezintă în vedere ca,marginită de suprafaţa de cap,al cărui contur se trasează cu o linie groasă. -în secţiune longitudinală roata dinţata se reprezintă ca şi cum ar avea un număr par de dinţi,cu dantură dreaptă ,considerând că planul de secţionare trece prin două goluri diametral opuse. -în secţiune transversală se reprezintă numai cremalierele şi melcii. Cremalierele şi melcii se reprezintă nesecţionate în proiecţie longitudinală.
Pricipalele elemente geometrice ale danturii înclinate
2.Analiza functională,constructivă şi tehnologică produsului Stabilirea itinerariului tehnologic de prelucrare
a
Angrenajele cu roţi dinţate cu dinţi înclinaţi prezintă unele particularităţi legate de cinematică,particularităţi de care trebuie să se ţină seama. Funcţionarea angrenajelor este determinat ă în principal de precizia prelucrării danturii;ea este influenţată şi de rigiditatea arborilor,a carcaselor,a lagărelor şi de precizia acestor organe.Procesul de angrenare la angrenajul cu din ţi înclinaţi este diferit faţă de cel de la angrenajul cu dinţi drepţi. La angrenarea cu dinţi înclinaţi,angrenarea începe de la un colţ al piciorului roţii motoare iar liniile de contact sunt intersec ţiile planului de angrenare cu flancurile din ţilor,sunt drepte dispuse înclinat pe în ălţimea dinţilor. Datorită înclinării danturii lungimea liniei de contact se modific ă continuu între valoarea minimă şi valoarea maximă. Roţile dinţate cilindrice,având dinţii înclinaţi faţă de generatoarea cilindrului divizor al ro ţii cu un unghi corespunzator cercului de divizare.Gradul de acoperire „ ” şi durata angrenării sunt mai mari,iar dinţii preiau efortul progresiv şi participarea simultan partial ă a câtorva perechi de dinţi la procesul angrenarii. Înclinarea danturii asigur ă posibilitatea realizării unor roţi dinţate cu număr de dinţi mai mic,în limitele impuse de fenomenul de interferen ţă.În general,dantura angrenajului rezist ă mai bine la înconvoiere şi la presiunea de contact.
Dantura angrenajelor cu din ţi înclinaţi este o dantura evolventică şi deci generarea acesteia se poate face cu o cremalieră generatoare iar generarea acesteia se poate face cu o cremaliera generata cu dinti înclina ţi al cărui plan de referinţă rulează pe cilindru de viteze a roţii. Principalul neajuns al danturii înclinate il constituie apari ţia eforturilor axiale suplimentare,ceea ce impune folosirea unor lag ăre corespunzătoare. Roata imaginară cu dantura dreaptă,pe care se succed dinţi drepţi,având pasul „p” egal cu pasul „p ”al roţii cu dinţi înclinaţi,se numeşte roată echivalentă.Caracteristicile geometrice ale acestei ro ţi se utilizează pentru dimensionarea roţii reale cu dinţi înclinaţi,ca şi pentru stabilirea caracteristicilor sculelor-cremaliera.Intersectând cilindrul de divizare al roţii dinţate reale printr-un plan normal rezult ă o secţiune de forma unei elipse,numită elipsa de divizare. n
3.Stabilirea matricii de proprităţi pe care trebuie să le îndeplinească produsul
Alegerea preliminară a mărcilor de materiale Materialul pentru ro ţi dinţate se alege în funcţie de condiţiile în care lucrează angrenajul. Din punct acesta de vedere trebuie s ă se cunoască mai bine forţele care solicită angrenajul,caracterul solicitărilor,condiţiile de mediu,viteza periferică.
În funcţie de solicitări,avem: a)pentru roţi dinţate cu încărcări şi viteze periferice reduse,cuprinse între 0,5 si 2 m/s,se recomand ă folosirea aliajelor neferoase:o ţel şi fontă. b)pentru roţi dinţate cu încărcări şi viteze periferice medii,cuprinse între 2 si 8 m/s,se recomand ă oţeluri semidure nealiate sau slab aliate,precum şi fontă. Aceste roţi se întâlnesc la maşini agricole,reductoare de dimensiuni mari,maşini de ridicat şi transportat,etc. c)pentru roţi dinţate cu încărcări şi viteze periferice ridicate,cuprinse între 8 si 16 m/s cu încărcări mari pe dinte,se recomandă oţeluri aliate şi nealiate. Aceste roţi se întâlnesc în cutiile de viteze de la maşini-unelte,turbine,etc. În vederea înlocuirii materialelor scumpe şi deficitare se folosesc pulberi metalice ale unor materiale mai ieftine,semifabricatele ob ţinându-se prin metalurgia pulberilor. Calitatea materialelor metalice folosite la realizarea unei ma şini sau unei construcţii determină alături de concepţia de proiectare şi de tehnologia de fabricaţie a nivelului performanţelor tehnico-economice pe care aceasta le poate atinge. Pe plan mondial asist ăm la o sporire continuă a preocupărilor pentru utilizarea ratională a materialelor,în general având ca obiect creşterea eficienţei şi competitivit ăţii maşinilor,utilajelor şi construcţiilor. -OLC 45 -OLC 60 -17 Cr Ni 16 -21 Mo Mn Cr 12 La alegerea materialului proiectantul trebuie s ă găsească soluţia optimă având în vedere unul sau mai multe din urm ătoarele considerente: a)valorificarea experienţei proprii în realizarea pieselor cu destina ţie similară. b)utilizarea materialelor economice şi uşor procurabile. c)valorificarea maximă a proprietăţilor tehnologice ale materialului. d)dotarea şi experienţa tehnologică din intreprinderea în care se va realiza piesa.
Rolul proiectantului este foarte important atât în stabilirea concep ţiei de baza a proiectantului cât şi în determinarea cerinţelor minime impuse materialului şi în consecinţa alegerea acestuia. Caracteristica principală a roţilor este lăţimea redusă a danturii,ceea ce are drept consecintă dezvoltarea unor presiuni de contact mari pe flancuri. Roţile dinţate executate din oţeluri care pot fi tratate termic trebuie s ă satisfacă două condiţii de bază: -să aibe atât proprietăţi mecanice(rezistenţă,plasticitate) mai ridicate. -să posede proprietăţi tehnologice bune(deformare plastic ă,aşchiere).
Materiale utilizate în construcţia roţilor dinţate şi caracteristicile lor mecanice Tabel 1 Materiale pentru ro ţi dinţate Felul Marca materialului 0
1 OL 50 OL 60 OL 70 OLC 10 OLC 15 OLC 45 OLC 50 OLC 55 OLC 60 15 Cr8
Recomandări de folosire Stas
Tipul angrenajului.Condi ţii de folosire
2
3 ţţţ
Roţi dinţate puţ in solicitate,la viteze periferice moderate (6…12 m/s) şi sarcini cu şoc. Roţi dinţate puţ in solicitate,la viteze periferice mici(<6 m/s).M ărcile de calitate superioara şi conţ inut de sulf pot fi folosite pentru ro ţi dinţate mediu solicitate,la viteze periferice moderate (6…12 m/s) şi sarcini cu ş oc. Melci.Roţi dinţate puternic solicitate,la viteze periferice mari şi sarcini cu şoc.
18MnCr10 21MoMnCr
Otel carbon turnat m piese
Roţi dinţate puternic solicitate,la viteze periferice mari (>12m/s) şi sarcini cu soc.Melci Roţi dinţate pentru maşini grele,la viteze periferice mari (>12m/s) şi sarcini cu şoc. Roţi dinţate mediu solicitate,la viteze periferice mici-medii(4…12m/s). Roţi dinţate de dimensiuni mari,foarte puţin solicitate.
21TiMnCr12 28TiMnCr12 40Cr1033 MoCr11 OT 40-3 0T 50-3
Alegerea oţelurilor Oţelurile alese de mine sunt: -OLC 45(STAS 880-88) -OLC 60(STAS 880-88) -OL 50(STAS 500/2-80) -17 Cr Ni 16(STAS 791-88) Diametrul roţii este de 20[mm].
GENERALITĂŢI
MARCA OŢELULUI
PRINCIPALELE DOMENII DE UTILIZARE
OLC 45
Oţel carbon de calitate pentru tratament termic destinate construcţiei de maşini,roţi dinţate,coroane dinţate
OLC 60
Oţeluri destinate construcţiei de maşini,roţi dinţate,bucşe elastice
OL 50
Oţel de uz general construcţii,roţi dinţate
17 Cr Ni 16
pentru
Roţi dinţate,roţi de lanţ şi alte piese pentru industria de autoturisme
CARACTERISTICI MECANICE ŞI TEHNOLOGICE
Marca oţelului
Rezistenţa la tracţiune:Rm(N/mm )
2
Limita de curgere:Rp0,2(N/mm )
2
Alungirea la rupere A %min 1
OLC 45 610
360
18
710
410
14
(490...610)
280
21
OLC 60 OL 50
17 Cr Ni 16
(960...1270)
685
8
COMPOZIŢIA CHIMICĂ%
Marca oţelului
C
Mn
Si
S
P max
Cr
Ni
OLC 45
0,42
0,50
Max 0,40
Max 0,045
0,40
-
-
OLC 60
0,57
0,60
0,20
0,40
0,40
-
-
OL50
0,30
0,50...0,80
0,37
0,050
0,050
17Cr Ni 16
0,14
0,40
0,17
0,40
0,40
-
1.40 1.40
CULORI DE MARCARE Marca oţelului
Culori de marcare
OLC 45 OLC 60 OL 50
Albastru-negru Albastru-gri verde
CARACTERISTICI C
1
C
2
C
3
-
C
Marca oţelului Valori nota valori nota valori nota valori nota OLC 45
610
2
360
2
18
2
210
2
OLC 60
710
3
410
3
14
1
240
1
OL 50
490
1
280
1
21
3
180
3
NOTA 1=Satisfacătoare NOTA 2=Bună NOTA 3=Foarte bună
CARACTERISTICI
Caracteristici
Valoarea
Nota
ţţ
610 710
2 3
490
1
360
2
410
3
1
2
280
1
18
2
14
1
21
3
210 240
2 1
180
3
3
INTERVALE Rezistenţa la tracţiune: 710-490=220 220:3=73 490+73=563 563+73=633 633+73=703
(0;563) 1 [563;633] 2 [633;703) 3
Limita de curgere 410-280=130 130:3=43 280+43=323 (0;323) 1 323+43=366 [323;366] 2 366+43=409 [366;409) 3
Alungirea la rupere 21-14=7 7:3=2 14+2=16 16+2=18 18+2=20
Costul
(0;16) 1 [16;18] 2 [18;20) 3
240-180=60 60:3=20 180+20=200 (0;200) 3 200+20=220 [200;220] 2 220+20=240 [220:240) 1
Caracteristici 1
ţţ
2
3
Valoarea 610 710 490 360 410 280 18 14 21 210 240 180
Nota 2 3 1 2 3 1 2 1 3 2 1 3
Calculul ponderii de influenţă
C 2 2 2 6 0,5 1
C C C C
1
2
3
4
T P
i
i
C 0 2 2 4 0,33 2
∑T =6+4+2+0=12 i
T i
P = T i
i
6
P = 12 0,5 1
P
2
P
3
P
4
P
1
4 12
2 12
0 12
=0,333
0,166 0
P2 P3 P4 0,5+0,333+0,166+0=1
Alegerea finală a materialului folosit
C 0 0 2 2 0,166 3
C 0 0 0 0 0
4
Pentru a realiza care din materiale este mai bun se face urm ătorul calcul:
0,5 2222 1,1998 2 0,5 2 0,333 2 0,166 2 0 1 0,666 0,332 0 , 333 3311 3 0,5 3 0,333 1 0,166 1 0 1,5 0,999 0,166 0 2,665 0,166 1133 1 0 , 5 1 0 , 333 3 0 , 166 3 0 0 , 5 0 , 999 0 , 498 1 , 997 0
Conform calcului oţelul ales va fi OLC 60,deoarece îi corespunde valoarea cea mai mare din matricea final ă şi anume:2,665.
Bibliografie 1.Alegerea şi utilizarea oţelurilor -Ion Cheşa,C.Rizescu -Editura Tehnică,Bucuresti 1984
2.Alegerea şi tratamentul termic al oţelurilor de scule -T.Dulamita -Editura Tehnică,Bucuresti 1963
3.Alegerea şi utilizarea materialelor -Daniela Tarata -Reprografia Universitatea Craiova,1963
din
4.Manualul Inginerului Mecanic -Editura Tehnica,Bucuresti 5.Organe de maşini şi mecanisme-N.Stere,D.Lazar,Ghe.Paizi -Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti 1977 6.Proiectarea sculelor aşchietoare-Enache Stefan -Editura Didactică şi Pedagogică
Bucuresti 1983
