Mecanisme și organe de mașini - proiectarea unui cric

TEMA PROIECTULUI

Să se proiecteze un cric cu transmisie prin cuplă elicoidală la care şurubul/piuliţa este rotitor/rotitoare iar piuliţa/şurubul este fixă/fix, având următoarele caracteristici:

– Schema cricului.

– Caracteristici: - Sarcina de ridicat F = 5700 N

- Cursa şurubului S = 158 mm

- Coeficientul de aproximaţie cc = 0,27

1.Schema cricului:

unde: F – greutatea de ridicat

Fa – forţa de acţionare manuală

T1 – momentul de torsiune produs de forţele de frecare între şurub şi puliţă

T2 – momentul forţelor de frecare dintre capul cricului

1.1 Diagramele de eforturi în elementele sistemului

Diagramele de eforturi sunt grafice care reprezintă variaţia mărimilor eforturilor în secţiunile elementului considerat.

Trasarea diagramelor de eforturi trebuie făcută pentru fiecare element al sistemului în vederea proiectării optime a acestuia. Deci trasarea acestor diagrame trebuie realizată în momentul proiectării elementelor.

Se vor trasa diagramele de eforturi, ca o primă etapă, pentru sistemele cu şuruburi, pentru că se pot trasa de la un element la altul, punând în evidenţă interdependenţa solicitărilor. La trasarea diagramelor de eforturi pentru piuliţă se ţine seama de următoarele precizări:

a) pe lungimea de contact variaţia forţei axiale este neliniară şi ca urmare şi variaţia momentului de frecare este neliniară prin faptul că variaţia forţei axiale şi a momentului de frecare nu influenţează tensiunea echivalentă maximă din şurub şi piuliţă se va considera variaţia acestora liniară pe lungimea de contact pentru uşurarea calculelor.

b) variaţia momentului de frecare din lagărele radiale şi radial-axiale se presupune tot liniară.

2. Calculul de proiectare a cuplei cinematice şurub-piuliţă

2.1. Alegerea formei filetului

Fiind vorba de proiectarea unei transmisii se impune alegerea unui filet din categoria filetelor cu randamente mari. În cazul de faţă, există un singur sens de solicitare, cel mai potrivit tip de filet fiind filetul ferăstrău, cu obligativitatea folosirii acestuia pe flancul de 4º. Filetul ferăstrău are dimensiunile date de STAS 2234-75.

2.2. Alegerea materialului

Şuruburile de mişcare se execută în general din oţel-carbon şi oţel-carbon de calitate, mai rar din oţel aplicat. Ţinând seama de mărimea solicitărilor, rezistenţa piesei şi criteriul rezitenţă ridicată – greutate minimă – preţ de cost scăzut, vom alege pentru şurub oţel-carbon de calitate mare OLC-45 în stare normalizată. Caracterisiticile mecanice ale acestuia sunt date în tabelul 1:

Tabel 1

Material STAS Simbol Starea Caracterisitci mecanice

Limita de curgere [MPa] Rezistenţa la rupere la tracţiune [MPa] Duritate

Miez [HB] Suprafaţă [HRC]

Oţel-carbon de calitate pentru t.t. de îmbunătăţire 880 – 80 OLC45 N 360 610 Max. 235

Piuliţele se recomandă să se execute din materiale antifricţiune în scopul evitării uzurii premature a şurubului. Deci acestea se execută din materiale care împreuă cu oţelul să dea un coeficient de frecare cât mai mic. Din acest motiv executăm piuliţa din fontă cu grafit nodular marca FGN 370.

Tabel 2

Maretialul STAS Simbol Caracteristici mecanice

Rezistenţa la tracţiune [Mpa] Limita de curgere [Mpa] Duritate [HB]

Fonta cu grafit nodular turnată în piese 6071 – 75 Fgn 370 370 230 140 – 180

2.3. Predimensionarea şurubului

Tija şurubului este solicitată compus la compresiune de către forţa F şi la torsiune de catre forţa de torsiune T1. În această fază, se consideră că tija şurubului este solicitată doar la compresiune de o forţă Fc dată de relaţia:

unde:

F – sarcina de ridicat (F = 5700 N)

kσ – coeficient ce ţine seama de coeficientul de torsiune a tijei şurubului, ce diferă în funcţie de tipul sistemului, astfel la cricuri simple kσ = 1,25…1,3.

N

Diametrul tijei şurubului (diametrul interior al filetului şurubului d1), se determină din solicitarea de compresiune:

unde:

σat(c) – tensiunea admisibilă la tracţiune (compresiune)

σat(c) = cc • σ02

unde:

cc = 0,27

σ02 – limita de curgere pentru materialul şurubului (tabelul 1)

σ02 = 360 Mpa

σat(c) = 0,27 • 360 = 97,2 Mpa

Valoarea lui d1, calculată anterior, se standardizează (STAS 2234-75), aceasta făcându-se pentru încadrarea într-o dimensiune din şirul 1. După standardizarea lui d1, dimensiunile filetului ales se trec în tabelul de mai jos: