Memoriu tehnico-justificativ

Memoriu tehnico-justificativ

Orice constructie sau masina trebuie sa raspunda, dupa realizare, unor conditii tehnice si economice.

Una din conditiile tehnice importante este conditia de rezistenta, care cere ca masina sau constructia respectiva sa lucreze in conditii sigure sub actiunea sarcinilor la care este supusa pe toata durata exploatarii ei.

O alta conditei tehnica,nu mai putin importanta, legata strans de cea de rezistenta, este conditia de rigiditate.Aceasta conditie cere ca elementele care intra in alcatuirea unei masini sau construncti, sa nu-si schimbe in timpul functionarii sub sarcinile de lucru nici forma si nici dimensiunile.

In unele cazuri, desi sunt indeplinite atat conditiile de rezistenta cat si cea de rigiditate, la anumite valori ale sarcinilor considerate critice, unele organe de masini sau elemente de constructii isi pot pierde echilibrul stabil si se pot distruge.Aceasta trebuie sa satisfaca si conditia de stabilitate care cere ca valorile sarcinilor ce le sunt aplicate sa fie mai mici decat cela critice.

Conditiile tehnice pot fi indeplinite pe diverse cai.Cea mai usoara este aceea a folosirii unor sectiuni transversale, masive si de dimensiuni mari.Aceasta cale face ca amsina sau constructia respectiva sa fie grea, iar realizarea ei sa fie scumpa, neeconomica.

Intre conditiile de baza ale unei realizari tehnice sunt si conditiile economice, dupa care orice piesa proiectata trebuie sa fie realizata cu un consum cat mai mic de material si manopera, respectiv conditiile de rezistenta, rigiditate si stabilitate impuse.Pentru a raspunde acestor cerinte este necesara folosirea unor relatii de calcul stabilitestiintific, care sa serveasca la dimensionarea, verificarea sau determinarea sarcinii pe care o poate suportao piesa,precum si pentru determinarea deformatiilor acesteia sub sarcini.De asemenea este necesara alegerea potrivita a materialului piesei, tinand seama de conditiile delucru ale acestuia, astfel incat materialele sa fie mai bine folosite.Aceste probleme constitue obiectivul rezistentei materialelor.La rezolvarea lor,rezistenta materialelor spre deosebire de mecanica, considera corpurile deformabile sub sarcini.

Rezistenta materialelor este, stiinta care, considerand corpurile deformabile sub actiunea fortelor exterioare, stabileste formulele de calcul pentru studiul rezistentei, rigiditatii si stabilitaii acestora, in scopul realizarii unor constructii tehnice sigure in functionare si ieftine.

Satisfacerea nevoilor prin materiale crescande ale societatii determina cresterea cantitatii de energie consumate si,prin aceasta, dezvoltarea impetuoasa a constructiei de masini si aparate.

Utilizarea unor noi forme de energie necesita eforturi stiintifice si tehnico-industriale din care vor rezulta nu numai perfectionarea masinilor si a aparatelor construite pe principii cunoscute, ci si crearea unor tipuri de noi masini si mecanisme.

Actuala perioada a revolutiei tehnico-stiintifice asigura industriei constructoare de masini din tara noastra o noua etapa de dezvoltare.Volumul considerabil de calcule premergatoare constructiei noilor tipuri de masini si aparate va fi efectuat intr-o perioada de timp redusa, datorita tehnicii rapide de calcul.

Creatie tehnica a omului, masina este realizata dintr-un ansamblu de elemente mecanicecomponente(organe), inlantuite cinematic, cu miscari strict determinate, in scopul transformarii energiei dintr-o forma in alta, al transformarii energiei in lucru mecanic util, sau al lucrului mecanic in energie utila.

Capitolul I

Organele miscarii de rotatie

Categorii de organe ale miscarii

Miscarea cea mai frecvent intalnita in functionarea sistemelor tehnice este cea de rotatie. Ea se realizeaza prin intermediul organelor de masini specializate. Dupa rolul tehnologic pe care il indeplinesc in functionarea sistemului tehnic considerat,organele miscarii de rotatie pot fi: de forta (arbori, osii); de cuplare(cuplaje); de sustinere si de ghidare. Principalele categorii de organe ale miscarii de rotatie sunt prezentate in schema din figura:

1.2 Osii si arbori

Osiile si arborii sunt organe de masini avand rolul de a sustine alte elemente care contribuie la transmiterea miscarii de rotatie. De obicei, osiile si arborii fac legatura cinematica cu alte elemente de la care primesc, respective la care transmit, miscarea de rotatie.

Osiile si arborii drepti sau liniari au axa geometrica longitudinala dreapta, comuna cu axa de rotatie.

Osiile, avand functia principala de sustinere a altor elemente cu miscare de rotatie, nu transmit momente de torsiune, deci sunt solicitate numai la incovoiere. Solicitarea la torsiune provine numai din frecare in lagare, de aceea este neglijabila in comparative cu solicitarea principala la incovoiere.

Desi pot avrea diferite forme constructive, osiile se clasifica de obicei in: osii fixe, folosite ca reazeme pentru alte elemente care se rotesc liber pe ele si osii mobile ce se rotesc in reazeme inpreuna cu celelalte elemente fixate pee le.

Forma constructive si principalele parti ale unei osii obisnuite sunt indicate pe figura de mai jos

Arborii, spre deosebire de osii, au funtia principala de transmitere a miscarii de rotatie si a puterii, deci a momentului de torsiune. De obicei, arborii sunt solicitai compus la torsiune si la incovoiere. Deseori solicitarea principala este rasucirea.

Principalul criteriu de clasificare a arborilor drepti il constituie deci natura solicitarii. Dupa acest criteriu se deosebesc: arbori de torsiune- considerati solicitati numai la tortiune- sau in principal la torsiune, arbori solicotati compus la torsiune si la incovoiere.

Arborii cotiti sau cei cu came prezentati in figura de mai jos, se construiesc pentru a contribui la transformarea miscarii de rotatie in miscare de translatie.

Arborii si osiile sunt organe de masini cu larga utilizare in constructia masinilor(arborii transmisiilor mecanice, arborii masinilor-unelte sau al masinilor electrice etc., respective osiile vehiculelor feroviare,rutiere).

Importanta deosebita a osiilor si arborilor in constructia masinilor justifica atentia care trebuie acordata la calculul si constructia lor.

1.3 Clasificarea osiilor si arborilor

Osiile si arborii sunt organe ale miscarii de rotatie. Dupa rolul functional pe care il indeplinesc, intre osii si arbori exista deosebiri esentiale si anume:

-osiile nu transmit momente de torsiune, solicitarea lor caracteristica fiind incovoierea ;

-arborii transmit momente de torsiune, solicitarea lor caracteristica fiind torsiunea, desi uneori solicitarea la incovoiere poate fi predominanta.

Clasificarea osiilor si a arborilor se face dupa mai multe criterii, cum ar fi

a) dupa forma :

-cu axa geometrica(dreapta,curbata sau cotita);

-cu sectiunea : plina sau inelara constanta sau variabila ;

b) dupa modul de functionare: -fixe (numai osiile); -cu miscare de rotatie; -cu miscare oscilanta;

c) dupa modul de sprijinire : -static determinat; -static nedeterminat;

d) dupa solicitare : -incovoiere; -rasucire (numai arborii); -incovoiere si rasucire (numai arborii);

e) dupa comportarea la vibratii (arborii) : rigizi sau elastici;

f) dupa pozitia in care lucreaza : orizontala, verticala, inclinata.

1.4. Materiale

Osiile si arborii se executa din oteluri carbon de uz general STAS 500-77 (OL 42, 0L 50, OL 60 . ), oteluri de calitate STAS 880-66 (OLC 25, OLC35 . ), oteluri aliate de constructie STAS 791 (13 CN 30, 21 Mo Mc 12) ,15 C 08, 18 MC, 18 Mo CN 13 . ). De asemenea, arborii pot fi executati din otel turnat

care, daca este necesar, se forjeaza pentru a li se da dimensiunile, forma si ca­litatea dorita. Osiile si arborii se pot executa si prin matritare din prefabricate laminate.

Alegerea materialului este o problema deosebit de importanta. Satisfacerea conditiilor cerute de rolul functional si de siguranta in exploatare (rezistenta inalta si uzura scazuta) poate fi obtinuta nu numai prin utilizarea otelurilor de calitate sau aliate, ci si prin intrebuintarea materialelor de uz general cu adoptarea unor solutii constructive si tehnologice optime forma adecvata, insotita de aplicarea unor tratamente termice, termochimice sau mecanice etc. Otelurile aliate se vor folosi numai daca solutia este mai economica si asi­gura parametri de functionalitate superiori.

Unii arbori mari, chiar si arbori cotiti, pot fi executati din fonta de calitate STAS 568-75, STAS 569-70. Se realizeaza astfel economie de material si mano­pera, iar arborii respectivi au o sensibilitate redusa la efectul de concentrare a tensiunilor si o capacitate mai mare de amortizare a vibratiilor. Aceste pro­prietati compenseaza in unele cazuri efectele rezistentelor inferioare ale fonte­lor fata de oteluri. In tara noastra s-au realizat si se intrebuinteaza arbori din fonta pentru motoare cu ardere interna.

Osiile si arborii sint supusi, de regula, la solicitari variabile, de aceea trebuie acordata o mare atentie evitarii si eliminarii, pe cit e posibil, a concentratorilor de eforturi unitare. Zgirieturile si urmele mai pronuntate ale sculelor prelucra­toare pe suprafata arborilor si osillor sunt cauze care pot constitui amorse pen­tru ruperi.

Se recomanda ca variatiile de sectiune sa fie evitate iar acolo unde se folo­sese trecerile de la o treapta la alta sa se faca respectind normele stabilite prin standarde.   

Fontele de calitate superioara se utilizeaza cand osiile sau arborii nu sunt puternic solicitati. Cand sunt necesare alte proprietati fizice (conductibilitate, comportare magnetica, posibilitate de izolare etc) se folosesc alte materiale metalice (alama, bronz) sau nemetalice (textolit,

materiale plastice etc).

Indicatii tehnologice. In general, pentru constructia osiilor si arborilor se recomanda utilizarea elementelor standardizate.

In mod obisnuit, arborii si osiile se executa prin strunjire. Se porneste de la profile laminate, care apoi se strunjesc pe toata lungimea. Zona de sprijin pe lagare se prelucreaza foarte ingrijit prin rectificare,slefuire, cromare etc. Se mai pot executa prin forjare pornind tot de la semifabricat laminat. Ope­ratia de forjare pregateste semifabricatul in vederea prelucrarii prin

aschiere. Arborii si osiile de dimensiuni medii se executa prin turnare sau chiar prin sudare, apoi se supun prelucrarilor mecanice.

Aceste elemente se construiesc cu sectiunea plina sau cu sectiunea inelara (fig.1.) Cind se construiesc cu sectiunea inelara, avind de exemplu raportul diametrelor D/d = 2, greutatea lor scade cu 25%, iar capacitatea de rezis­tenta scade numai cu 6,25 % .

Sectiunea plina este insa mai utilizata, deoarece se executa mai usor.

Fig. 1. Osie cilindrica

a- cu sectiune plina b- cu sectiune inelara

1.5. Etapele proiectarii arborilor si osiilor

Predimensionarea se face prin calculul de rezistenta la rupere sau la deformatii, adoptarea solutiei constructive - se porneste de la rezultatele predimensionarii si se ia in considerare forma constructiva, conditiile de executie si de montaj,efectuarea verificarilor de rezistenta la oboseala, deformatii, vibratii, etc..

Pentru efectuarea calculelor, modelul real al subansamblului arbore (osie) - elemente de sustinere, se inlocuieste cu modelul conventional al unei grinzi plane sprijinita pe reazeme (lagare) si incarcata cu forte exterioare.

Capitolul II

Calculul arborilor si osiilor

2.1. Dimensionarea arborilor

Dimensionarea arborilor inseamna preliminarea prin metode aproximative a diametrului arborelui, pentru a se putea realiza desenul constructiv si apoi efectua calculele exacte de verificare.

In mod normal arborii ar trebui dimensionati la solicitarea compusa de incovoiere si torsiune cu cousiderarea si a efectului concentratorilor de ten­siune. Cum tipul si elementele concentratorilor de tensiune nu se pot preciza inca, efectul lor se neglijeaza si se adopta in consecinta rezistente admisibile mai scazute. De asemenea exista si cazuri cind dimensionarea se realizeaza considerindu-se numai solicitarea de torsiune, sau mai rar din considerente de deformatii, sau turatia critica.

Metoda generala de calcul al arborilor are in vedere faptul ca ei sint suputi la solicitari compose - incovoiere, torsiune, eventual si compresiune. Dimensionarea directa prin evaluarea precisa a tuturor solicitärilor este dificila. De aceea, dimensiunile aproximative ale arborilor se stabilesc prin­tr-un calcul simplificat, pe baza rezisteMei la torsiune, apoi se verifica Mind in consideratie celelalte solicitari. In functie de rolul functional si de forma lor, unii arbori se verifica la oboseala, la rigiditate si la turatia critica.

Calculul la dimensionare a osiilor si arborilor se face in felul urmator :

-se stabileste schema de incarcare a axelor si arborilor. La determinarea fortelor exterioare, se tine seama si de grupele de functionare STAS 4662-73;

-se determine reactiunile, momentele incovoietoare si de tor­siune, precum si variatia for in lungul axului geometric;

-se alege materialul; se calculeaza sectiunile principale in functie de solicitarile

-se stabileste forma axelor si arborilor, tinind seama ca pe portiunile unde sint pene, diametrele se maresc cu 4-7u/_o. De ase­menea valoarea calculate se rotunjeste la dimensiunile standardi­sate STAS 75-72. Razele de racordare se aleg dupe STAS 406-73. Montarea in lagame trebuie sd se face cu usurintd. Se stabileste modul de fixare (pldeute, pene, calare, fixare cu surub si piu­lite etc.);

- se fac apoi calculele de verificare la oboseald, la presiune specified si ineailzire, la deformatie elasticd _si turatie critical si la flambaj (dace este cazul).

2.2 Verificarea la oboseala

Verificarea rezistentei la oboseala nu se aplica osiilor fixe, ci numai osiilor rotative si arborilor. Osiile rorative si arborii sunt organe de masini supuse la solicitari variabile, deseori in cazul III de solicitare (ciclu alternant simetric); de aceea - dupa dimensionare - necesita verificarea rezistentei la oboseala in toate sctiunile periculoase.

Verificarea rezistentei la oboseala poate fi redusa la calculul coeficientilor de siguranta "c" care influenteaza rezistenta pieselor reale supuse la solicitari variabile.

Pentru arbori si osii rotative, valorile cele mai uzuale ale coeficientilor sunt reprezentate in diagrame.

Ca valori ale coeficientului de siguranta la oboseala pentru solicitari compuse se recomanda :

C = 1,8 . 3 - in cazurile cand valoarea solicitarilor nu a fost determinata cu suficienta precizie, precum si in cazurile cand defectarea ar produce avarii sau accidente grave ;

C = 1,5 . 1,8 - in cazurile cand determinarea solicitarilor s-a facut cu precizie insa datele experimentale privind caracteristicile mecanice ale materialelor nu sunt certe ;

C = 1,3 . 1,5 - in cazurile cand solicitarile au fost determinate cu precizie, materialele sunt omogene si se cunosc caracteristicile lor mecanice.

Pentru piese cu sectiuni mai mari (spre exemplu cu d > 200 mm) se recomanda coeficienti spre valoarea maxima.