Mogan Gh.L. Buzdugan I.D. Proiectarea dispozitivelor de remorcare auto. Universitatea Transilvania din Braşov

Ex.6.4 Proiectarea legăturii 9-10 (asamblări cu şuruburi)

Date de proiectare

Forţele exterioare: F_X = 1500 N, F_Y = 300 N, F_Z = 700 N acţionează la distanţele L_c = 70 mm; X₁ = 80 mm; Z₁ = 180 mm și h₆ = 60 mm, a =140 mm; se calculează momentele de încovoiere în centrul flanșei (îmbinarea sudată):

M_X9 = F_Y (L_c+Z₁) = 75000 Nmm,

M_Y9 = F_X (L_c + Z₁) + F_Z (X₁ + h₆/2 + a) = 550000 Nmm,

M_Z9 = F_Y (X₁ + h₆/2 + a) = 75000 nmm.

Restricţii dimensionale: se  leagă cu 4 asamblări cu șuruburi flanșa 9 de flanșa 10 cu grosimile, g = 10 mm; se vor determina dimensiunile flanșelor pentru a asigura accesul diverselor chei de strângere a asamblărilor filetate cu șuruburi și piulițe standard.

Restricții de funcţionare: temperatura, T = (-30…40) ^oC; mediu de lucru exterior cu umezeală avansată.

Restricţii constructive: materiale flanșelor se impune să fie sudabile; materialele șuruburilor și piulițelor se adoptă conform reglementărilor din domeniu.

Materiale și tratamente termice

Deoarece elementele 9, 10 sunt piese care se vor suda se adoptă, oţel sudabil, S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2).

Se adoptă pentru şuruburi materiale din grupa de caracteristici 6.8 cu s₀₂ ≈ 6*8*10 = 480 MPa și s_r ≈ 6*100 = 600 MPa. _.

Caracteristici ale materialelor

Materialul	Tratamentul termic	Duritatea [HB]	Tensiunea limită  de curgere	Rezistenţa la rupere
S235	-	-	s02 = 235 MPa	sr = 360 MPa
Grupa 6.8	-	-	s02 = 480 MPa	sr = 800 MPa

Dimensionare

Date  de calcul

- despre încărcare: F_X = 1500 N, F_Y = 300 N, F_Z = 700; M_X9 = 75000 Nmm, M_Y9 = 550000 Nmm, M_Z9 = 75000 nmm;

- despre forme şi dimensiuni: flanşa pătrată cu dimensiunea L_f = 120 mm; latura pătratului de dispunere a găurilor, L = 90 mm; a = (L_f – L)/2 = 15 mm; r₁ = r₂ = r₃ = r₄ = r = L/2 = 63,64 mm;

- despre material: grupa caracteristicilor materialului 6.8, σ₀₂ = 480 MPa – tensiunea limită de curgere; c = 2…3 - coieficientul de siguranţă;  σ_at = σ₀₂/c = 480/(2…3) = (160…240) MPa – tensiunea admisibilă la tracţiune (se adoptă, σ_at = 200 MPa;

- despre parametri de frecare: µ = 0,2 - coeficientul de frecare de alunecare dintre flanșele 9,10; µ₁ = 0,2 - coeficientul de frecare de alunecare din filet; µ₂ = 0,25 - coeficientul de frecare de alunecare dintre piuliţă şi șaibă.

Date despre încărcări

Determinarea șurubului cel mai încărcat

Detrerminarea forţelor axiale din şuruburi corespunzător fiecărei sarcini:

- forţele din şuruburi generate de forţa F_X care solicită asamblarea axial centric,

= = = = = 375 N;

- forţele din şuruburi generate de momentul M_Z9 care solicită asamblarea axial excentric; considerând, M_Z9 = 75000 mm, L = 90 mm, a = 15 mm, rezultă, = = 350 N, = = 50 N;

- forţele din şuruburi generate de momentul M_Y9 care solicită asamblarea axial excentric, considerând, M_Y9 = 550000 Nmm, L = 90 mm, a = 15 mm, rezultă, = = 2566,7 N, = = 366,7 N;

- forţele din şuruburi generate de rezultanta forţelor F_Y şi F_Z, care solicită asamblarea transversal centric, considerând, F_Y = 300 N, F_Y = 700 N, β_a = 1,3, µ₁ = 0,2, rezultă, = = = = 1237,5 N;

- forţele din şuruburi generate de momentul M_X9  care solicită asamblarea transversal centric, considerând, M_X9 = 75000 Nmm, r = 63,64 mm, β_a = 1,3, µ1 = 0,2, rezultă, = = = = 1915 Nmm;

Determinarea forţelor axiale totale din şuruburi

F_aș1 = + + + + = 375 + 350 + 2566,7 + 1237,5 + 1915 = 6444,2 N                                 

F_aș2 = + + + + = 375 + 50 + 2566,7 + 1237,5 + 1915 =  6144,2 N

F_aș3 = + + + + = 375 + 50 + 366,7 + 1237,5 + 1915 =  3944,2 N

F_aș4 = + + + + = 375 + 350 + 366,7 + 1237,5 + 1915 = 4244,5 N

Forța axială totală maximă, F_aş = max(F_aș1, F_aș2, F_aș3, F_aș4) = 6444,2 N, indică că şurubul 1 este cel mai solicitat şi va fi dimensionat mai jos.

Determinarea forței axiale de strângere la montaj

F_st = max(+, +, +, +) = max(1237,5+1915, 1237,5+1915, 1237,5+1915,

1237,5+1915) = 3152,5 N.

Dimensionare

- dimensionarea şurubului cel mai solicitat din condiţiă de rezistenţă la tracţiune, considerând, F_aș = 6444,2, β = 1,2, σ_at = 200 MPa rezultă, diametrul interior al filetului necesar, = 7,02 mm;

- adoptarea dimensiunior standard: d₁ = 8,376 mm, diametrul mediu d₂ = 9,026 mm; d =10 mm (M10), p = 1,5 mm; diametrul interior diametrul găurii de trecere D₁ = 11 mm;

Momente de strângere a asamblării

- momentul de înșurubare (frecare din filet), considerând F_st = 3152,5 N, d₂ = 9,026 mm, p = 1,5 mm, µ = 0,2, α = 60^o, rezultă M_î = 4088,2 Nmm;

- momentul frecare de pivotare dintre piuliță și șaibă, considerând F_st = 3152,5 N, D₁ = 11 mm, S = 17 mm și µ₂ = 0,2, rezultă, M_p = 4481 Nmm;

- momentul de strângere a piuliței (acțiune la cheie),

M_c = M_î + M_p = 4088,2 + 4481 = 8569,2 Nmm.

Verificări

- verificarea tijei filetate a şurubului la solicitări compuse (tracţiune şi torsiune) în momentul strângerii sub sarcină (cazul cel mai defavorabil), considerând F_aș = 6444,2 N, d₁ = 8,376 mm, M_î = 4088,2 Nmm, rezultă σ_e = 136,7 MPa,

și 136,7 < (160…240 MPa (se verifică).

- verificarea condiţiei de autofixare, considerând p = 1,5 mm, d₂ = 9,026 mm, μ = 0,2, α = 60^o rezultă, β₂ = 3,03^o, φ’ = 13^o,

și 3,03^o < 13^o (se verifică).

Proiectarea formei tehnologice

Desen constructiv-tehnologic

Adoptarea dimensiunilor și a parametrilor constructiv-tehnologici

- dimensiuni: L_f = 120 mm, L = 90 mm, g = 10 mm, D₁ = 11 mm;

- calitățile (rugozitățile) suprafeţelor prelucrate prin frezare și găurire: R_a1 = 12,5 µm; R_a2 = 6,3 µm;

- muchiile ascuțite se vor teși, 1x45^o.

Adoptarea dimensiunilor elementelor de asamblare

- şurub cu cap hexagonal: M10, d = 10 mm, S = 17 mm, D = 18 mm, k = 7 mm, l_ș = 40 mm, l_f = 25 mm;

- piuliță hexagonală: M10, S = 17 mm, m = 8 mm;

- şaibă plată: d 10 mm, d₁= 10,5 mm, d₂ = 20 mm, h = 2 mm;

- şaibă Grower: MN 10, d₁= 10,2 mm, d₂ = 15,2 mm, g = 2,5 mm