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

Ex.8.2 Proiectarea legăturilor 13-2, 13’-2’ (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, X₂ = 220 mm, X₃ = 150 mm, Y₁ = 550 mm; Z₁ = 180 mm; Z₂ = 150 mm; se calculează forţele şi momentele în centrul asamblării 13-2 (13’-2’):

F_Xs = F_Xd = F_X/2 = 750 N,

F_Ys = F_Yd = F_Y/2 = 150 N,

F_Zs = F_Zd = F_Z/2 = 350 N;

M_X2s = F_Y (L_c+Z₁)/2+ F_Z Y₁/2 = 230000 Nmm,

M_Y2s = F_X (L_c +Z₁)/2 + F_Z (X₁ + X₂ + X₃)/2 = 345000 Nmm,

M_Z2s = F_X Y₁/2 + F_Y (X₁ + X₂ + X₃)/2 = 480000 Nmm.

Restricţii dimensionale: lățimea elementului 2, b₂ = b₁₃ = 120 mm; grosimea elementului 13, g₁₃ = 15 mm; grosimea elementului 2, g₂ = 10 mm.

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

Restricţii constructive: se vor folosi oțeluri pentru elemente de asamblări filetate (șuruburi, piulițe).

Materiale și tratamente termice

Pentru şuruburi se adoptă grupa de materiale cu caracteristicile 6.8.

Caracteristici ale materialului

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

Dimensionare

Date  de calcul

- despre încărcare: F_Xs = 750 N, F_Ys = 150 N, F_Zs= 350; M_X2s = 230000 Nmm, M_Y2s = 345000 Nmm, M_Z2s = 480000 Nmm;

- despre dimensiuni: L = 90 mm; a = 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 elementele 13, 2; µ₁ = 0,2, coeficientul de frecare de alunecare din filet; µ₂ = 0,2, coeficientul de frecare de alunecare dintre piuliţă şi șaibă.

Determinarea șurubului cel mai încărcat

Detererminarea forţelor axiale din şuruburi corespunzător fiecărei sarcini

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

= = = = = 37,5 N.

- forţele din şuruburi generate de momentul M_Z2s care solicită asamblarea axial excentric; considerând, M_Z2s = 480000 mm, L = 90 mm, a = 15 mm, rezultă, = = 2240 N, = = 320 N;

- forţele din şuruburi generate de momentul M_X2s care solicită asamblarea axial excentric, considerând, M_X2s = 230000 Nmm, L = 90 mm, a = 15 mm, rezultă, = = 1073,5 N, = = 153,5 N;

- forţele din şuruburi generate de rezultanta forţelor F_Xs şi F_Zs, care solicită asamblarea transversal centric, considerând, F_Xs = 750 N, F_Zs = 350 N, β_a = 1,2, µ₁ = 0,2, rezultă, = 1241,5 N;

- forţele din şuruburi generate de momentul M_Y2s care solicită asamblarea transversal centric, considerând, M_Y2s = 345000 Nmm, r = 63,64 mm, β_a = 1,2, µ₁ = 0,2, rezultă, = = = = 8131,7 Nmm;

Determinarea forţelor axiale totale din şuruburi

F_aș1 = + + + + = 37,5 + 2240 + 1073,5 + 1241,5 + 8131,7 = 12724,2 N,

F_aș2 = + + + + = 37,5 + 320 + 1073,5 + 1241,5 + 8131,7 =  9562,7 N,

F_aș3 = + + + + = 37,5 + 320 + 153,5 + 1241,5 + 8131,7 = 9884,2 N,

F_aș4 = + + + + = 37,5 + 2240 + 153,5 + 1241,5 + 8131,7 =  11804,2 N.

Forța axială totală, F_aş = max(F_aș1, F_aș2, F_aș3, F_aș4) = 12724,2 N, indică că şurubul 1 este cel mai solicitat şi va fi dimensionat conform calculului de rezistenţă.

Determinarea forței axiale de strângere din şuruburi la montaj

F_st = max(+ + +; +) = max(1241,5 + 8131,7; 1241,5 + 8131,7; 1241,5 + 8131,7; 1241,5 + 8131,7) = 9373,2 N.

Dimensionare

- dimensionarea şurubului cel mai solicitat; din condiţiă de rezistenţă la tracţiune, considerând, F_aș = 12724,2, β = 1,2, σ_at = 200 MPa rezultă, diametrul interior al filetului necesar, = 9,9 mm

- adoptarea dimensiunilor: filet metric, M12, cu pasul p = 1,75 mm, diametrul nominal d = 12 mm, diametrul interior d₁ = 10,106 mm, diametrul mediu d₂ = 10,863 mm; diametrul găurii de trecere D₁ = 14 mm.

Momente de strângere a asamblării

- momentul de înșurubare (frecare din filet), considerând F_st = 9373,2 N, d₂ = 10,863 mm, p = 1,75 mm, µ = 0,2, α = 60^o, rezultă M_î = 14540,1 Nmm.

- momentul de frecare de pivotare dintre piuliță și șaibă, considerând F_st = 9373,2 N, D₁ = 14 mm, S = 19 mm, µ₂ = 0,2, rezultă, M_p = 15584,1 Nmm;

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

M_c = M_î + M_p = 14540,1 + 15584,1 = 30124,2 Nmm.

.

Verificări

- verificarea tijei filetate a şurubului la solicitări compuse (tracţiune şi torsiune) în momentul strângerii, considerând F_aș = 12724,2 N, d₁ = 10,106 mm, M_î = 14540,1 Nmm, rezultă σ_e = 213,9 MPa,

și 213,9 MPa < (160…240) MPa (se verifică).

- verificarea condiţiei de autofixare, considerând p = 1,75 mm, d₂ = 10,863 mm, μ = 0,2, α = 60^o rezultă, β₂ = 2,93^o, φ’ = 13^o,

și 2,93^o < 13^o (se verifică).

Proiectarea formei constructiv-tehnologică

Desene constructiv-tehnologice

Adoptarea dimensiunilor și a parametrilor constructiv-tehnologici

- dimensiuni: Z₂ = 150 mm, Y_E = 60 mm, b₂ = 120 mm; g₂ = 10 mm; a = 15 mm, L = 90 mm, L_Z = 255 mm, L_Y = 120 mm, D₁ = 14 mm; dimensiunile a₁, L₁, L₂, D₂ se vor determina ca urmare a proiectării asamblărilor cu șurub asociate legăturii E;

- numărul seturilor găurilor de reglare se va determina la reprezentarea în desenul de ansamblu;

- operații tehnologice: frezare, îndoire, găurire; raza de racordare în zona de îndoire, R = 20 mm;

- muchiile ascuțite se vor teși 1x45^o;

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

Adoptarea dimensiunilor elementelor de asamblare

Asamblarea cu Șurub 1

- şurub cu cap hexagonal: M12, d = 12 mm, S = 19 mm, D = 21,1 mm, k = 8 mm, l_ș = 40 mm, l_f = 25 mm;

- piuliță hexagonală: M12, S = 19 mm, m = 10 mm;

- şaibă plată: d = 12 mm, d₁ = 13 mm, d₂= 24 mm, h = 2,5 mm;

- şaibă Grower: MN 12, d =12 mm, d₁ = 12,2 mm, d₂ = 18,2 mm, g = 3mm.

Asamblarea cu Șurub 2

- şurub cu cap hexagonal: Md, d, S, D, k, l_ș, l_f;

- piuliță hexagonală: Md, S, m;

- şaibă plată: d, d₁, d₂, h;

- şaibă Grower: MN d, d, d₁, d₂, g.