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

Ex.8.4 Proiectarea legăturilor, E (E’), de la ieșire (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 = 200 mm; Y_E = 60 mm; se calculează forţele şi momentele în centrul asamblării 13-2:

F_Xs = F_X/2 = 750 N,

F_Ys = F_Y/2 = 150 N,

F_Zs = F_Z/2 = 350 N,

M_XEs = F_Y/2 max(abs(L_c + Z₁ - Z₂), abs(Z₁ + Z₂ - L_c)) + F_Z (Y₁ + Y_E)/2, = 260000 Nmm,

M_YEs = F_X/2 max(abs(L_c + Z₁ - Z₂), abs(Z₁ + Z₂ - L_c)) + F_Z (X₁ + X₂ + X₃)/2 = 390000 Nmm,

M_ZEs = F_X (Y₁ + Y_E)/2 + F_Y (X₁ + X₂ + X₃)/2 = 525500 Nmm.

Restricţii dimensionale: b₂ = 120 mm, g₂ = 10 mm, R = 20 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

Se adoptă pentru şuruburi materiale din grupa de caracteristici 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 și verificări

Date de calcul

- despre încărcări: F_Xs = 750 N, F_Ys = 150 N, F_Zs= 350; M_XEs = 260000 Nmm, M_YEs = 390000 Nmm, M_ZEs = 525500 Nmm;

- despre dimensiuni: a₁ = 15 mm, L₁ = 70 mm, L₂ = 90 mm; r₁ = r₂ = r₃ = r₄ = r = 57 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 încărcărilor

Determinarea șurubului cel mai solicitat

Calculul forţelor axiale din şuruburi corespunzător fiecărei încărcări:

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

= = = = = 87,5 N;

- forţele din şuruburi generate de momentul M_XEs care solicită asamblarea axial excentric, considerând, M_XEs = 260000 mm, L₁ = 70 mm, a₁ = 15 mm, rezultă, = = 261,7 N, = = 1483,2 N;

- forţele din şuruburi generate de momentul M_YEs care solicită asamblarea axial excentric, considerând, M_YEs = 195000 mm, L₂ = 90 mm, a = 15 mm, rezultă, = = 260 N, = = 1820 N;

- forţele din şuruburi generate de rezultanta forţelor F_Xs şi F_Ys care solicită asamblarea transversal centric, considerând, F_Xs = 750 N, F_Ys = 150 N, β_a = 1,2, µ₁ = 0,2, rezultă, = = = = 1147,3 N;

- forţele din şuruburi generate de momentul M_ZEs  care solicită asamblarea transversal centric, considerând, M_ZEs = 172500 Nmm, r = 57 mm, β_a = 1,3, µ = 0,2, rezultă = = = = 13829 N;

unde, r reprezintă semidiagonala dtreptunghiului de poziționare a axelor șuruburilor.

Determinarea forţelor axiale totale din şuruburi

F_aș1 = + + + + = 87,5 + 261,7 + 260 + 1147,3 + 13829 = 15325,5 N,

F_aș2 = + + + + = 87,5 + 1483,2 + 260 + 1147,3 + 13829 = 16547 N,

F_aș3 = + + + + = 87,5 + 1483,2 + 1820 + 1147,3 + 13829 = 18367 N,

F_aș4 = + + + + = 87,5 + 261,7 + 1820 + 1147,3 + 13829 = 17145,5 N.

Încărcarea maximă F_aş = max(F_aș1, F_aș2, F_aș3, F_aș4) = 18367 N indică că şurubul 3 este cel mai solicitat şi va fi dimensionat conform calculului de rezistenţă.

Determinarea forței axiale de strângere

F_st = max(+, +, +, +) = 14976,3 N,

Dimensionare

- dimensionarea şurubului cel mai solicitat, din condiţiă de rezistenţă la tracţiune, considerând, F_aș = 18367 N, β = 1,2, σ_at = 200 MPa rezultă, diametrul interior al filetului necesar, = 11,85 mm;

- se adoptă șurub M16 cu pasul p = 2 mm, diametrul nominal d = 16 mm, diametrul interior d₁ = 13,836 mm, diametrul mediu d₂ = 14,701 mm; diametrul găurii de trecere D₁ = 18 mm.

Momente de strângere a asamblării

- momentul de înșurubare (frecare din filet), considerând F_st = 14976,3 N, d₂ = 14,701 mm, p = 2 mm, µ₁ = 0,2, α = 60^o, rezultă M_î = 30494,7 Nmm.

- momentul de frecare de pivotare dintre piuliță și șaibă, considerând F_st = 14976,3 N, D₁ = 18 mm, S = 24 mm, µ₂ = 0,2, rezultă, M_p = 31664,2 Nmm;

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

M_c = M_î + M_p = 30494,7 + 31664,2 = 62158,9 Nmm.

Verificări

- verificarea tijei filetate a şurubului la solicitări compuse (tracţiune şi torsiune) în momentul strângerii, considerând F_aș = 18367N, d₁ = 13,836 mm, M_î = 30494,7 Nmm, rezultă σ_e = 169,34 MPa,

și 169,34 < 160…240 MPa (se verifică).

- verificarea condiţiei de autofixare, considerând p = 2 mm, d₂ = 14,701 mm, μ = 0,2, α = 60^o rezultă, β₂ = 2,48^o, φ’ = 13^o,

și 2,48^o < 13^o (se verifică).

Proiectarea formei constructiv-tehnologică

Desen constructiv-tehnologic

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; a₁ = 15 mm, L₁ = 70 mm; L₂ = 90 mm, D₂ = 18 mm;

- 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: M16, d = 16 mm, S = 24 mm, D = 26,75 mm, k = 8 mm, l_ș = 40 mm, l_f = 25 mm;

- piuliță hexagonală: M16: S = 24 mm, m = 13 mm;

- şaibă plată: d = 16 mm, d₁ = 17 mm, d₂= 36 mm, h = 3 mm;

- şaibă Grower:MN 16, d =16 mm, d₁ = 16,3 mm, d₂ = 23,5 mm, g = 3,5 mm.