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

Subcap.3.3 Proiectarea legăturii 1-4 (asamblare filetată)

A. Schema de încărcare şi date de proiectare

Schema de încărcare

Date de proiectare Forţele exterioare: FX, FY , FZ;  se calculează forţa transversală (Ex.3.1). Restricții de funcţionare: temperatura, T = (-30…40)^oC; mediu de lucru exterior cu umezeală avansată. Restricții constructive: - tipul asamblării tijei filetate: cu joc; - filet de fixare: metric; - tip piuliţă: hexagonală, standardizată; - șaibă plată pentru asigurarea suprafeței de rezemare a ; - șaibă Grower pentru evitarea deșurubării în timpul funcționării

B. Alegerea materialelor şi tratamentelor termice

Materialul cârligului

C45 (0,45 %C), tratat termic prin îmbunătăţire (călire şi revenire înaltă) cu duritatea HB, limita la curgere s₀₂ și rezistența la rupere s_r (Ex.3.1).

Materialul piuliței

Grupa x, cu x = 6, 8, 10 (s_r ≈ 600, 800, 1000 MPa).

Obs. Simbolurile grupelor de caracteristici mecanice, uzuale, pentru piuliţe  sunt: 4, 5, 6, 8, 10, 12; semnificaţie: numărul x 100 =  rezistenţa la rupere minimă (σrmin) în MPa (ex. pentru grupa 8, σ_r = 8 x 100 = 800 MPa).

Caracteristici de contact ale materialelor

Având în vedere că toate materialele elementelor în contact sunt oţeluri se adoptă: tensiunea admisibilă la strivire oțel-oțel, s_as = 60…90 MPa; coeficienții de frecare oțel-oțel, μ = 0,15…0,25, μ₁ = 0,15…0,25, μ₂ = 0,15…0,25.

C. Proiectarea formei constructive

Desene constructive

Semnificații parametri: d – diametrul nominal al filetului, d₁ – diametrul interior al filetului, d₂ – diametrul mediu al filetului, p – pasul filetului; D₁ – diametrul găurii de trecere, D₂ – diametrul gulerului, l₁ – lungimea tronsonului filetat, l₂ – lungimea tronsonului asamblării.

Caracteristici şi restricţii constructive

- grosimea elementului 4, h₄ (Ex.3.2);

- diametrul gulerului, D₂ (Ex.3.1);

D. Model de calcul, dimensionare şi verificare

Model de calcul

Ipoteze de calcul

-   tija filetată se consideră o bară dreaptă încastrată în corpul cârligului de remorcare, cu secţiune circulară constantă de diametru d₁ (diametrul interior al filetului),  solicitată la tracţiune de forţa axială, F_aş;

-   se neglijează momentul de torsiune care apare la strângerea asamblării şi, deci, şi tensiunile de forfecare generate de eforturile tăietoare asociate;

-   forţa exterioară, F_Z,  care în timpul funcţionării poate acţiona în ambele sensuri se consideră, pentru acest calcul, că acţionează în sensul pozitiv al axei Z  situaţie ce conduce la solicitarea suplimentară a asamblării cu şurub.

- transmiterea forţei transversale, F_t, prin frecare de la elementul 1 la elementul 4 se face pe o singură suprafaţă de contact.

Date  de calcul

- despre încărcare: F_Z – forţa verticală, F_t – forţa transversală;

- despre formă şi dimensiuni: elementul 4 este o platbandă cu grosimea h₄;

- despre material: caracteristici de rezistență: σ₀₂ – tensiunea limită de curgere; σ_at = σ₀₂/c – tensiunea admisibilă la tracţiune; c = 2…3 – coieficientul de siguranţă; s_as = (60…90) MPa - tensiunea admisibilă la strivire oțel-oțel; μ₁ = 0,15…0,25 – coeficientul de frecare pe suprafațele în contact 1-4; μ₂ = 0,15…0,25 – coeficientul de frecare pe suprafațele în contact, piuliță-șaibă; μ = 0,15…0,25 – coeficientul de frecare din filet.

Relaţii de calcul pentru dimensionarea tijei filetate

- forţa axială din şurub F_aș-t, din condiţia de transmitere a forţei F_t prin frecare,

β_aF_t ≤ F_f ,

considerând, forţa de frecare, F_f =μ₁F_aș-t, se determină cu relația,

F_aș-t = β_a , (Calc.3.3.1)

în care: β_a = 1,1…1,3 reprezintă factorul de siguranţă la alunecare, μ₁ = 0,15…0,25 – coeficientul de frecare pe suprafața în contact 1-4;

-  forţa axială totală din tija filetată (pentru cazul în care  F_Z acţionează înspre în sus),

F_aș = F_aș-t + F_Z; (Calc.0 )

- dimensionare, din condiţia de rezistenţă la tracţiune a tijei filetate,

σ_t = ≤ σ_at,

se determină diametrul interior necesar al filetului,

=   , (Calc.3.3.2)

unde, σ_at = σ₀₂/c [MPa] (Calc.0) – tensiunea admisibilă la tracţiune cu σ₀₂, tensiunea limită de curgere; c = 2…3

- coeficientul de siguranţă; β = 1,1…1.3 – factor de corecție (ține cont de efectul torsiunii care apare suplimentar la strângerea piuliței). 

Alegerea valorilor dimensiunilor filetului metric standard

Din Anexa.ST.03 se adoptă filet metric cu d₁ ≥ cu dimensiunile: d₁ (diametrul interior), d₂ (diametrul mediu), d (diametrul nominal), p (pasul); se adoptă din Anexa.ST.05, corelat cu dimensiunea filetului (d) diametrul găurii de trecere, D₁ (execuţie mijlocie).

Obs. Se recomandă să se adopte filete cu pas normal (marcate cu bold), frecvent utilizate în pratică.

Relaţii de calcul pentru dimensionarea gulerului

Din condiţia de rezistenţă la strivire a materialelor în zona de contact dintre elementele 4 şi 1, presiunea de contact,

p = = ≤ σ_as,

din care se determină diametrul gulerului, respectiv, diametrul exterior minim al şaibei plate,

D₂ =  , (Calc.3.3.3)

unde: σ_as reprezintă tensiunea admisibilă la strivire a materialelor în contact; se adoptă dimensiunile: șaibei plate: d₁, d₂, h (Anexa.ST.06); piuliței: d, S, m (Anexa.ST.04), șaibei Grower: d₁, g (Anexa.ST.07).

Relaţii de calcul a momentelor

- momentul de înşurubare (strângere),

M_î = F_st tg(arctg + arctg) , (Calc.3.3.4)

unde, d₂ reprezintă diametrul mediu al filetului, p – pasul filetului, μ - coeficientul de frecare din filet, α – unghiul profilului filetului metric (α = 60^o).

- momentul de pivotare (pe suprafața frontală a piuliței),

M_p = F_st μ₂ , (Calc.3.3.5)

unde, μ₂ = 0,15…0,25 – coeficientul de frecare pe suprafața în contact, piuliță-șaibă; S – deschiderea cheii de strângere a piuliței, D₁ – diametrul găurii de trecere.

- momentul de acţiune la cheie  pentru strângerea piuliţei,

M_c = M_î + M_p. (Calc.0)

Relaţii de verificare

- verificarea tijei filetate la solicitări compuse (tracţiune şi torsiune) în momentul strângerii,

σ_e ≤ σ_at,

unde,

σ_e = (Calc.3.3.6)

și σ_at = σ₀₂/c reprezintă tensiunea admisibilă la tracţiune, σ₀₂ - tensiunea limită de curgere; c = 2…3 – coeficientul de siguranţă.

Obs. Dacă nu se verifică inegalitatea de mai sus se vor realege valori mai mari ale dimensiunilor filetului metric standard din Anexa.ST.03 și se vor relua calculele de la etapa Alegerea valorilor dimensiunilor filetului metric standard

- verificarea condiţiei de autofixare,

β₂ ≤ φ’,

în care: β₂ = arctg reprezintă unghiul mediu de înclinare a elicei filetului și φ’ = arctg – unghiul de frecare redus din filet. (Calc.3.3.7)

E. Proiectarea formelor constructiv-tehnologice

Cârligul de remorcare, 1

Desen constructiv-tehnologic

Recomandări pentru adoptarea dimensiunilor și a parametrilor tehnologici

- dimensiuni obținute: D_s, D, l, L_c d, l₃ = (0,4…0,6)D, D₂, d, l₁, l₂,

- zonele de trecere se vor realiza cu racordări: R1, R2, R3 (Anexa.T.02);

- se adoptă teșituri de protecție sau tehnologice: Teșitura1, Teșitura2 (Anexa.T.02);

- găură de centrare (Anexa.T.01);

- prelucrarea presupune operațiile: strunjire, găurire, filetare, rectificare a suprafeței sferice;

- calitatea (rugozitatea) suprafeţei sferice: R_a1 = 3,2 µm sau R_a1 = 1,6 µm; calitatea (rugozitatea) generală a suprafeţelor: R_a0 = 6,3µm (Anexa.T.03);

- deoarece, elementul funcţionează în mediu corosiv, pentru a se menține calitatea suprafeței sferice pe toată perioada de funcţionare se va realiza protecţia prin cromare.

Tirantul superior, 4

Desen constructiv-tehnologic

Recomandări pentru adoptarea dimensiunilor și a parametrilor tehnologici

- dimensiuni: b₄, b₄, R = b₄/2, L₄ = X₁ + R, D₁, se va determina la proiectarea legăturii 1-4;

- se adoptă pentru muchiile ascuțite teșituri de protecție (Anexa.T.02);

- prelucrarea presupune: frezarea porţiunilor de cap şi găurirea; celelalte suprafețe rămân neprelucrate conform simbolului atașat;

- calitatea (rogozitățile) suprafeţelor prelucrate, R_a1 = 6,3 µm sau R_a1 = 12,5 µm; R_a2 = 6,3 µm sau R_a2 = 12,5 µm (Anexa.T.03).

Elemente de asamblare

Recomandări pentru adoptarea dimensiunilor

- piuliță: d, S, m (Anexa.ST.04);

- șaibă plată: d₁, d₂, h (Anexa.ST.06);

- șaibă Grower: d₁, g (Anexa.ST.07)