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

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

A. Schema de încărcare şi date de proiectare

Schema de încărcare exterioară	Schema de încărcare a legaturii 9-10

Date de proiectare

Forţele exterioare: F_X, F_Y, F_Z acţionează la distanţele L_c (Ex.3.1) ), X₁, Z₁ (Ex.1.2.2), h₆ (Ex.4.1) și a (Ex.5.1);  se calculează momentele în centrul flanșei 9 (Calc.0):

M_X9 = F_Y (L_c+Z₁),

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

M_Z9 = F_Y (X₁ + h₆/2 + a).

Restricţii dimensionale: flanșele 9 și 10 se  leagă cu 4 asamblări cu șuruburi flanșa 9 de flanșa 10 cu grosimile, g (Ex.4.3); 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.

B. Alegerea materialelor și tratamentelor termice

Deoarece elementele 9, 10 sunt piese care se vor suda se adoptă, oţel sudabil (de ex. S185, S235, S275; Anexa.M.01), conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2).

Oţelurile elementelor de asamblare standardizate (şuruburi şi piuliţe) pot fi adoptate din grupele 6.6, 6.8, 8.6, 8.8. Aceste oțeluri nu se tratează termic de utilizator; Pentru grupa adoptată în vederea calculelor se vor reţine tensiunile limită de curgere s₀₂ şi rezistența la rupere s_r care se determină conform simbolului asociat (de ex. pentru grupa 6.8, s₀₂ ≈ 6*8*10 = 480 MPa și s_r ≈ 6*100 = 600 MPa).

C. Proiectarea formei constructive

Desen constructiv

Caracteristici şi restricţii constructive - pentru flanşele 9 şi 10 se adopta semifabricat de tip platbandă cu grosimea, g = {10, 12} mm (Ex.4.3, Anexa.ST.01); - dimensiunile flanşelor, 9 și 10, se vor determina din considerente de gabarit pentru a se permite sudarea elementelor 8 și 11 în zona centrală şi pentru a se putea strânge asamblarea șurub-piuliță cu cheia fixă sau tubulară; se va ține cont că pe flanșa 9 se va suda corpul tirantului (gabaritul sudurii, h8 + 2a (Ex.4.3) şi pe flanșa 10 bara centrală 11 (gabaritul sudurii, h11 + 2a (Ex.6.1); astfel considerând gabaritul zonei de acțiune a cheii de strângere a piuliței se adoptă latura pătratului flanșelor, Lf; practic, pentru șurubri M10, M12, M14 se poate adopta Lf = max(h8, h11) + 2a + 60…80 mm (a, reprezintă grosimea cordonului de sudură, 8-9); - găurile de trecere a şuruburilor cu diametrul D1 se vor dispune în colţurile unui pătrat cu latura, L = Lf + h8 + 2a)/2

D. Model de calcul, dimensionare şi verificare

Model de calcul

Ipoteze de calcul şi solicitări

-    transmiterea sarcinilor de la flanşa 9 la flanşa 10 se face, pe de-o parte prin, intermediul tijelor celor patru şuruburi şi prin filetele acestora și, pe de altă parte, prin frecarea dintre cele două flanșe; pentru calculul de dimensionare se impune identificarea asamblării cu şurub cea mai solicitată, bazat pe principiul superpoziţiei acţiunii forţelor; 

-     forţa F_X solicită asamblarea axial centric; momentele M_Z9 şi M_Y9 solicită asamblarea axial excentric; forţele F_Y, F_Z şi momentul M_X9 solicită asamblarea transversal centric (transmiterea acestora se face prin frecare);

-     şuruburile se montează cu joc şi solicitarea principală a tijelor acestora este tracţiunea;

- dimensionarea şurubului cel mai solicitat se va face din condiţia de rezistenţă a tijei şurubului la tracțiune.

Date de calcul

- despre încărcare: F_X, F_Y , F_Z; M_X9, M_Y9, M_Z9;

- despre forme şi dimensiuni: flanşa pătrată cu dimensiunea L_f (v. etapa C); latura pătratului de dispunere a găurilor, L (v. etapa C); a = (L_f – L)/2; r₁ = r₂ = r₃ = r₄ = r = L/2;

- despre material: grupa caracteristicilor materialului m.n (grupe posibile: 6.6, 6.8, 8.6, 8.8), σ₀₂ = m*n*10 MPa – tensiunea limită de curgere; c = 2…3 - coeficientul de siguranţă; σ_at = σ₀₂/c – tensiunea admisibilă la tracţiune;

- despre parametri de frecare: µ = 0,15…0,25 - coeficientul de frecare de alunecare dintre spirele filetului, µ₁ = 0,15…0,25 - coeficientul de frecare de alunecare dintre flanșele 9,10; µ₂ = 0,15…0,25 - coeficientul de frecare de alunecare dintre piuliţă şi șaibă.

Relaţii de calcul

Determinarea șurubului cel mai solicitat

Determinarea forţelor axiale din şuruburi corespunzătoare fiecărei sarcini:

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

= = = = , (Calc.0)

- forţele din şuruburi generate de momentul M_Z9 care solicită asamblarea axial excentric,

= = , = = ; (Calc.6.5.1)

- forţele din şuruburi generate de momentul M_Y9 care solicită asamblarea axial excentric,

= = , = = ; (Calc.6.5.2)

- forţele din şuruburi generate de rezultanta forţelor F_Y şi F_Z, care solicită asamblarea transversal centric,

= = = = , (Calc.6.5.3)

unde, β_a = 1,2…1,4 factorul de siguranță la alunecare, µ₁ = 0,15…0,25, coeficientul de frecare de alunecare dintre flanșele 9,10;

- forţele din şuruburi generate de momentul M_X9  care solicită asamblarea transversal centric,

= = = = , (Calc.6.5.4)

unde, r reprezintă semidiagonala pătratului de poziționare a axelor șuruburilor (r₁ = r₂ = r₃ = r₄ = r = L/2).

Forţele axiale totale din şuruburi, 

F_aș1 = + + + + , (Calc.0)

F_aș2 = + + + + , (Calc.0)

F_aș3 = + + + + , (Calc.0)

F_aș4 = + + + + . (Calc.0)

Valoarea maximă F_aş = max(F_aș1, F_aș2, F_aș3, F_aș4) indică şurubul cel mai solicitat care va fi dimensionat conform calculului de rezistenţă.

Determinarea forței axiale de strângere din şuruburi la montaj

F_st = max(+, +, +, +). (Calc.0)

Obs. Această forţă asigură apăsarea necesară dintre flanşele 9 şi 10 pentru asigurarea frecării fără alunecare.

Dimensionarea tijei filetate

- dimensionarea şurubului cel mai solicitat din condiţia de rezistenţă la tracţiune se determină diametrul interior al filetului necesar,

= , (Calc.3.3.2)

unde, β = 1,1…1,3, factor de corecție care ține cont de existența solicitării de torsiune care apare la strângerea asamblării; σ_at, tensiunea admisibilă la tracțiune.

- adoptarea dimensiunior standard: din Anexa.ST.03, parametrii filetului d₁ (d₁ ≥ ), d₂, d (Md), p; corelat cu dimensiunea filetului (Md) se adoptă din Anexa.ST.05, diametrul găurii de trecere, D₁ (execuţie mijlocie).

Momentele de strângere a asamblării

- momentul de înșurubare (frecare din filet),

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

unde, µ = 0,15…0,25 – coeficientul de frecare dintre piuliță și șaibă, α = 60^o – unghiul profilului filetului metric, p – pasul filetului;

- momentul de frecare de pivotare dintre piuliță și șaibă,

M_p = F_st μ₂, (Calc.3.3.5)

unde, µ₂ = 0,15…0,25 – coeficientul de frecare dintre piuliță și șaibă, α = 60^o – unghiul profilului filetului metric, p – pasul filetului; D₁ diametrul găurii de trecere;

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

M_c = M_î + M_p. (Calc.0)

Verificări

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

σ_e ≤ σ_at,

în care, tensiunea echivalentă,

σ_e = . (Calc.3.3.6)

- verificarea condiţiei de autofixare,

β₂ ≤ φ’,

în care,

β₂ = arctg, φ’ = arctg , (Calc.3.3.7)

unde, φ’ reprezintă unghiul de frecare redus.

Obs.

- pentru calculul de rezistenţă s-a considerat cazul cel mai defavorabil care presupune acţiunea tuturor forţelor exterioare pentru a se evita descărcarea asamblării şi, deci, neasigurarea condiţiei de transmitere a forţelor F_Y, F_Z şi momentului M_X9 prin frecare;

- deoarece, s-a adoptat piuliţă cu filet standardizat nu a mai fost necesar calculul de rezistenţă a filetului acesteia deoarece construcția piuliției s-a făcut cu luarea în considerare a calculului de rezistență a filetului;

- de obicei, în cazul filetelor metrice nu se impune verificarea condiţiei de autofixare, aceasta fiind asigurată prin construcţie.

E. Proiectarea formei constructiv-tehnologică

Desen constructiv-tehnologic

Recomandări pentru adoptarea dimensiunlor şi a parametrilor constructiv-tehnologici:

- dimensiuni: L_f , L, g, D₁;

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

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

Recomandări pentru adoptarea dimensiunilor elementelor de asamblare:

- şurub cu cap hexagonal (Anexa.ST.12): Md, d, S, D, k, l, l_f, l_ș;

- piuliță hexagonală (Anexa.ST.04): Md, S, m;

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

- şaibă Grower (Anexa.ST.07): MN d, d₁, d_2, g