AFS-A. ASAMBLĂRILOR FILETATE ŞI CU ŞURUBURI – APLICAŢII

AFS-A.3.1 ASAMBLĂRI CU ŞURUBURI SOLICITATE  COMBINAT (AXIAL ŞI TRANSVERSAL) – CAZUL 1

CUPRINS

AFS-A.3.1.1 DATE DE PROIECTARE

AFS-A.3.1.2 ALEGEREA MATERIALULUI, TRATAMENTELOR TERMICE ŞI A TEHNOLOGIEI

AFS-A.3.1.3 ALEGEREA FORMEI COINSTRUCTIVE

AFS-A.3.1.4 DIMENSIONARE ŞI VERIFICARE

AFS-A.3.1.5 PROIECTAREA FORMEI TEHNOLOGICE

AFS-A.3.1.6 VERIFICAREA MODELULUI CU PACHETUL MDESIGN 

AFS-A.3.1.1 DATE DE PROIECTARE

Tab. AFS-A.3.1.1.1 Definirea problemei de proiectare a asamblărilor cu şuruburi solicitate combinat (axial şi transversal)

Subtema de proiectare Să se proiecteze asamblarea cu şuruburi solicitate combinat (axial şi transversal) care leagă flanşa 9 de flanşa 10 din fig. AFS-A.2.1.1.1 cu funcţia principală de  transmitere a sarcinilor FX, FY şi FZ  de la cârligul de remorcare drept cu sferă, poziţia 1,  la bara centrală 10. Specificaţii impuse: a. Forţele exterioare: FX = 1500 N, FY = 300, FZ = 700 N acţioneză la distanţele L1 = 48 mm; L2 = 80 mm; L3 = 180 mm; L4 = 220 mm; y = h11 + g9 + g10 = 25 + 8 +8 = 41 mm (subcap.          ) se calculează momentele în centrul flanşei 9:	MX10 = FY (L1+L3) = 68400 Nmm, MZ10 = FY (L2 + L4) = 90000Nmm,  MY10 = FX (L1 +L3) + FZ (L2 + L4 - y) = 523300 Nmm; b. Tipul sarcinii: statică c. Restricţii dimensionale: se impune ca dimensiunile flanşelor asamblate să permită strângerea asamblării cu chei standard respectând condiţia de gabarit minim; d. Condiţii de funcţionare: coieficientul de frecare dintre flanşe, µ = 0,15…0,25 (frecare usată, oţel-oţel); temperatura, T = - 30^oC…40^oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată e. Condiţii constructive: materiale sudabile f. Condiţii de ecologie: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii.
a	b
Fig. AFS-A.3.1.1.1 Schema funcţional-constructivă a asamblării: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare

AFS-A.3.1.2 ALEGEREA MATERIALULUI, TRATAMENTELOR TERMICE ŞI TEHNOLOGIEI  

Se adoptă pentru şuruburi din materiale incluse în grupa de caracteristici 6.8   (subcap.  AFS-T.5)

Tab. AFS-A.3.1.2.1 Date despre material

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

AFS-A.3.1.3 ADOPTAREA FORMELOR CONSTRUCTIVE

Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive: - dimensionarea flanşelor se va face din considerente de gabarit pentru a se permite sudarea corpului tirantului 8 în zona centrală şi pentru a se putea strânge asamblarea cu cheia; Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: - pentru flanşele 9 şi 10 se adopta din fer. PRC-M.1 semifabricat de tip platbandă şi, ţinând cont că în centru se va suda corpul tirantului (h8 + a  65 mm) şi spre exterior se va aloca spaţiu de acţiune a cheii de fixare (28 mm, pentru şuruburi de până la M10),  cu dimensiunea Lf = 100 mm 100 şi grosimea g = 8 mm; - găurile de trecere a şuruburilor cu diametrul D1 se vor dispune în colţurile unui pătrat cu latura L = 85 mm

Fig. AFS-A.3.1.3.1 Parametri  geometrici, funcţionali şi constructivi

AFS-A.3.1.4 SCHEMA DE CALCUL, DIMENSIONARE ŞI VERIFICARE

Fig. AFS-A.3.1.4.1 Schema de calcul a forţelor din şuruburi	Ipoteze de calcul şi solicitări: - transmiterea sarcinilor de la flanşa 5 la flanşa 6 se face prin intermediul tijelor celor patru şuruburi şi prin filetele acestora; pentru calculul de dimensionare se impune identificarea asamblării cu şurub cea mai solicitată prin bazat pe principiul superpoziţiei acţiunii forţelor;  - forţa FX solicită asamblarea axial centric; momentele MZ10 şi MY10 solicită asamblarea axial excentric; forţele FY, FZ şi momentul MX10 solicită asamblarea transversal centric; - şuruburile se montează cu joc şi solicitarea tijelor acestora este tracţiunea - după dimensionarea şurubului cel mai solicitat se va face dimensionarea acestuia din condiţia de rezistenţă a tijei şurubului şi apoi se va face verificarea cu pachetul MDESIGN Date  cunoscute: - despre forme şi dimensiuni: flanşa pătrată cu Lf  = 100 mm; L = 85 mm; a = (Lf – L)/2 = 7,5; r1 = r2 = r3 = r4 =   = 60 mm; - despre încărcare: FX = 1500 N, FY = 300, FZ = 700 N; MX10 = 68400 Nmm, MZ10 = 90000Nmm,  MY10 = 523300 Nmm; - despre material: grupa caracteristicilor materialului 6.8, 02 = 480 MPa – tensiunea limită de curgere; c = 1,5…2,5 - coieficientul de siguranţă;  σac = σ02/c = 480/1,5…2,5 = 190…320 MPa – tensiunea admisibilă la tracţiune (se adoptă, σat = 200 MPa); - depre frecare: coeficeientul de frecare de alunecare în filet, µ = 0,2; coeficeientul de frecare de alunecare dintre piuliţă şi flanşa 10, µ1 = 0,2;
Relaţii de calcul: Calculul forţelor axiale din şuruburi corespunzător fiecărei încărcări - forţele din şuruburi generate de forţa FX care solicită asamblarea axial centric (tab. AFS-T.8.3.1.1),  = 375N,     = 375N,     = 375N,   = 375N; - forţele din şuruburi generate de momentul MZ10 care solicită asamblarea axial excentric  (tab. AFS-T.8.3.1.4),  =  484 N,    =  40 N,    =  40 N,    =  484 N;  - forţele din şuruburi generate de momentul MY10 care solicită asamblarea axial excentric (tab. AFS-T.8.3.1.4),  =  2812 N,   =  2812 N   =  228 N    =  228 N; - forţele din şuruburi generate de rezultanta forţelor FY şi FZ,, care solicită asamblarea transversal centric (tab. AFS-T.8.3.2.2), = 952 N,   = 952 N,  = 952 N,   = 952 N; - forţele din şuruburi generate de momentul MX10  care solicită asamblarea transversal centric (tab. AFS-T.8.3.2.3),  =  1425 N,   =  1425 N,    =  1425 N,   =  1425 N; Calculul forţelor axiale totale din şuruburi:  = 6048 N,     = 5604 N,  = 3020 N,     = 3464 N; Încărcarea maximă Faş = max( ) = 6048 N indică că şurubul 1 (fig.  AFS-A.2.1.4.1) este cel mai solicitat şi va fi dimensionat conform calculului de rezistenţă. Calculul de rezistenţă - dimensionarea şurubului cel mai solicitat din condiţiă de rezistenţă la tracţiune (tab. AFS-T.8.3.1.1) presupune determinarea diametrului interor al filetului necesar,  = 6,79 mm, din fer. AFS-P.1, se adoptă ( ) parametrii filetului: d1 = 8,376 mm, d2 = 9,026 mm, d = 10 mm (M10), p = 1,5 mm; se adoptă din fer. AFS-P.2 corelat cu dimensiunea filetului (M10) diametrul găurii de trecere, D1 = 11 mm (execuţie mijlocie); se adoptă din fer. AFS-P.3 piuliţă M10 cu m = 8 mm şi S = 17 mm; - momentul de înşurubare (strângere) a şurubului cel mai solicitat  (tab. AFS-T.8.1.1.1),  = 8882 Nmm,  unde, s-a considerat;  = 3,03^o – unghiul mediu al filetului, µ = 0,2 – coeficientul de frecare din filet, α = 60^o – unghiul profilului filetului metric, - verificarea tijei filetate a şurubului cel mai solicitat la solicitări compuse (tracţiune şi torsiune) în momentul strângerii (tab. AFS-T.8.3.1.1), = 130 MPa  = 200MPa; - momentul de acţiune la cheie  pentru strângerea piuliţei, (tab. AFS-T.8.1.1.2), Mm  = + =  6447,6 Nmm; unde s-a considerat µ1 = 0,15 – coeficientul de frecare dintre piuliţă şi flanşa pe care se aşează acesata - verificarea condiţiei de autofixare (tab. AFS-T.8.1.1.1), <  ;  3,03^o < 13^o
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 FY şi FZ şi momentului MX10 prin frecare; - deoarece s-a adoptat piuliţă cu filet standardizat nu a mai fost necesar calculul de rezistenţă a filetului, acesta fiind îndeplinităă prin construcţie; - în cazul filetelor metrice nu se impune verificarea condiţiei de autofixare, acesata fiind asigurată prin construcţie

AFS-A.3.1.5 PROIECTAREA FORMEI TEHNOLOGICE

Tab. AFS-A.3.1.5.1 Parametrii tehnologici şi de reprezentare

Recomandări pentru adoptarea parametrilor tehnologici şi de reprezentare: - cotele privind lungimile tijei filetate şi tijei şurubului s-au determinat ţinând cont de grosimea piuliţei, m = 8 mm (fer. AFS-P.3), şaiba plată (fer. AFS-P.4), şaiba Grower  (fer. AFS-P.5); - dimensiunile şurubului au fost preluate din fer. AFS-P.6; - rugozitatea de prelucrare a alezajelor flanşelor 9 şi 10, Ra = 6,3 µm

AFS-A.3.1.6 VERIFICAREA MODELULUI CU PACHETUL PERFORMANT MDESIGN