AFS-A. ASAMBLĂRILOR FILETATE ŞI CU ŞURUBURI – APLICAŢII

AFS-A.3.2 ASAMBLĂRI CU ŞURUBURI SOLICITATE  COMBINAT (AXIAL ŞI TRANSVERSAL) – CAZUL 2 (13-3)

CUPRINS

AFS-A.3.2.1 DATE DE PROIECTARE

AFS-A.3.2.2 ALEGEREA MATERIALULUI, TRATAMENTELOR TERMICE ŞI A TEHNOLOGIEI

AFS-A.3.2.3 ALEGEREA FORMEI COINSTRUCTIVE

AFS-A.3.2.4 DIMENSIONARE ŞI VERIFICARE

AFS-A.3.2.5 PROIECTAREA FORMEI TEHNOLOGICE

AFS-A.3.2.6 VERIFICAREA MODELULUI CU PACHETUL MDESIGN 

AFS-A.3.2.1 DATE DE PROIECTARE

Tab. AFS-A.3.2.1.1 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 tirantul 13/13’ de suportul 3/3’ fig. AFS-A.2.1.1.1 cu funcţia principală de  transmitere a sarcinilor (forţe şi momente) 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; L5 = 400 mm; L6 = 150 mm; se calculează forţele şi momentele în centrul asamblării:  FXs = 750 N, FYs = 150 N, FZs = 350 N; MX3 = FY (L1+L3)/2 = 34200 Nmm, MZ3 = FY (L2+ L4+ L6)/2  = 67500 Nmm (din considerente de simetrie nu se ia în considerare momentul forţei FX),  MY3 = FX (L1 +L3)/2 + FZ (L2 + L4+ L6)/2 = 328500 Nmm; b. Tipul sarcinii: statică	c. Restricţii dimensionale: dimensiunile elementelor asamblate fiind cunoscute se vor adopta 4 şuruburi care for fi dispuse în vârfurile unui pătrat cu dimeniunile maxim posibil; d. Condiţii de funcţionare: coieficientul de frecare dintre elementele 13 şi 3 (13’ şi 3’), µ = 0,15…0,25 (frecare usată, oţel-oţel); e. temperatura, T = - 30^oC…40^oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată f. Condiţii constructive: materiale sudabile g. Condiţii de ecologie: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii.
a	b
Fig. AFS-A.3.2.1.1 Schema funcţional-constructivă a asamblării: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare

AFS-A.3.2.2 ALEGEREA MATERIALULUI, TRATAMENTELOR TERMICE ŞI TEHNOLOGIEI  

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

Tab. APP-A.1.3.1.2.1 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.3.2.3 ADOPTAREA FORMELOR CONSTRUCTIVE

Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive: - elementele 13 şi 3  au fost dimensionate în  subcap. PRC-A.1.2.3 şi PRC-A.1.1.3 şi s-a folosit platbandă cu lăţimea b = 90 mm şi grosimea h = 8 mm; Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: - găurile de trecere a şuruburilor cu diametrul D1 se vor dispune în colţurile unui pătrat cu latura L = 75 mm (subcap. PRC-A.1.2.3)

Fig. PRC-A.3.2.3.1 Parametri  geometrici, funcţionali şi constructivi

AFS-A.3.2.4 SCHEMA DE CALCUL, DIMENSIONARE ŞI VERIFICARE

Fig. PRC-A.3.2.4.1 Schema de calcul a forţelor din şuruburi	Ipoteze de calcul şi solicitări: - transmiterea sarcinilor de la tirantul 13 la suportul 3 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 FXs solicită asamblarea axial centric; momentele MZ3 şi MY3 solicită asamblarea axial excentric; forţele FYs, FZs şi momentul MX3 solicită asamblarea transversal centric; - şuruburile se montează cu joc şi tijelor acestora sunt solicitate la tracţiune; - după dimensionarea şurubului cel mai solicitat se va face dimensionarea acestuia din condiţia de rezistenţă a tijei şurubului; Date  cunoscute: - despre dimensiuni: L = 75 mm; a = (b – L)/2 = 7,5; r1 = r2 = r3 = r4 =   = 105,75 mm; - despre încărcare: FXs = 750 N, FYs = 150, FZs = 350 N; MX3 = 34200 Nmm, MZ3 = 67500 Nmm,  MY3 = 328500 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 FYs care solicită asamblarea axial centric (tab. AFS-T.8.3.1.1),  =  37,5 N,     = 37,5 N,     = 37,5 N,   = 37,5 N; - forţele din şuruburi generate de momentul MZ3 care solicită asamblarea axial excentric (tab. AFS-T.8.3.1.4),  =  224 N,    =  20,36 N,    =  20,36  N,    =  224 N;  - forţele din şuruburi generate de momentul MX3 care solicită asamblarea axial excentric (tab. AFS-T.8.3.1.4),  =  114 N,   =  114  N   =  10,5 N    =  10,5 N; - forţele din şuruburi generate de rezultanta forţelor FYs şi FZs () care solicită asamblarea transversal centric (tab. AFS-T.8.3.2.2), = 476 N,   = 476 N,  = 476 N,   = 476 N; - forţele din şuruburi generate de momentul MY3  care solicită asamblarea transversal centric (tab. AFS-T.8.3.2.3.4),  =  8617,5 N,   =  7765 N,    =  7765 N,   =  7765 N; Calculul forţelor axiale totale din şuruburi:  = 9469 N,     = 8413 N,  = 8309,5 N,     = 8513 N; Încărcarea maximă Faş = max( ) = 9469 N indică că şurubul 1 (fig. PRC-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, β =1,1 ) presupune determinarea diametrului interor al filetului necesar,  = 8,14 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)  = 12281 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 în momentul strângerii (tab. AFS-T.8.3.1.1), = 273 MPa  = (190…320) MPa; deoarece  verificarea este la limită se pote adopta şuruburi cu grupa caracteristicilor de material, 8.8, sau se poate alege şuruburi cu dimmensiunea imediat mai mare, M12; - momentul de acţiune la cheie  pentru strângerea piuliţei, (tab. AFS-T.8.1.1.2), Mm  = + =  22376 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 FX şi FZ şi momentului MY3 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.3.2.5 PROIECTAREA FORMEI TEHNOLOGICE

Tab. AFS-A.3.2.5.1 Parametri 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 alrzajelor pieselor 3 şi 13, Ra = 6,3 µm

AFS-A.3.2.6 VERIFICAREA MODELULUI CU PACHETUL PERFORMANT MDESIGN