ARC-A. elemente elastice (ARCuri) – APLICAŢII

 

ARC-A.1 ARCURI ELICOIDALE CILINDRICE DE COMPRESIUNE

CUPRINS

                    ARC-A.1.1 DATE DE PROIECTARE

                    ARC-A.1.2 ALEGEREA MATERIALULUI, TRATAMENTELOR TERMICE ŞI TEHNOLOGIEI

                    ARC-A.1.3 PROIECTAREA FORMEI 

                    ARC-A.1.4 DIMENSIONARE ŞI VERIFICARE

                    ARC-A.1.5 PROIECTAREA FORMEI TEHNOLOGICE. DESEN DE EXECUŢIE

                    ARC-A.1.6 VERIFICAREA MODELULUI CU PACHETUL MDESIGN

 

ARC-A.1 ARCURI ELICOIDALE CILINDRICE DE COMPRESIUNE

 

Să se proiecteze arcul elicoidal cilindric din componenţa unui cuplaj elastic de tip Cardeflex, cunoscând schema de încărcare şi de gabarit din fig. ARC-A.1.1 şi datele de mai jos.

Rezolvarea se face parcurgând metodologia din cap. ARC-P.1 cu centralizarea rezultatelor parţiale şi finale în lista ARC-L.1.1 (se activează cu tasta Ctrl apăsată).

 

ARC-A.1.1  DATE DE PROIECTARE

 

 

 Fig. ARC-A.1.1 Schema  de  încărcare şi de gabarit a arcului elicoidal  cilindric  de compresiune

Date iniţiale

a.       Tipul încărcării:  compesiune (fig. ARC-A.1.1).

b.       Forma secţiunii: circulară.

c.        Scopul arcului:  realizarea unei caracteristici impuse.

e.       Parametrii caracteristicii elastice (v. subcap. ARC-P.1.1.2):  F1 = 80 N, h = 4 mm, k = 5 N/mm (fer. ARC-C.1.1.5).

f.         Dimensiuni de gabarit impuse (v. fig. ARC-A.1.1):  Dgi = 15 mm.

g.       Condiţii de funcţionare: cuplaj elastic de tip Cardeflex; temperatura, T = -10…25oC; caracteristicile mediului în care funcţioneză: fără agenţi corosivi.

h.        Condiţii constructive: forma zonei de rezemare (fig. ARC-A.1.2); ghidarea la ambele capete, υ = 1 (fer. ARC-P.1.1).

i.           Condiţii ecologice (utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii).

 

ARC-A.1.2 ALEGEREA MATERIALULUI, TRATAMENTELOR TERMICE ŞI TEHNOLOGIEI

 

Alegerea materialului, tratamentului termic şi caracteristicile de rezistenţă specifice solicitărilor arborelui se face considerând  aspectele din subcap. ARC-T.5. şi fer. ARC-M.1.

 

Materialul

Fluxul tehnologic principal, tratamente termice

Tensiunea de rupere

Tensiunea admisibilă la torsiune

Modulul de elasticitate

Longitudinal

Transversal

51VCr11A

Călire şi revenire → înfăşurare la rece → detensionare

σr = 1500 MPa

at = 650  MPa

E = 206000 MPa

G = 78000 MPa

 

ARC-A.1.3 PROIECTAREA FORMEI 

 

 

 

Parametrii geometrici (fig. ARC-P.1.2,a):

d  - diametrul spirei;

Di,m,e – diametrul  interior, mediu şi exterior;

H0 – lungimea arcului nesolicitat;

t – pasul elicei;

α – unghiul elicei.

 

Tipul zonei de sprijin (reazem) şi numărul spirelor din acestă zonă:

nr = 2 (fig. ARC-A.1.2,b)

a

b

Fig. ARC-A.1.2 Forma arcului : a – în vedere ; b – zona de reazem 

 

 

 ARC-A.1.4 DIMENSIONARE ŞI VERIFICARE

 

 

 

Fig. ARC-A.1.3 Caracteristica arcului

Parametrii  caracteristicii elastice

F1 [N]

δ1 [mm]

Fn [N]

δn [mm]

h [mm]

k [N/mm]

Fereastra de calcul

80

 = 16

 

F1+k h=100

 +h=20

 

4

5

(ARC-C.1.1.5)

Dimensionare

Diametrul mediu

Calculul de rezistenţă

Adoptări şi calcul parametri

Calculul deplasării  şi rigidităţii

Verificare

Dm= Dgi + (1…8)= 15+2=17 mm

  1,99

 

mm,  (fer. ARC-C.1.4.2)

Din fer. ARC-M.1 se adoptă d=2 mm.

   = 6,35

 

(fer. ARC-C.1.4.6)   

    = 19,998 mm

 

(fer. ARC-C.1.4.3)

   = 4,99   N/mm    

   

(fer. ARC-C.1.4.4)

 = 8,5

 

{4, 16}

(fer. CEL-C.1)

Obs. K=1+1,6/i este factorul de concentrare a tensiunilor de torsiune [Drăghici, 1982].

 

ARC-A.1.5  PROIECTAREA FORMEI TEHNOLOGICE. DESEN DE EXECUŢIE

 

Calculul parametrilor, geometrici, funcţionali şi de execuţie

 

     

                                        a                                                                          b 

 

Fig. ARC-A.1.4 Parametrii de execuţie şi schematizarea a – desen de execuţie;

b – schematizare

Parametrul

Realaţia de calcul

Fereastra de  calcul

Numărul total de spire

 = 8

(ARC-C.1.5.1)

Lungimea arcului blocat

 = 16 mm

Pasul arcului nesolicitat

     = 5,75  mm

Lungimea arcului nesolicitat

 = 39,8 mm

Lungimea arcului montat

= 23,8  mm

Lungimea arcului la sarcina maximă

 = 19,8  mm

Diametrul exterior

 = 19 mm

Diametrul interior

 = 17 mm

Unghiul de înclinare a spirei arcului nesolicitat

   = 6,15 grade

 

Lungimea semifabricatului (sârmei)

   = 430 mm

 

Săgeta la blocarea arcului

 = 23,81 mm

Forţa de blocare

     = 119,05  mm

 

Parametrii funcţionali şi date auxiliare (se menţionează pe desenul de execuţie) [STAS 2012]: sensul de înfăşurare, dreapta; numărul de spire active, n = 6,35; numărul de spire de reazem, n = 2,15; lungimea desfăşurată a spirei sau barei, ls = 430 mm; rigiditatea (constanta) arcului, k=4 N/mm; cursa de lucru, h= 5 mm; temperatura mediului în care lucrează arcul, T=250C; diametrul maxim al tijei de ghidare, Ds = 14,2 mm; abateri de poziţie, Apa = 1 mm, Ape = 1,5 mm; treapta de precizie a arcului.

Condiţii tehnice: tratamentul termic, revenire;  teste funcţionale, comprimat de trei ori spiră pe spiră); protecţia superficială, brunat.

Tensiunile din spiră,

     = 514,38 MPa;      = 643 MPa.   (fer. ARC-C.1.5.1)

 

 

ARC-A.1.6 VERIFICAREA MODELULUI CU PACHETE DE CALCUL ŞI DE ANALIZĂ CU ELEMENTE FINITE

                                      

Preprocesarea modelului de calcul

  ®  ® ®  

Introducerea datelor şi selectarea opţiunilor de calcul [Roloff/Matek, 2008]

Date şi opţiuni directe

Date şi opţiuni auxiliare

  

        

  

 

                      

 

    

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rezolvarea modelului

Activează butonul,

®

Corectare neconcordanţe sau erori în datele de intrare (numai dacă apar ferestre de avertizare)

®

®

 

®

Salvează modelul în  fişerul ARC-MD.1 (format htm, rtf sau pdf)

Postprocesarea rezultatelor

 (rezultate parţiale)

 

Concluzii

 

Datele introduse în ferestrele programului MDESIGN sunt aceleași ca la proiectarea clasică.  Pachetul, MDESIGN, permite introducerea de scheme de încărcare și de rezemare prin intermediul unor unor ferestre suplimentare bazate pe tabele sau grafice şi, respectiv diverse cuple virtuale. Rezultatele obținute sunt cvasiidentice cu cele rezultate prin metoda clasică.