Memoriu Tehnic.pdf

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAŞOV

Departamentul Autovehicule și Transporturi Disciplina Organe de Maşini

PROIECT DE AN LA DISCIPLINA Organe de Maşini I

Autor: Student GÂRNIŢĂ COSTEL ADRIAN Programul de studii: Autovehicule Rutiere Grupa: 1162

Coordonatori: Prof. univ. dr. ing. Gheorghe MOGAN Dr. ing. Silviu POPA

2018

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAŞOV FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ

Disciplina Organe de Maşini

PROIECT DE AN LA DISCIPLINA Organe de Maşini I

Autor: Student GÂRNIŢĂ COSTEL ADRIAN Grupa:1162

Coordonatori ştiinţifici: Prof. univ. dr. ing. Gheorge MOGAN Dr. ing. Silviu POPA

2018

CUPRINS Introducere ................................................................................................................................ 4 A. MEMORIUL JUSTIFICATIV ............................................................................................. 5 1. Tematica şi schema structural-constructivă .......................................................................... 8 1.1. Tematica şi specificaţii de proiectare .......................................................................... 8 1.2. Schema structural-constructivă ................................................................................... 9 2. Proiectarea elementelor şi legăturilor ................................................................................... 11 2.1. Proiectarea elementului 1 (cârligul de remorcare) .................................................... 11 2.2. Proiectarea elementului 4 (tirantul superior) ............................................................. 13 2.3. Proiectarea legăturii 1-4 (asamblare filetată) ............................................................ 16 2.4. Proiectarea elementelor 5 şi 6 (coloana superioară şi corp coloană superioară) ....... 18 2.5. Proiectarea legăturii 4-5 (îmbinare sudată) ............................................................... 21 2.6. Proiectarea legăturilor 5-6 ......................................................................................... 24 2.6.1 Proiectarea legăturii 5-6, asamblare ţeavă-ţeavă pătrată .................................. 24 2.6.2 Proiectarea legăturii 5-6, asamblare prin bolţ .................................................. 28 2.7. Proiectarea elementelor 7 + 8 (tirant inferior şi corp tirant inferior) ........................ 31 2.8. Proiectarea legăturii 6-7 (îmbinare sudată) ............................................................... 34 2.9. Proiectarea legăturilor 7-8 .........................................................................................37 2.9.1 Proiectarea legăturii 7-8, ţeavă-ţeavă pătrată .................................................. 37 2.9.2 Proiectarea legăturii 7-8, asamblare prin bolţ .................................................. 39 2.10. Proiectarea elementelor 11 şi 12/12’ (bara centrală şi coloana stânga/dreapta) ....... 42 2.11. Proiectarea legăturilor 8-9 şi 10-11 (îmbinări sudate) .............................................. 45 2.12. Proiectarea legăturii 9-10 (asamblare prin şuruburi)................................................. 47 2.13. Proiectarea legăturilor 11-12/12’ .............................................................................. 51 2.13.1 Proiectarea legăturii 11-12/12’, ţeavă-ţeavă pătrată ....................................... 51 2.13.2 Proiectarea legăturii 11-12/12’, asamblare prin bolţ ....................................... 53 2.14. Proiectarea elementului 13/13’ (tirant stânga/dreapta)..................................................54 2.15. Proiectarea legăturii 12-13/12’-13’ (îmbinare sudată).................................................. 58 2.16. Proiectarea elementului 3/3’ (suport stânga/dreapta).................................................... 60 2.17. Proiectarea legăturii 13-3/13’-3’ (asamblare prin şuruburi)..........................................61

B. Desene AUTOCAD ..........................................................................................................65

INTRODUCERE Scopul proiectului de an la disciplina Organe de maşini este să dezvolte abilităţile practice ale studenţilor de proiectare şi sintetizare a cunoştinţelor de mecanică, rezistenţa materialelor, tehnologia materialelor şi reprezentare grafică în decursul anilor I şi II, precum şi modul în care aceştia pot rezolva în mod independent o lucrare de proiectare, pe baza algoritmilor, metodelor specifice şi programelor din domeniu. Dispozitivul de remorcare este o structura mecanica demontabila, fara miscari relative intre elementele componente. Se va proiecta dispozitivul de remorcare cu funcia globala de legare si tractare a remorcilor si rulotelor de autovehicule. Principala functie a dispozitivului este aceea de a transmite sarcinile de la intrare (cupla de remorcare), la iesire (asamblarea cu sasiuri) materializatade cele doua asamblari cu lonjeroanele sasiului autovehiculului. In proiectarea dispozitivului se vor avea in vedere respectarea prevederilor de interschimbabilitate cerute de standardele din domeniul, respecatarea conditiilor de proiectare a omului si mediului: -utilizarea de materale si tehnologi eco -reciclarea materialelor, protectia vietii MASINA: Masina este realizata dintr-un ansamblu de elemente mecanice componente,inlantuite cinematic, cu miscari strict determinate. INSUSIRILE ORGANELOR DE MASINI: Organele de masini sunt piese sau ansambluri, avand un rol functional unitarcare intra in componenta masinilor, agregatelor, mecanismelor sau dispozitivelor.Performantele organelor de masini depind de doi factori: 1). Conceptia proiectantului. 2). Insusirile calitative al fiecarui element in parte.

Gârniţă Costel Adrian

MEMORIUL TEHNIC

1. TEMATICA ŞI SCHEMA STRUCTURAL CONSTRUCTIVĂ 1.1

TEMATICA ŞI SPECIFICAŢII DE PROIECTARE

Tema de proiectare a unui produs este lansată de către un beneficiar şi reprezintă o înşiruire de date, cerinţe şi condiţii tehnice care constituie caracteristicile şi performanţele impuse viitorului produs. În cazul proiectului de an nr. 1 tema de proiectare, pornind de la necesitatea unor dispozitive de remorcare auto modulare adaptabile pentru diverse situaţii practice presupune concepţia şi dimensionarea unui dispozitiv de remorcare cu funcţia globală de legare şi tractare a miniremorcilor şi rulotelor de autovehiculele de capacitate mică (fig. 1.1). Dezvoltarea acestui produs este cerută de inexistenţa unor produse similare care, pe de-o parte, să poată fi folosite pentru mai multe tipuri de autovehicule, remorci şi rulote şi pe de altă parte, să includă componente tipizate (şuruburi, bolţuri şaibe) existente la preţuri reduse şi performanţe ridicate. Astfel, se preconizează că noul produs executat în serii mari de producţie poate fi competitiv şi din punct de vedere economic. Dispozitivul de remorcare ca sistem mecanic demontabil, fără mişcări relative între elemente, are ca parametrii de intrare, forţele de interacţiune din cadrul cuplei sferice de remorcare, şi ca parametrii de ieşire, forţele şi momentele din asamblările dispozitivului cu lonjeroanele şasiului. Pe lângă funcţia principală de transmitere a sarcinilor de la intrarea I la ieşirea E (fig. 1.1) materializată de cele două asamblări cu lonjeroanele şasiului autovehiculului, pentru noul produs se urmăreşte şi îndeplinirea următoarelor funcţii auxiliare: respectarea prevederilor de interschimbabilitate cerute de standardele din domeniu; respectarea condiţiilor de protecţie a omului şi mediului; diminuarea distrugerilor care ar putea apărea la coliziuni. Pentru proiectarea de ansamblu a dispozitivului de remorcare (fig. 1.2) se impune personalizarea listei de specificaţii cu următoarele cerinţe principale: a. Forţele exterioare: FX , FY , FZ [N]. b. Tipul sarcinii: statică sau variabilă. c. Restricţii dimnesionale x1>0, x2<0, x3 <0; y1 > 0; z1 < 0 sau z1 > 0, z2 > 0 (fig. 1.2). d. Condiţii de funcţionare: temperatura, caracteristicile mediului în care funcționează. e. Condiţii constructive: interschimbabilitatea şi modularizarea. f. Condiţii de ecologie: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vietii.

Fig. 1.1 – Vedere generală a unui dispozitiv de remorcare integrat În tabelul 1.1 se prezintă valorile parametrilor fizici şi geometrici impuse pentru o situaţie practică cerută.

Tab. 1.1 Valorile parametrilor fizici şi geometrici Forţele exterioare [N] Coordonatele punctelor impuse [mm] FX FY FZ X1 X2 X3 Y1 1250 250 450 70 -250 -450 350

1.2

Z1 -250

Z2 150

SCHEMA STRUCTURAL-CONSTRUCTIVĂ

Din punct de vedere constructiv, dispozitivul de remorcare formează un ansamblu compus din subansamble şi elemente constructive, identificabile cu uşurinţă în schema structuralconstructivă din fig. 1.3. Ansamblul asociat interacţionează cu remorca prin intermediul unei cuple sferice prin elementul 1 (fig. 1.4) şi cu lonjeroanele şasiului autovehiculului prin asamblări cu şuruburi cu elementul 3. Subansamblele sunt structuri independente, care se evidenţiază printr-un grup compact compus, în configuraţie minimală, din cel puţin două elemente constructive sau din alte subansamble şi elemente constructive, în interacţiune permanentă, formate ţinându-se cont, cu precădere, de tehnologiile de montaj, de întreţinere şi de exploatare. În cazul dispozitivului de remorcare din fig. 1.2 s-au definit subansamble având la bază structurile compacte obţinute prin sudare. În figura 1.3 se prezintă, la general, structura constructivă şi o schema structuralconstructivă a dispozitivului de remorcare cu intrarea I, materializată printr-o cuplă (articulaţie) sferică, şi ieşirea E, materializată printr-o asamblare cu şuruburi montate cu joc cu un suport fixat pe lonjeroanele şasiului. Ansamblul dispozitivului de remorcare conţine elementele 1 şi 3 ce formează legăturile de intrare/ieşire şi subansamblele S1, S2 … S5/S5’ formate din câte două elemente sudate. În schema structurală nu se evidenţiază elementele de asamblare (bolţuri, şuruburi, şaibe) care se vor defini şi dimensiona odată cu proiectarea legăturilor şi se vor evidenţia în desenul de ansamblu.

a

b

c Fig. 1.3 – Structura constructivă a dispozitivului de remorcare: a – integrată; b – explodată; c – schema bloc 9

În tab. 1.2 se evidenţiază subansamblele şi elementele dispozitivului de remorcare precizându-se tipul, denumirea şi subcapitolul în care se va trata proiectarea acestora. În tab. 1.3 În tab. 1.3 se evidenţiază legăturile nedemontabile (îmbinări sudate) şi demontabile (asamblări filetate, prin bolţ, prin şuruburi) care urmează să fie proiectate in continuare. Fig. 1.2 – Parametrii fizici şi geometrici impuşi Tab. 1.2 Subansamblele şi elementele dispozitivului de remorcare Nr. Codul Codul Tipul Denumirea crt. subans. elem. 1 A1 1 Coloană Cârlig de remorcare 2 4 Tirant Tirant superior S1 3 5 Coloană Coloană de remorcare 4 6 Corp Corp coloană S2 5 7 Tirant Tirant inferior 6 8 Corp Corp tirant inferior S3 7 9 Flanşă Flanşă faţă 8 10 Flanşă Flanşă spate S4 9 11 Bară Bară centrală 10 12 (12’) Coloană Coloană stânga/dreapta S5 11 13(13’) Tirant Tirant stânga/dreapta 12 A1 2 (2’) Suport Suport stânga/dreapta 13 A1 3 (3’) Bară Tirant de rigidizare stânga/dreapta Tab. 1.3 Legăturile elementelor dispozitivului de remorcare Nr. Codul Tipul Denumirea crt. 1 Demontabilă Asamblare sferică I 2 1-4 (1-S1) Demontabilă Asamblare filetată 3 4-5 Nedemontabilă Îmbinare sudată 4 5-6 (S1-S2) Demontabilă Asamblare ţeavă-ţeavă pătrate Asamblare cu bolţ 5 6-7 Nedemontabilă Îmbinare sudată 6 7-8 (S2-S3) Demontabilă Asamblare ţeavă-ţeavă pătrate Asamblare cu bolţ 7 8-9 Nedemontabilă Îmbinare sudată 8 9-10 (S3-S4) Demontabilă Asamblare cu şuruburi 9 10-11 Nedemontabilă Îmbinare sudată 10 11-12 (S3-S4) Demontabilă Asamblare ţeavă-ţeavă pătrate Asamblare cu bolţ 11 12-13 Nedemontabilă Îmbinare sudată 12 13-2 Demontabilă Asamblare cu şuruburi 13 13-3 Demontabilă Asamblare cu şurub 14 2-3 Demontabilă Asamblare cu şurub 15 E Demontabilă Asamblare cu şuruburi 10

Tratare subcap.

în

Tratare subcap.

în

2. PROIECTAREA ELEMENTELOR ŞI LEGĂTURILOR 2.1

PROIECTAREA ELEMENTULUI 1 (CÂRLIGUL DE REMORCARE

I. Date de proiectare Să se proiecteze cârligul de remorcare, poziţia 1 din fig. 2.1.1 cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor FX, FY şi FZ de la o cuplă de remorcare, poziţia 2, la elementul 4 din componenţa dispozitivului de remorcare. a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250 N, FZ =450 N; se calculează forţa transversală, = 1274,75 N b. Tipul sarcinii: statică c. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată d. Condiţii constructive: interschimbabilitate cu sistemele de cuplare existente (Fig. 2.1.1 ,a) e. Condiţii de ecologie: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii Obs. Cârligul de remorcare cu sferă drept, 1 (Fig. 2.1.1) se conecteză la cupla de remorcare 2 prin intermediul mecanismului de blocare 3 care asigură contactul permanent al celor două componente pe suprafaţa sferică. II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Deoarece cârligul de remorcare cu sferă drept este o piesă importantă în componenţa dispozitivului se adoptă, oţel de calitate, C45, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2).

a

b

Fig. 2.1.1 Schema funcţional-constructivă a elementelor de tip cârlig de remorcare cu sferă drept: a – ansamblu cârlig-cuplă; b – schema constructivă

11

III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive Pentru asigurarea celor trei mişcări relative de rotaţie la unghiuri de rotire de ±250 se impune ca unghiul determinat de intersecţia sferei cu tija cârligului să fie aprox. 15o….25o; În vederea asigurării interschimbabilităţii cuplelor sferice de remorcare precum şi modularizării constructive sau dezvoltat dispozitive de cuplare cu diametrul sferei 7

5

Ds {118 , 2, 216 } ţoli sau Ds {47,625; 50,8; 58,7375} mm. Fig. 2.1.2 Parametrii geometrici funcţionali şi constructive Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: - diametrul sferei, Rs, pentru a respecta punctul de mai sus, se adoptă în funcţie de sarcina de tractare FX astfel: Ds = 47,625 mm, pentru FX < 1kN; Ds = 50,8 mm, pentru 1kN 2kN; pentru cazul considerat, Ds = 50,8 mm; - diametrul tijei, D, pentru a respecta punctul c de mai sus, se determină cu relaţia, D = sin200 Ds; pentru cazul considerat, D = sin200 50,8 = 17,37 mm; se adoptă D = 18 mm; - l3 ≈0,5 D; l3 =9; IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Pentru dimensionare se adoptă modelul din fig. 2.1.3 cu următoarele ipoteze de calcul: Modelul de calcul este o bară dreaptă încastrată, cu secţine circulară constantă de diametru D, solicitată la tracţiune de forţa FZ, la încovoiere de forţa Ft şi la forfecare de forţa Ft. - Se neglijează tensiunile de forfecare generate de eforturile tăietoare. Date cunoscute: - despre încărcare: Ft = 1274,7 N – forţa transversală şi FZ = 450 N – forţa axială aplicate static - despre forme şi dimensiuni: bară circulară cu diametrul, D = 18 mm; - despre material: 02 = 360 MPa – tensiunea limită de curgere; c = 3…4 - coieficientul de siguranţă; σat = σ02/c = 360/3…4 = 80…120 [MPa] – tensiunea admisibilă la tracţiune.

Relaţii de calcul: - eforturi în secţiunea critică: N = FZ = 450 N (efort axial); Mî = Ft l (efort de încovoiere) - Din condiţia de rezistenţă la tracţiune şi încovoiere în secţiunea critică A-B (în punctul B cele două tensiuni au acelaşi sens), rezulta l: - dimensionare, se determină lungimea, Fig. 2.1.3 Modelul de calcul; 12

=44,1 mm; se adoptă l=Rs (18-22mm); l=46mm Mî = Ft l; Mî=1274,7*44=56086,8 Nmm în care, s-a considerat, D=18mm, σat = 100 Mpa, Ft=1274,7 N şi FZ = 450 N V. Proiectarea formei tehnologice Ca urmare a calculelor tirantului 4 se obţine grosimea acestuia, h = 15 mm şi ţinând cont de înălţimea piuliţei,(conform STAS 8121/3), m = 16 mm, şi grosimea şaibei plate, ( STAS 5200/3), h = 3 mm şi a şaibei Grower,( STAS 7666/2), g = 3,5 mm, - prelucrarea cârligului de remorcare cu sferă drept se poate face prin strunjire; - calitatea suprafeţelor Ra = 6,3 µm; calitatea suprafeţei sferice, deoarece această formează împreună cu cupla de agăţare o articulaţie sferică, se adoptă Ra = 3,2 µm. VI. VERIFICAREA MODELULUI CU PACHETUL PERFORMANT MDESIGN În acest caz, având în vedere că modelul de calcul este simplu atât ca încărcare precum şi ca formă a secţiunii nu se impune verificarea cu pachetul de calcul MDESIGN.

2.2

I.

PROIECTAREA ELEMENTULUI 4 (TIRANTUL SUPERIOR)

Date de proiectare

a b Fig. 2.2.1 – Schema de încărcare: a – exterioară la nivelul dispozitivului; b – exterioară, redusă la nivelul elementului 4 Să se proiecteze tirantul superior, poziţia 4 din fig. 2.2.1 cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor FX, FY şi FZ de la cârligul de remorcare drept cu sferă, poziţia 2, la suportul 5 cu luarea în considerare a următoarelor specificaţii impuse: a. forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250 N, FZ = 450 N, acţionează la distanţa L1 =55 mm; se calculează momentele în centrul găurii de trecere: MX4 = FY L1 =17850 Nmm, MY4 = FX L1 =89250 Nmm; 13

b. tipul sarcinii: statică; c. restricţii dimensionale: D1 = 18 mm; b > d2 = 28 mm; L2 = 80 mm; d. condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezeală avansată; e. Condiţii constructive: material sudabil; f.

Condiţii de ecologie: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii.

II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Deoarece tirantul este o piesă care se va suda se adoptă, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2), oţel S235 cu 02 = 235 MPa şi r = 360 MPa. III. Adoptarea formei constructive În vederea creşterii eficienţei economice se adopta semifabricat de tip oţel lat (platbandă) cu dimensiunile b şi h standard şi b/h ≈ 4 (fig. 2.2.2). IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Pentru dimensionare se adoptă modelul din fig. 2.2.3 cu următoarele ipoteze de calcul: modelul de calcul este o bară dreaptă încastrată, cu secţiune dreptunghiulară –solicitată la tracţiune de forţa FX; la încovoiere oblică de sarcinile FZ, FY şi MY4; la torsiune de momentul MX4; la forfecare de forţele FZ şi FY; elementele 4 şi 5 sunt asamblate prin sudare şi pentru calcul de dimensionare a tirantului 4 . Din condiţia de rezistenţă la solicitarea de încovoiere în planul XZ se determină grosimea h cu relaţia [ Mogan, 2012], Fig. 2.2.2. Parametri geometrici, functionali si constructivi h=

3

3 M î max 2 σ aî

= 12,18 mm,

In care, s-a considerat, Mî max = 56086,8 Nmm şi σaî = 100 MPa. Ca urmare, ţinând cont că b = 4h = 48,72 mm se adoptă (conform DIN 10058) semifabricat de tip platbandă (oţel lat) cu b = 60 mm şi h =15 mm. V. Proiectarea formei tehnologice Ţinând cont de parametrii geometrici definiţi în fig. 2.2.2 şi de rezultatele obţinute la proiectarea asamblării cu filet 1-4 şi a îmbinării sudate, se adoptă: R = 40 mm, D1 = 14 mm; Prelucrarea elementului 4 presupune frezarea porţiuni de cap şi găurirea; calitatea suprafeţelor prelucrate Ra = 12,5 µm.

14

Fig. 2.2.2 – Parametri geometrici

Fig. 2.2.3 – Modelul de calcul

VI. Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN Din analiza rezultatelor obţinute în urma analizei cu MDESIGN a structurii elementului proiectat (anexa 2.1) se observă că în secţiunea din încastrare tensiunile tangenţiale sunt maxime.

Condiția de resistență la forfecare a sudurii este indeplinită astfel σat = 80 Mpa > σres = 27,461 MPa

15

2.3

PROIECTAREA LEGĂTURII 1-4 (ASAMBLARE FILETATĂ)

I. Date de Proiectare Să se proiecteze asamblarea cu şurub montat cu joc dintre cârligul de remorcare cu sferă drept, poziţia 1 din fig. 2.3.1 cu funcţia principală de transmitere prin frecare a forţelor FX, FY şi FZ la suportul poziţia 4. Specificaţii impuse : a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250 N, FZ = 450 N; se calculează forţa transversală, = 1274,75N b. Tipul sarcinii: statică c. Numărul de suprafeţe de frecare, i=1 d. Date despre asamblare (opţional): n = 1, numărul de şuruburi; e. Tipul asamblării, şurub montat cu joc (transmiterea forţelor prin frecare) f. Coeficientul de frecare dintre tablele asamblate, µ= 0,25 g. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC h. Condiţii constructive: interschimbabilitatea i. Condiţii ecologice: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Porţiunea de şurub este corp comun cu corpul cârligului de remorcare cu sferă drept definit în capitolul 2.1 şi, deci, materialul este, oţel de calitate, C45, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2)

Fig. 2.3.1Schema funcţional-constructivă III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive: - asamblarea presupune montajul porţiunii filetate cu joc şi menţinerea acestuia pe durata funcţionării; - pentru asigurarea strângerii asamblării se utilizează o şaibă plată cu diametrul exterior mai mare ca diametrul gulerului, d2 16

Parametrii geometrici principali: diametrul nominal al filetului, d, din condiţii de interschimbabilitae şi standardizare se adoptă filet metric diametrul găurii de trecere, D1, se adoptă din standarde Fig. 2.3.2 Parametrii geometrici ai asamblării IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze de calcul: - modelul de calcul a şurubului este o bară dreaptă încastrată în corpul cârligului de remorcare, cu secţiune circulară constantă de diametru d1 (diametrul interior al filetului). - forţa exterioară, FZ, care în timpul funcţionării poate acţiona în ambele sensuri se consideră, pentru acest calcul, că acţionează în sensul pozitiv al axei Z. Date cunoscute: - despre încărcare: Ft = 1274,7 N – forţa transversală şi FZ = 450 N – forţa axială, - despre asamblare: i = 1, n = 1, µ = 0,25 - despre material: 02 = 360 MPa – tensiunea limită de curgere; c = 3…4 - coieficientul de siguranţă; σat = σ02/c = 360/3…4 = 80…120 MPa – tensiunea admisibilă la tracţiune (se consideră, σat = 110 MPa); - tensiunea admisibilă a materialelor elementelor 1 şi 4 în contact σas = 60…90 MPa. (se consideră, σas = 70 MPa). Relaţii de calcul: forţa axială din şurub din condiţia de transmitere a forţei Ft prin frecare (Ft Ff, forţa de frecare), = 6628,4 N;

unde, β=1,3; Ft = 1274,7 N; : i =

1, n = 1, µ = 0,25; -forţa axială totală din şurub (pentru cazul în care FZ acţionează înspre în sus), = 7078,4 N; unde, Fas-t=6628,4 N; Fz=450 N; Fig.2.3.3 Modelul de calcul a asamblării; - din condiţia de rezistenţă la tracţiune a tijei filetate, se determină diametrul interior al filetului, = 9,49 mm; unde, Fas=7078,4N; σat = 110 MPa; Din (STAS 510-74), se adoptă ( ) parametrii filetului: d1 = 10,106 mm, d2 = 20 mm, d = 12 mm (M12), p =1,75 mm; se adoptă din (STAS 8121/3-74)corelat cu dimensiunea filetului (M12) diametrul găurii de trecere, D1 = 14 mm (execuţie mijlocie); - din condiţia de rezistenţă la strivire a materialelor în zonele de contact dintre elementele 4 şi 1, respectiv 4 şi şaiba plată, apare presiunea, se determină diametrul gulerului elementului 1, respectiv, diametrul exterior minim al şaibei plate;

17

unde, D1 = 14 mm; Fas=7078N; σas = 70 MPa;

= 16,9 mm;

Se adoptă, din (STAS 5200/3) d2 = 20 mm, iar din considerente de executie se adopta d2 = 24 mm; V. Proiectarea formei tehnologice Cotele privind lungimile s-au determinat ţinând cont de grosimea piuliţei m = 11 mm , şaiba plată, şaiba Grower şi elementului 4. Pentru a se facilita obţinerea perpendicularităţii suprafeţei frontale pe axa piesei se adoptă raza de racordare R0,5; Prelucrarea filetului se poate face aşchiere; Calitatea suprafeţei Rz = 6,3 Fig. 2.3.4 Parametrii de reprezentare pe desen VI. VERIFICAREA MODELULUI CU PACHETUL PERFORMANT MDESIGN În acest caz, având în vedere că modelul de calcul este simplu atât ca încărcare precum ca şi formă a secţiunii nu se impune verificarea cu pachetul de calcul MDESIGN.

2.4

PROIECTAREA ELEMENTELOR 5 ŞI 6 (COLOANA SUPERIOARĂ ŞI CORP COLOANĂ SUPERIOARĂ)

I. Date de Proiectare Să se proiecteze coloana superioară, poziţia 5 din fig. 2.4.1 cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor FX, FY şi FZ de la tirantul 4 la suportul 6 din componenţa subansamblului sudat S1 al dispozitivului de remorcare. Specificaţii impuse a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250 N, FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 = 55 mm; L2 = 70 mm; L3 =250 mm; se calculează momentele de încovoiere în centrul profilului pătrat (îmbinarea sudată): MX5 = FY L1 = 17850 Nmm, MY5 = FX L1 + FZ L2 = 120750 Nmm, MZ5 = FY L2 = 17500 Nmm. b. Tipul sarcinii: statică c. Restricţii dimensionale: se va utiliza semifabricat din ţeavă pătrată, pentru care ţinând cont că se îmbină prin sudare cu tirantul 4 de lăţime b = 50 mm, deci, din considerente de posibilitate a aplicării cordonului de sudură de colţ, se impune ca latura, h ≤50 mm; d.Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată e.Condiţii constructive: interschimbabilitatea, modularizarea f.Condiţii de ecologie : utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii 18

a b Fig. 2.4.1 Schema funcţional-constructivă a elementului coloană superioară: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Deoarece suportul este o piesă care se va suda se adoptă, oţel S235 (OL37), conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2). III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive se va adopta, din considerente de greutate minimă, semifabricat din ţeavă pătrată; se va urmări ca dimensiunea ţevii pătrate să permită aplicarea cordonului de colţ la sudarea cu elementul 4 Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: se adoptă din considerente de greutate redusă semifabricat din ţevă pătrată; lungimea L3 = L3 – h = 235 mm;

Fig. 2.4.2 Parametri geometrici funcţionali şi constructivi IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze de calcul şi solicitări: - Transmiterea sarcinilor de la elementul 5 la elementul 6 se realizează prin contact direct şi pentru calculul de dimensionare se consideră că acesta este încastrat în centrul corpului 6 - Modelul de calcul asociat coloanei 5 se consideră ca fiind o bară dreaptă cu secţiune pătrată cu latura h5 şi grosimea t5 încastrată, solicitată la compresiune de forţa FZ ; la încovoiere oblică de sarcinile FX, FY, MX5 şi MY5; la torsiune de momentul MZ5 şi la forfecare de forţele FX, FY. 19

- Se neglijează efectele găurilor de fixare axială în corpul 6 cu bolţ. - după determinarea dimensiunilor prin rezolvarea modelului simplificat şi calculul legăturii

de tip ţevă-ţeavă se va face verificarea cu pachetul MDESIGN cu luarea în considerare a celor două ţevi 5, 6 (ca formând un bloc), situaţie ce corespunde mai bine cu situaţia reală

Fig. 2.4.3 Schema de calcul şi diagramele de eforturi Date cunoscute: - despre forme şi dimensiuni: ţeavă pătrată cu h5 ≤ 50 mm;L3 = 235 mm; - despre încărcare: FX = 1250 N, FY = 250 N, FZ = 450 N; MX5 = 17850 Nmm, MY5 = 120750 Nmm, MZ5 = 17500 Nmm; - despre material: 02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere; c = 1,5…2,5- coieficientul de siguranţă; σac = σ02/c = 235/1,5…2,5 = 90…150 MPa – tensiunea admisibilă la tracţiune (se adoptă, σat = 100 MPa) Relaţii de calcul: - efort de încovoiere în secţiunea critică (model simplificat): Mî max = MY5 + FX L3= 414500 Nmm; unde, MY5=120750 Nmm; FX = 1250 N; L3 = 235 mm;

- condiţia de rezistenţă la încovoiere în secţiunea critică,

- dimensionare, din ultima parte a relaţiei , ţinând cont că, uzual pentru ţevile pătrate standard, t/h = 0,05…0,15, (t/h = 0,1) se determină,

unde, Mî max =414500 Nmm; t/h = 0,1;

= 41,66 mm;

Si rezultă, t5 = 4,16mm; se adoptă semifabricat ţeavă pătrată cu dimensiunile h5 = 50 mm şi t5 = 5 mm, h6=h5+2t6; h6=60mm; t6=5mm; 20

V. Proiectarea formei tehnologice

Lungimea coloanei se va determina prin calculul lanţului de dimensiuni care implică elementele 5 şi 6 poziţionate axial de bolţ; lungimea elementului 6, l6 = L = 60 mm, s-a determinat în subcap. 2.4.2; Diametrul găurii de bolţ s-a determinat în urma calcului asamblării cu bolţ în subcap. 2.6.2.; Numărul de găuri şi deci cursa de reglare se va determina ţinând cont de încadrarea în gabaritul dispozitivului pentru a nu se depăşi limita înferioară (aceasta se va determina de pe desenul de ansamblu); Rugozitatea de prelucrare Ra = 6,3 µm Fig. 2.4.4 Parametrii geometrici ai asamblării VI.Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN

Condiția de resistență este indeplinită astfel σat = 110 Mpa > σres = 39,196 Mpa

2.5

PROIECTAREA LEGĂTURII 4-5 (ÎMBINARE SUDATĂ)

I. Date de proiectare Să se proiecteze îmbinarea sudată a tirantului, 4, cu coloana 5 din fig. 2.5.1 cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor: FX, FY, FZ, MX5, MY5, MZ5. Specificaţii impuse: a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250, FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 =55 mm; L2 =70 mm; se calculează momentele în centrul profilului cordonului de sudură (pătrat): 21

b. c. d. e. f.

MX5 = FY L1 = 17850Nmm, MY5 = FX L1 +FzL2= 89250 Nmm, MZ5 = FY L2 = 17500 Nmm, Tipul sarcinii: statică Date despre asamblare (opţional); tirantul este executat din platbandă b = 50 mm şi h = 15 mm; coloana 5 din ţeava pătrată cu dimensiunea h = 50 mm şi grosimea t = 5 mm; Tipul îmbinării, sudură de colţ Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată Condiţii ecologice: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii

a

b

Fig. 2.5.1 Schema funcţional-constructivă a îmbinării sudate: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Elementele 4 şi 5 formează un subansamblu sudat şi, deci, pentru acestea s-a ales material sudabil, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2) III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive: se impune asigurarea perpendicularităţii celor două elemente Parametrii geometrici principali: grosimea cordonului de sudură a este ma mică decât grosimea peretelui ţevii Fig.2.5.2 Parametri geometrici ai îmbinării

22

IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze de calcul şi solicitări - deoarece încărcarea exterioară este compusă din sarcini multiple şi modelul de calcul are complexitate mărită pentru calculul clasic se consideră un model simplificat care ia în considerare încărcarea cu forţele transversale FX şi FY - se neglijează solicitările la încovoiere Date cunoscute: - despre încărcare: FX = 1250 N, - despre forme şi dimensiuni: cordonul sudat are forma pătrat cu latura, h = 50 mm; - despre materiale: 02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere a materialului ţevilor; at = 100 MPa – tensiunea admisibilă la tracţiune; τafs = 0,65 at = 50 MPa tensiunea admisibilă la forfecare a sudurii.

Fig. 2.5.3 Schema de calcul Relaţii de calcul: - Din condiţia de rezistenţă la forfecare a sudurii, se obţine grosimea cordonului de sudură: = 0,12 mm, unde, FX = 1250 N, FY = 250, τafs = 0,65; Se adoptă, din considerente tehnologice, grosimea cordonului de sudură, a = 2 mm. V. Proiectarea formei tehnologice Recomandări pentru adoptarea parametrilor tehnologici şi de reprezentare: - sudura se va realza după contur închis; - după sudare se va aplica tratament termic de recoacere de detensionare; Fig. 2.5.4 Reprezentarea simplificat pe desen a îmbinării

23

VI. Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN

2.6

PROIECTAREA LEGĂTURILOR 5-6

2.6.1 PROIECTAREA LEGĂTURII 5-6, ASAMBLARE ŢEAVĂ-ŢEAVĂ PĂTRATĂ I. Date de proiectare Să se proiecteze legătura (asamblarea) a două ţevi pătrate concentrice, poziţiile 5 şi 6 din fig. 2.6.1.1 cu funcţia principală de transmitere prin formă a sarcinilor: FX, FY, FZ, MX6, MY6, MZ6. Specificaţii impuse a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250, FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 = 55 mm; L2 =70 mm; L3 = 250 mm; se calculează momentele în centrul asamblării cu bolţ: MX6 = FY (L1 + L3) = 80350 Nmm, MY6 = FX (L1 + L3) + FZ L2 = 433250 Nmm, MZ6 = FY L2 = 17500 Nmm b. Tipul sarcinii: statică 24

c. d. e. f. g.

Date despre asamblare: ţeava pătrată interioară are dimensiunea h5 = 50 mm şi grosimea t = 5 mm Tipul legăturii (asamblării), cu contact conform Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată Condiţii constructive: interschimbabilitatea şi modularizarea Condiţii ecologice: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii

a b Fig. 2.6.1.1 Schema funcţional-constructivă a asamblării (legăturii) ţeavă-teavă pătrată: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Elementele 5 şi 6 sunt incluse în subansamble sudate şi deci pentru acestea s-a ales material sudabil, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2). III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive pentru asigurarea funcţionării se impune realizarea contactului conform (pe suprafaţe mari) dintre ţevile 5 şi 6 care se realizează prin montajul cu joc al acestora. Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: - ţeava pătrată interioară, dimensionată în subcap. 2.4.1, are dimensiunile h5 = 50 mm, t5 = 5 mm; h6 = 60 mm şi grosimea t6 = 5 mm.

Fig. 2.6.1.1 Parametrii geometrici ai asamblăr 25

IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare

Fig.2.6.1.3 Schema şi modelul de calcul a asamblării: a – schema încărcării; b – distribuţiile presiunilor generate de sarcinile FX şi MY6 ; c – distribuţiile presiunilor generate de sarcinile FY şi MX6 ;d – distribuţiile presiunilor generate de momentul de răsucire MZ6 Ipoteze de calcul şi solicitări (fig.2.4.2.2): - transmiterea forţelor FX, FY şi a momentelor MX6 şi MY6 de la ţeava 5 la ţeava 6 se face prin contactul direct dintre cele două ţevi montate cu joc (distribuţie liniară a presiunilor de contact) după suprafeţele dreptunghiulare I, II, III şi IV; - momentele MX6 şi MY6 generează pe suprafeţele de contact I, III şi, respectiv, II, IV presiuni de strivire distribuite liniar cu maximele pmaxMX şi, respectiv, pmaxMY; - momentul MZ6 generează pe suprafeţele de contact I, II, III şi IV presiuni de strivire distribuite liniar cu maximul pmaxMZ; Date cunoscute: - despre încărcare: FX = 1250 N, FY = 250 N – forţe normale, FZ = 450 N – forţă axială; MX6 = 80350 Nmm, MY6 = 433250 Nmm – momente transversale (de încovoiere), MZ6 = 17500 Nmm – momentul axial (de torsiune) - despre forme şi dimensiuni: dimensiunile alezajului pătrat, H = h6 = 60 mm, lungimea L = l6 cu valoare necunoscută; grosimea ţevii interioare, t5 = 5 mm, şi respectiv t6 = 5 mm; 26

= 235 MPa – tensiunea limită de curgere a materialului ţevilor; σas = 60…80 MPa – tensiunea admisibilă la strivire (se adoptă, σas = 60 MPa); τaf = 50…60 MPa tensiunea admisibilă la forfecare (se adoptă, τaf = 60 MPa) Relaţii de calcul: Presiuni de contact - presiunile de contact pe suprafaţele I şi II generate de forţele FX şi respectiv FY sunt:

- despre materiale:

02

;

;

Condiţia de rezistenţă la strivire a asamblării ţevilor Presiunile de contact maxime, obţinute prin însumarea presiunilor determinate de sarcinile exterioare, se limitează la valoarea tensiunii admisibile de strivire a materialelor în contact,

= Dimensionare asamblare (legătură) ţeavă-ţeavă Din relaţia de mai sus, considerând H cunoscut, se obţin ecuaţiile:

unde, σas = 60 MPa, H = h6 = 60 mm, FX = 1250 N, FY = 250 N, MX6 = 80350 Nmm, MY6 = 433250 Nmm , MZ6 = 17500 Nmm; care după înlocuirea valorilor parametrilor cunoscuţi devin: 216000 L2 - 127500 L – 311940000 = 0, 216000 L2 - 67500 L - 57852000 = 0. şi au soluţiile pozitive maxime = 36,2 mm şi respectiv = 48,01 mm; se adoptă L = 60 mm V. Proiectarea formei tehnologice

Diametrul alezajului , D5 = 10 mm se determină ca urmare a calculului asamblării cu bolţ din subcap. 2.6.2 Gaura de bolţ se aplică la partea inferioară la distanţa 1,5D5; ajustajul gaură-bolţ H12/h10; Rugozitatea suprafeţelor frontale Ra = 6,3 µm; rugozitatea alezajului Ra = 3,2 µm

Fig. 2.6.1.4 Parametri tehnologicie şi constructivi

27

2.6.2 PROIECTAREA LEGĂTURII 5-6, ASAMBLARE PRIN BOLŢ I. Date de proiectare Să se proiecteze asamblarea) cu bolţ cilindric a două ţevi pătrate concentrice, poziţiile 5 şi 6 cu funcţia principală de transmitere prin formă a forţei FZ Specificaţii impuse a. Forţa exterioare: FZ = 450 N; b. Tipul sarcinii: statică c. Date despre asamblare: ţeava pătrată interioară are dimensiunea h5 = 50 mm şi grosimea t5 = 5 mm; ţeava pătrată exterioară are dimensiunea h6 = 60 mm şi grosimea t6 = 5 mm Tipul legăturii (asamblării), cu contact conform d. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezeală avansată e. Condiţii constructive: interschimbabilitatea şi modularizarea f. Condiţii ecologice: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii

a

b

Fig. 2.6.2.1 Schema funcţional-constructivă a asamblării cu bolţ cilindric a ţevilor pătrate concentrice: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Pentru elementele 5 şi 6 s-a ales material sudabil, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2) Bolţul se va executa din oţel pentru construcţii mecanice, E295 (SR EN 10025/2005) III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive asamblarea cu bolţ se poziţionează la partea inferioară a ansamblului ţeavăţeavă 5-6; 28

- se va realiza asamblare transversală prin ambii pereţi a ţevilor Parametrii geometrici principali - D5 – diametrul bolţului (valoare standard); - b5 – poziţia găurii în ţeava 5; - b6 – poziţia găurii în ţeava 6 Fig. 2.6.2.2 Parametri geometrici ai asamblării IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze de calcul şi solicitări: - forţa FZ se transmite prin formă (contact direct) de la ţeava 5 la bolţ prin două suprafeţe semicilindrice pe care, datorită jocului existent mărit, se consideră ca apar presiuni de strivire cu distribuţie cosnusoidală cu maximul p5 ; Date cunoscute: - despre încărcare, FZ = 450 N – forţa transverslă pe bolţ - despre materiale: 02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere a materialului ţevii; σas = 60…80 MPa – tensiunea admisibilă la strivire (se adoptă, σas = 60 MPa pentru oţelul S235 cu limita la curgere mai mică); τaf = 70 MPa tensiunea admisibilă la forfecare Relaţii de calcul: Din condiţia de rezistenţă la strivire a asamblării cu bolţ se obţine diametrul necesar al bolţului, = max (1,87; 1,5) unde, FZ = 450 N, σas = 60 MPa, t5 = 5 mm, t6 = 5 mm ; Se adoptă din considerente tehnologice, D5 = 10 mm. Verificare bolţ la forfecare 5,73MPa ≤ 80 MPa Fig. 2.6.2.3 Schema de calcul V. Proiectarea formei tehnologice

29

Fig. 2.6.2.4 Parametrii de reprezentare Alegerea bolţului: se va adopta bltul din fig.2.6.2.4 cu diametrul exterior al porţiunii cilindrice, 10h11 [mm] Ajustaje şi toleranţe: H12/h10, pentru ţeava 6 şi bolţ; execuţie mijlocie a găurii din ţeava 5. Rugozităti: alezajul din ţeava 6 se va aleza Ra = 3,2 µm; alezajul din ţeava 3 se va realiza prin găurire, Ra = 6,3 µm. Obs. - bolţurile se execută în forma standard (STAS 5754/1şi STAS 5756) sau forme tipizate (fig. 2.6.2.4); - pentru asigurare se pot folosi şplinturi (STAS 1991), siguranţe elastice (fig. 2.6.2.4) etc.; - pentru împiedicarea deplasării axiale se pot folosi şaibe pentru bolţuri (STAS 5974)

a

b

c

d

Fig. 2.6.2.5 - Bolţuri şi posibilităţi de asigurare: a – cap la 45o şi gaură de şplint; b – cap la 45o şi canal de şplint; c – cap cilindric şi gaură de şplint; d – cap la 45o şi asigurare nedetaşabilă VI.Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN

Condiția de resistență este indeplinită astfel σat = 60 MPa > σw = 13,5 Mpa

30

2.7

PROIECTAREA ELEMENTELOR 7 + 8 (TIRANT INFERIOR ŞI CORP TIRANT INFERIOR)

I. Date de proiectare Să se proiecteze subansamblul tirant inferior şi corp tirant inferior, poziţiile 7 şi 8 din fig. 2.7.1 cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor FX, FY şi FZ de la cârligul de remorcare drept cu sferă, poziţia 1, la flanşa 9. Specificaţii impuse a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250, FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 = 55 mm; L2 = 70 mm; L3 =250 mm; h6 = 60 mm (determinat la calculul elementului 5,); se calculează momentele în centrul găurii de trecere: MX7 = FY (L1+L3) = 76250 Nmm, MZ7 = FY (L2 +h6/2) =25000 Nmm, MY7 = FX (L1 +L3) + FZ (L2 +h6/2) = 426250 Nmm; b. Tipul sarcinii: statică c. Restricţii dimensionale: L4 = 250 mm; ţeava pătrată 7 se va suda în T pe corpul 6 şi se impune ca latura pătratului, h7 < h6 = 60 mm; d. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40oC; 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.

b a II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Deoarece tirantul inferior precum şi corpul tirantului inferior sunt piese care se vor suda se adoptă, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2).

Fig. 2.7. 2 Parametri geometrici ai asamblării 31

III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive: - se adopta semifabricate de tip ţevă pătrată standard cu laturile pătratelor h7 şi h8 şi grosimile pereţilor t7 şi, respectiv, t8; Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: - se adoptă, x = 45 mm, conform unei evaluări aproximative a grosimilor elementelor 9, 10 şi 11; - lungimea = L4 – h6/2 –x = 250-25-45 = 180 mm; - lungimea = /2 = 90 mm; IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Solicitări şi ipoteze de calcul: - modelul de calcul este o bară dreaptă încastrată, compusă din 2 ţevi pătrare- solicitată la tracţiune de forţa FX ; la încovoiere oblică de sarcinile FZ, FY şi MY4, MZ4; la torsiune de momentul MX4; la forfecare de forţele FY şi FZ; - elementele 7 şi 8 formează în zona mediană legătură ţevă-ţevă şi sunt fixate axial printr-o asamblare cu bolţ; - pentru calculul de rezistenţă se consideră că anasamblul celor două bare este încastrat în centrul flanşei 9; Date cunoscute (pentru modelul simplificat): - despre încărcare: FZ = 450 N – forţă transversală şi MY7 = 426250 Nmm – moment de încovoiere concentrat, aplicate static; - despre formă şi dimensiuni: ţeavă pătrată h7 x t7 are lungimea de încastrare, = 90 mm; ţeavă pătrată h8 x t8 este încastrată la distanţa, = 180 mm; se impune, din considerente de realizare a sudarii în T cu elementul 6, ca latura pătratului, h7 < h6 = 60 mm; - despre material: 02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere; c = 1,5…2,5 - coieficientul de siguranţă; σac = σ02/c = 235/1,5…2,5 = 90…150 MPa – tensiunea admisibilă la tracţiune (se adoptă, σat = 110 MPa)

Fig. 2.7.3 Modelul de calcul

32

Relaţii de calcul: - eforturile de încovoiere în secţiunile critice (pentru modelul simplificat): - Mî max S1 = MY7 + FZ = 466750 Nmm, în secţiunea S1 Mî max S2 = MY7 + FZ =507250 Nmm, în secţiunea S2; - condiţile de rezistenţă la încovoiere în secţiunile critice S1 şi S2, - dimensionare tirant inferior, 7, din ultima parte a relaţiei de mai sus, ţinând cont că, uzual pentru ţevile pătrate standard, t/h = 0,05…0,15, (t/h = 0,1) se determină, = 41,7 mm;

unde, Mî max S1 = 466750 Nmm; t/h = 0,1;

şi rezultă, t7 = 4,17 mm; se adoptă semifabricat ţeavă pătrată cu dimensiunile h7 = 50 mm şi t7 = 5 mm; ţinând cont că ţeava 7 intră în ţeava 8 şi deci h8 = h7 + 2 t8 = 50 + 2 t8; considerţând ca pentru ţevile pătrate t/h = 0,05…0,15 rezultă h8 = 56…71,4; se adoptă semifabricat ţeavă pătrată cu dimensiunile h8 = 60 mm şi t8 = 5 mm; - verificare rezistenţă la încovoiere a corpului tirantului inferior, 8, conform relaţiei = 65,5 MPa

= 110 MPa

unde, Mî max S2 = 507250Nmm; h8 = 60 mm, t8 = 5 mm; V. Proiectarea formei tehnologice

Fig. 2.7.4 Parametri tehnologici şi constructivi Recomandări pentru adoptarea parametrilor tehnologici şi de reprezentare:

- lungimea elementului 7, numărul de găuri şi, deci, cursa de reglare se vor determina -

ţinând cont de calculul asamblării ţeavă-ţevă calculată în subcap. 2.9.1; diametrul găurii de bolţ s-a determinat în urma calcului asamblării cu bolţ în subcap. 2.9.2; rugozitatea de prelucrare, Ra = 6,3 µ

33

VI.Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN

Condiția de resistență este indeplinită astfel σat = 110 MPa > σresmax = 86.88 MPa

2.8

Proiectarea legăturii 6-7 (îmbinare sudată)

I. Date de proiectare Să se proiecteze îmbinarea sudată a tirantului inferior, 7, cu corpul coloanei superioare 6 din fig.2.8.1 cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor: FX, FY, FZ, MX7, MY7, MZ7. Specificaţii impuse: a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250 N, FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 =55 mm; L2 = 70 mm; L3 = 250 mm; h6 = 60 mm (determinat la calculul elementului 5,); se calculează momentele în centrul găurii de trecere:MX7 = FY (L1+L3) =76250 Nmm, MZ7 = FY (L2 +h6/2) = 426250 Nmm, MY7 = FX (L1 +L3) + FZ (L2 +h6/2) = 25000 Nmm; b. Tipul sarcinii: statică c. Date despre asamblare; tirantul şi corpul tirantului superior sunt executate din ţeavă pătrată cu dimensiunea h6 =60 mm, h7= 50 mm şi grosimea t6 =5 mm, t7 = 5 mm; d. Tipul îmbinării, sudură de colţ e. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată f. Condiţii ecologice: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii

a b Fig. 2.8.1 Schema funcţional-constructivă a îmbinării sudate - cazul 2 (6-7): ansamblu; b – schema de încărcare 34

a – integrare în

II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Elementele 6 şi 7 formează un subansamblu sudat şi, deci, pentru acestea s-a ales material sudabil, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2) III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive se impune asigurarea perpendicularităţii celor două elemente Parametrii geometrici principali grosimea cordonului de sudură a este ma mică decât grosimea peretelui ţevii t6,7

Fig. 2.8.2 Parametri geometrici ai îmbinării IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze de calcul şi solicitări - deoarece încărcarea exterioară este compusă din sarcini multiple şi modelul de calcul are complexitate mărită pentru calculul clasic se consideră un model simplificat care ia în considerare încărcarea cu sarcinile maxime, forţa FX şi momentul MY7 - tensiunile de forfecare sunt repartizate uniform pe lungimea celor două cordoane de sudură - se neglijează solicitările la încovoiere şi forfecare Date cunoscute: - despre încărcare: FX = 1250 N, MY7 = 426250 Nmm - despre forme şi dimensiuni: cordonul sudură are forma pătrat cu latura, h = 60 mm; - despre materiale: 02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere a materialului ţevilor; at = 80 MPa – tensiunea admisibilă la tracţiune; τafs = 0,65 at = 50 MPa tensiunea admisibilă la forfecare a sudurii

Condiţia de rezistenţă la forfecare a sudurii, Tensiunile de forfecare datorate forţei FX şi momentului MY7, ,

Fig. 2.8.3 Parametri geometrici ai îmbinării 35

;

Relaţii de calcul: - Dimensionare sudură Din relaţia de mai sus, se obţine grosimea cordonului de sudură, = 2,56mm; unde, FX = 1250 N, MY7 = 426250 Nmm, τafs = 0,65; h = 60 mm; Se adoptă, din considerente tehnologice, grosimea cordonului de sudură, a = 3 mm V. Proiectarea formei tehnologice Recomandări pentru adoptarea parametrilor tehnologici şi de reprezentare: - sudura se va realza după contur închis; - după sudare se va aplica tratament termic de recoacere de detensionare

Fig. 2.8.4 Reprezentarea simplificat pe desen a îmbinării VI. Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN

Condiția de resistență este indeplinită astfel σat = 50 MPa > σres = 45,819 Mpa

36

2.9

Proiectarea legăturilor 7-8

2.9.1 Proiectarea legăturii 7-8, ţeavă-ţeavă pătrată I. Date de proiectare Să se proiecteze legătura (asamblarea) a două ţevi pătrate concentrice, poziţiile 7 şi 8 din fig. 2.9.1.1 cu funcţia principală de transmitere prin formă (contact) a sarcinilor: FX, FY, MX7, MY7, MZ7. Specificaţii impuse: a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250 N, FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 = 55 mm; L2 = 70 mm; L3 = 250 mm; = 115 mm; se calculează momentele în centrul asamblării cu bolţ: MX7 = FY (L1+L3) = 76250 Nmm, MZ7 = FY (L2 +h5/2+ ) = 52500 Nmm, MY7 = FX (L1 +L3) + FZ (L2 +h6/2+ ) = 475750 Nmm; b. Tipul sarcinii: statică c. Date despre asamblare: ţeava pătrată interioară are dimensiunea h7 = 50 mm şi grosimea t7 = 5 mm; ţeava pătrată exterioară are dimensiunea h8 = 60 mm şi grosimea t8 = 5 mm; d. Tipul legăturii (asamblării), cu contact conform e. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată f. Condiţii constructive: interschimbabilitatea şi modularizarea g. Condiţii ecologice: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii

Fig. 2.9.1.1 Schema funcţional-constructivă a asamblării (legăturii) ţeavă-teavă pătrată: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Elementele 7 şi 8 sunt incluse în subansamble sudate şi deci pentru acestea s-a ales material sudabil, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2). 37

III. Adoptarea formei constructive

Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive pentru asigurarea funcţionării se impune realizarea contactului conform (pe suprafaţe mari) dintre ţevile 7 şi 8 care se realizează prin montajul cu joc al acestora; Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: ţevile pătrate interioară şi exterioară, au dimensiunile: h7 = 50 mm, t5 = 5 mm; h8 = 60 mm, t8 = 5 mm; Fig. 2.9.1.2 Parametri geometrici ai asamblării IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze şi relaţii de calcul: Legătura (asamblarea) dintre ţevile pătrate 7 şi 8 este similară cu legătura dintre ţevile 5 şi 6 tratată în subcapitolul 2.6.1 cu următoarele deosebiri: - încărcările exterioare sunt: FY = 250, FZ = 450 N; MX7 = 76250 Nmm, MZ7 = 52500Nmm, MY7 = 475750 Nmm; - dimensiunile alezajului pătrat, H = h7 = 50 mm, lungimea L = l8 cu valoare necunoscută; grosimea ţevii interioare, t7 = 5 mm, şi respectiv exterioare t8 = 5 mm; - sistemul de coordonate adoptat are axa axială X în loc de Z şi axa trnsversală Z în loc de X

a

b

Fig. 2.9.1.3 Similitudinile modelelor de calcul: a – legătura dintre ţevile 5 şi 6; b – legătura dintre ţevile 7 şi 8 Aceste deosebiri nu implică modificări ale modelului de calcul şi deci, se menţin aceleaşi ipoteze şi relaţii de dimensionare în care se modifică indicii asociaţi modificării sistemului de coordonate (X → Z, Z → X) şi elementului de bază (6 → 7):

38

unde, H = h7 = 50 mm; FY = 250, FZ = 450 N; MX7 = 76250 Nmm, MZ7 = 52500Nmm, MY7 = 475750 Nmm; care după înlocuirea valorilor parametrilor cunoscuţi devin,

150000 L2 - 251250 L - 255750000 = 0, 150000 L2 - 241250 L - 15000000 = 0. şi au soluţiile pozitive maxime

= 30,8 mm şi respectiv

= 29,2 mm; se adoptă L = 50 mm;

V. Proiectarea formei tehnologice Recomandări pentru adoptarea parametrilor tehnologici şi de reprezentare: diametrul alezajului , D5 = 10 mm se determină ca urmare a calculului asamblării cu bolţ din subcap. 2.6.2 gaura de bolţ se aplică la partea inferioară la distanţa 1,5D5; ajustajul gaură-bolţ H12/h10; Fig. 2.9.1.4 Parametri tehnologici şi constructivi

2.9.2 Proiectarea legăturii 6-7, asamblare prin bolţ I. Date de proiectare Să se proiecteze asamblarea) cu bolţ cilindric a două ţevi pătrate concentrice, poziţiile 7 şi 8 din fig. 2.9.2.1 cu funcţia principală de transmitere prin formă a forţei FX. Specificaţii impuse j. Forţa exterioare: Fx = 1250 N; k. Tipul sarcinii: statică; l. Date despre asamblare: ţeava pătrată interioară are dimensiunea h7 = 50 mm şi grosimea t7 = 5 mm ; ţeava pătrată exterioară are dimensiunea h8 = 60 mm şi grosimea t8 = 5 mm m. Tipul legăturii (asamblării), cu contact conform; n. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezeală avansată; II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Pentru elementele 7 şi 8 s-a ales material sudabil, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2) Bolţul se va executa din oţel pentru construcţii mecanice, E295 (SR EN 10025/2005); Fig. 2.9.2.1 Schema funcţional-constructivă a asamblării cu bolţ a ţevilor pătrate concentrice: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare 39

III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive asamblarea cu bolţ se poziţionează în centrul asamblării ţeavă-ţeavă, 7-8; se va realiza asamblare transversală prin ambii pereţi a ţevilor Fig. 2.9.2.2 Parametri geometrici ai asamblări -

Parametrii geometrici principali D7 – diametrul bolţului (valoare standard); b7 – poziţia găurii în ţeava 7; b8 – poziţia găurii în ţeava 8

IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze de calcul şi solicitări: - forţa FX se transmite prin formă (contact direct) de la ţeava 7 la bolţ prin două suprafeţe semicilindrice pe care, datorită jocului existent mărit, se consideră ca apar presiuni de strivire cu distribuţie cosnusoidală cu maximul p7; Date cunoscute: - despre încărcare, FX = 1250 N – forţa transverslă pe bolţ - despre materiale: 02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere a materialului ţevii; σas = 60…80 MPa – tensiunea admisibilă la strivire (se adoptă, σas = 60 MPa pentru oţelul S235 cu limita la curgere mai mică); τaf = 70 MPa tensiunea admisibilă la forfecare Relaţii de calcul: Condiţia de rezistenţă la strivire a asamblării cu bolţ Presiunile maxime de contact pe suprafeţele bolţului se limitează se limitează la valoarea tensiunii admisibile de strivire a materialelor în contact,

Dimensionare asamblare cu bolţ Din relaţia ASB-A.2.1.4.1 se obţine diametrul necesar =max(5,20;

4,16)

Fig. 2.9.2.3 Schema de calcul Unde, FX = 1250 N, σas = 60 MPa, t7 = 5 mm, t8 = 5; Se adoptă din considerente tehnologice, dar şi de interschimbabilitate, D7 = 10 mm. Verificare bolţ la forfecare 40

15,9MPa

80 MPa

Unde, FX = 1250 N, D7 = 10 mm; V. Proiectarea formei tehnologice

Fig. 2.9.2.4 Parametrii de reprezentare Alegerea bolţului: se va adopta boltul din fig.2.6.2.4 cu diametrul exterior al porţiunii cilindrice, 10h11 [mm] Ajustaje şi toleranţe: H12/h10, pentru ţeava 6 şi bolţ;execuţie mijlocie a găurii din ţeava 5. Rugozităti: alezajul din ţeava 6 se va aleza Ra = 3,2 µm; alezajul din ţeava 3 se va realiza prin găurire, Ra = 6,3 µm.

Fig. 2.9.2.5 Bolţ cap la 45o şi gaură de şplin VI. Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN

Condiția de resistență este indeplinită astfel τaf = 70 MPa > σw = 20 MPa

41

2.10 Proiectarea elementelor 11 şi 12/12’ (bara centrală şi coloana stânga/dreapta) I. Date de proiectare Să se proiecteze subansamblul bară centrală şi coloane stânga/dreapta, poziţiile 11 şi 12/12’ din fig. 2.10.1 cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor FX, FY şi FZ de la cârligul de remorcare drept cu sferă, poziţia 1, la tiranţii 13/13’. Specificaţii impuse: a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250, FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 = 55 mm; L2 = 70 mm; L3 = 250 mm; L4 = 250 mm; se calculează momentele în centrul barei centrale: MX11 = FY (L1+L3) = 31250 Nmm, MZ11 = FY (L2 + L4) = 72500 Nmm, MY11 = FX (L1 +L3) + FZ (L2 + L4) = 511750 Nmm; g. Tipul sarcinii: statică h. Restricţii dimensionale: L5 = 350 mm; elementele 12/12’ şi 11 se vor executa din ţevi cu profil pătrat care se vor asambla interior-exterior; i. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată j. Condiţii constructive: materiale sudabile

II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Deoarece legăturile cu elementele adiacente sunt îmbinări prin sudare pentru bara centrală şi coloanele stânga/dreapta se adoptă, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2).

Fig. 2.10.1 Schema funcţional-constructivă a elementelor de tip bară: a – subansamblu; b – schema de încărcare 42

III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive: se adopta semifabricate de tip ţevă pătrată standardizată cu laturile pătratelor h11 şi h12 şi grosimile pereţilor t11 şi, respectiv, t12; Fig. 2.10.2 Parametri geometrici, funcţionali şi constructivi

Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: - se adoptă, L5= L5/2 - 25 = 150 mm; IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze de calcul şi solicitări: - modelul de calcul este o bară dreaptă rezemată la capete, compusă din 2 ţevi pătrare solicitată la tracţiune de forţa FY ; la încovoiere oblică de sarcinile FZ, FX şi MX11, MZ11; la torsiune de momentul MY11; la forfecare de forţele FX şi FZ; - elementele 11 şi 12/12’ formează legături ţevă-ţevă şi sunt fixate axial prin asamblări cu bolţ; - pentru calculul de rezistenţă se consideră că ansamblul celor trei elemente este agăţat de tiranţii 13/13’; Date cunoscute (pentru modelul simplificat): despre încărcare: FX = 1250 N, FY = 250 N, FZ = 450 N, MX11 = 31250 Nmm, MZ11 = 72500 Nmm, MY11 = 511750 Nmm, aplicate static; - despre formă şi dimensiuni: ţeavă pătrată interioară cu dimensiunile, h12 x t12 are lungimea, L5/2 = 175 mm;, h11 x t11 are aceaşi lungime, L5/2= 175 mm; - despre material: 02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere; c = 1,5…2,5 - coieficientul de siguranţă; σac = σ02/c = 235/1,5…2,5 = 90…150 MPa – tensiunea admisibilă la tracţiune (se adoptă, σat = 100 MPa); σaî = (1,05…1,1) σat – tensiunea admisibilă la încovoiere (se adoptă, σaî = 110 MPa); τat = 40…80 MPa – tensiunea addmisibilă la torsiune

Fig. 2.10.3 Modelul de calcul 43

Relaţii de calcul: - eforturile de încovoiere în secţiunile critice (pentru modelul simplificat): MîmaxH = MZ11 + FX L5/2 = 322500 Nmm şi MîmaxV = MX11 + FZ L5/2 = 121250 Nmm, dimensionare bară centrală, 11, din relatia de mai sus ţinând cont că, uzual pentru ţevile pătrate standard, t/h = 0,05…0,15, (t/h = 0,1) se determină, = 41,2 mm , unde, MîmaxH =322500 Nmm , MîmaxV =121250 Nmm, t/h = 0,1

şi rezultă, t11 = 5 mm; se adoptă semifabricat ţeavă pătrată cu dimensiunile h11 = 50 mm şi t11 = 5 mm; ţinând cont că ţeava 12 intră în ţeava 11 rezultă, h12 = h11 - 2 t11 = 40 mm; - dimensionare coloană stânga/dreapta, 12/12’, ţinând cont că, h12 = 40 mm, se adoptă semifabricat ţeavă pătrată cu dimensiunile h12 = 40 mm şi t12 = 4 mm; - verificarea rezistenţei la torsiune a coloanelor, 12/12’, conform relaţiei = 44,2 MPa

= 40…80 MPa

V. Proiectarea formei tehnologice Recomandări pentru adoptarea parametrilor tehnologici şi de reprezentare: lungimea elementului 12, sa determinat în subcap 2.13.1; numărul de găuri şi, deci, cursa de reglare se va determina ţinând cont de calculul asamblării ţeavă-ţevă calculată în subcap 2.13.1 ; diametrul găurii de bolţ sa determinat în urma calcului asamblării cu bolţ în subcap. 2.13.2; Fig. 2.10.4 Parametri tehnologici şi constructivi VI.Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN

Condiția de resistență este indeplinită astfel σat = 100 MPa > σresmax = 38,212MPa 44

2.11

Proiectarea legăturilor 8-9 şi 10-11 (îmbinări sudate)

I. Date de proiectare Să se proiecteze îmbinările sudate a corpului tirantului inferior, 8, cu flanşa faţă 9 şi a flanşei 10 cu bara 11 (fig. 2.11.1) cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor: FX, FY, FZ, MX10, MY10, MZ10. Specificaţii impuse: a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250 N FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 = 55 mm; L2 = 70 mm; L3 = 250 mm; L4 = 250 mm; y = h11+g8+g9 =41 mm se calculează momentele în centrul flanşei 10: MX10 = FY (L1+L3) = 76250 Nmm, MZ10 = FY (L2 + L4) = 80000 Nmm, MY10 = FX (L1 +L3) + FZ (L2 + L4 - y) = 506800 Nmm; k. Tipul sarcinii: statică l. Restricţii dimensionale: se impune ca dimensiunile flanşelor asamblate să permită strângerea asamblării cu chei standard respectând condiţia de gabarit minim; m. Condiţii de funcţionare: coeficientul de frecare dintre flanşe, µ = 0,15…0,25 (frecare usată, oţel-oţel); temperatura, T = - 30oC…40oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată n. Condiţii constructive: materiale sudabile o. Condiţii de ecologie: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii.

a

b

Fig. 2.11.1 Schema funcţional-constructivă a îmbinării sudate - cazul 3 (7-8; 10-11): a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Elementele 8, 9, 10 şi 11 formează un subansambluri sudate şi, deci, pentru acestea s-a ales material sudabil, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2) 45

III. Adoptarea formei constructive IV. Schema de dimensionare şi verificare

calcul,

Ipoteze de calcul şi solicitări deoarece încărcarea exterioară este compusă din sarcini multiple şi modelul de calcul are complexitate mărită pentru calculul clasic se consideră un model simplificat care ia în considerare încărcarea cu sarcinile maxime, forţa FX şi momentul MY9

-

Fig. 2.11.2 Parametri geometrici ai îmbinărilor sudate

- se neglijează solicitările la încovoiere şi forfecare Date cunoscute: - despre încărcare: FX = 1250 N, MY10 = 506800 Nmm - despre forme şi dimensiuni: cordonul sudură are forma pătrat cu latura, h = 50 mm; - despre materiale: 02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere a materialului ţevilor; at = 80 MPa – tensiunea admisibilă la tracţiune; τafs = 0,65 at = 50 MPa tensiunea admisibilă la forfecare a sudurii Relaţii de calcul: Din condiţia de rezistenţă la forfecare a sudurii, se obţine grosimea cordonului de sudură, = 3,05 mm Se adoptă, din considerente tehnologice, grosimea cordonului de sudură, a = 3,5 mm. Fig. 2.11.3 Schema de calcul V. Proiectarea formei tehnologice

Recomandări pentru adoptarea parametrilor tehnologici şi de reprezentare: - sudura se va realza după contur închis; - după sudare se va aplica tratament termic de recoacere de detensionare Fig. 2.11.4 Reprezentarea simplificat pe desen a îmbinări 46

VI. Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN

Condiția de resistență este indeplinită astfel σat = 80 MPa > σres = 50,819 MPa

2.12

Proiectarea legăturii 9-10 (asamblare prin şuruburi)

I. Date de proiectare Să se proiecteze asamblarea cu şuruburi solicitate combinat (axial şi transversal) care leagă flanşa 9 de flanşa 10 din fig. 2.12.1 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 = 1250 N, FY = 250 N, FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 = 55 mm; L2 = 70 mm; L3 = 250 mm; L4 = 250 mm; y = h11 /2 + g10 = 25+8 =41 mm se calculează momentele în centrul flanşei 10: MX10 = FY (L1+L3) =76250 Nmm, MZ10 = FY (L2 + L4) = 80000Nmm, MY10 = FX (L1 +L3) + FZ (L2 + L4 - y) =506800 Nmm; p. Tipul sarcinii: statică q. Restricţii dimensionale: se impune ca dimensiunile flanşelor asamblate să permită strângerea asamblării cu chei standard respectând condiţia de gabarit minim; r. Condiţii de funcţionare: coieficientul de frecare dintre flanşe, µ = 0,15…0,25 (frecare usată, oţel-oţel); temperatura, T = - 30oC…40oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată

a

b Fig. 2.12.1 Schema funcţional-constructivă a asamblării: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare 47

II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Se adoptă pentru şuruburi din materiale incluse în grupa de caracteristici 6.8 Simbolurile grupelor de caracteristici mecanice uzuale pentru şuruburi sunt: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9, 12.9; semnificaţie: primul număr x 100 = rezistenţa la rupere minimă (σrmin) în MPa şi primul număr x numărul al doilea x 10 = limita la curgere convenţională (σ02) în MPa (ex. pentru grupa 6.8, σr min = 6 x 100 = 600 MPa, σ02 = 6 x 8 x 10 = 480 MPa) ;

III. Adoptarea formei 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;

Fig. 2.12.2 Parametri geometrici, funcţionali şi constructivi Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: - pentru flanşele 9 şi 10 se adopta din (DIN 10058) 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 = 111,5 mm şi grosimea g = 8 mm; IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze de calcul şi solicitări: - forţa FX solicită asamblarea axial centric; momentele MZ10 şi MY10 solicită asamblarea axial excentric; forţele FY, FZ şi momentul MX9 solicită asamblarea transversal centric; - 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 = 111 mm; L = 95,5 mm; a = (Lf – L)/2 = 8 mm; r1 = r2 = r3 = r4 = = 65 mm; Din considerente de proiectare, se adopta L= 84mm; - despre încărcare: FX = 1250 N, FY = 250 N, FZ = 450 N; MX10 =76250 Nmm, MZ10 = 80000 Nmm, MY10 = 506800 Nmm; - 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; 48

Fig. 2.12.3 Schema de calcul a forţelor din şuruburi

Relaţii de calcul: Calculul forţelor axiale din şuruburi corespunzător fiecărei încărcări forţele din şuruburi generate de forţa FX care solicită asamblarea axial centric, = 312,5 N;

= 312,5 N;

= 312,5 N;

= 312,5 N;

- forţele din şuruburi generate de momentul MZ10 care solicită asamblarea axial excentric, =234,4N,

=19N,

= 19 N,

= 234,4N;

- forţele din şuruburi generate de momentul MY10 care solicită asamblarea axial excentric, =1506,3N,

=1506,3N

= 122,1 N

= 122,1 N;

- forţele din şuruburi generate de rezultanta forţelor FY şi FZ,

, care

solicită asamblarea transversal centric, =

643,4N,

=

643,4N,

=

643,4N,

= 643,4N;

- forţele din şuruburi generate de momentul MX10 care solicită asamblarea transversal centric, =

1588

N,

=

= 1588N,

= 1588N;

Calculul forţelor axiale totale din şuruburi: =4284,6N, = 4069,2 N,

49

1588N,

=2685N, = 2900,4 N; Încărcarea maximă Faş = max(Fas1,Fas2,Fas3,Fas4 ) = 4284,6 N indică că şurubul 1 (fig. 2.12.3) 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 presupune determinarea diametrului interor al filetului necesar, = 5,95 mm, din (STAS 510-74), se adoptă ( ) parametrii filetului: d1 = 5,9 mm,d2 =6,64mm, d = 8 mm (M8), p = 1,25 mm; se adoptă din fer. ( STAS 8121/3-74) corelat cu dimensiunea filetului (M8) diametrul găurii de trecere, D1 = 8 mm (execuţie mijlocie); se adoptă (STAS 8121/3) piuliţă M8 cu m = 6,5 mm şi S = 13 mm; - momentul de înşurubare (strângere) a şurubului cel mai solicitat, = 4465,6 Nmm, unde, s-a considerat; = 3,14o – unghiul mediu al filetului, µ = 0,2 – coeficientul de frecare din filet, α = 60o – unghiul profilului filetului metric, - verificarea tijei filetate a şurubului cel mai solicitat la solicitări compuse (tracţiune şi torsiune) în momentul strângerii , = 195 MPa

= 200MPa;

unde s-a considerat µ1 = 0,15 – coeficientul de frecare dintre piuliţă şi flanşa pe care se aşează acesata - verificarea condiţiei de autofixare, < ; 3,14o < 13o V.

Proiectarea formei tehnologice

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 (STAS 8121/3), şaiba plată (STAS 5200/3), şaiba Grower (STAS 7666/2);

Fig. 2.12.4 Parametrii tehnologici şi de reprezentare

50

VI. Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN În acest caz, având în vedere că modelul de calcul este simplu atât ca încărcare precum ca şi formă a secţiunii nu se impune verificarea cu pachetul de calcul MDESIGN.

2.13

Proiectarea legăturilor 11-12/12’

2.13.1 Proiectarea legăturii 11-12/12’, ţeavă-ţeavă pătrată I. Date de proiectare Să se proiecteze legătura (asamblarea) ţevilor pătrate concentrice, poziţiile 11 şi 12 şi 11 şi 12’ din fig. 2.13.1 cu funcţia principală de transmitere prin formă (contact) a sarcinilor: FX, FY, MX11, MY11, MZ11. Specificaţii impuse: a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250 N, FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 = 55 mm; L2 = 70 mm; L3 = 250 mm; L4 = 250 mm; L5 = L5\2 = 175 mm; se calculează forţele şi momentele în centrul asamblării cu bolţ: FXs = FXd = FX/2 = 625 N; FZs = FZd = FZ/2 = 225 N; MX11 = FY (L1+L3)/2 = 38125 Nmm, MZ11 = FY (L2+ L4)/2 + FX L5/2 = 149375 Nmm, MY11 = FX (L1 +L3)/2 + FZ (L2 + L4)/2 = 262325 Nmm; b. Tipul sarcinii: statică c. Date despre asamblare: ţeava pătrată interioară are dimensiunea h12 = 40 mm şi grosimea t12 = 4 mm; ţeava pătrată exterioară are dimensiunea h11 = 50 mm şi grosime t11 = 5 mm; d. tipul legăturii (asamblării), cu contact conform e. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată

a b Fig. 2.13.1.1 Schema funcţional-constructivă a legăturilor ţeavă-ţeavă cu profil pătrat: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Elementele 11 şi 12/12’ sunt incluse în subansamble sudate şi, deci, pentru acestea s-a ales material sudabil, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2). 51

III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive pentru asigurarea funcţionării se impune realizarea contactului conform (pe suprafaţe mari) dintre ţevile 11 şi 12/12’ care se realizează prin montajul cu joc al acestora Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: -ţevile pătrate interioară şi exterioară dimensionată. în subcap 2.10, au dimensiunile: mm; h12 = 40 mm, t5 = 4 mm;

h11 = 50 mm, t11 = 5

Fig. 2.13.1.2 Parametri geometrici ai asamblării IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze şi relaţii de calcul: Legătura (asamblarea) dintre ţevile pătrate 11 şi 12 este similară cu legătura dintre ţevile 5 şi 6 tratată în subcap. PRC-A.2.1.2 cu următoarele deosebiri: - încărcările exterioare sunt: FXs = 625 N; FZs =225 N; MX11 = 38125 Nmm, MZ11 = 149375 Nmm, MY11 = 262625 Nmm; - dimensiunile alezajului pătrat, H = h7 = 50 mm, lungimea L = l11 cu valoare necunoscută; grosimea ţevii interioare, t12 = 4 mm, şi respectiv exterioare t11 = 5 mm;

a

b

Fig. 2.13.1.3 Similitudinile modelelor de calcul: a – legătura dintre ţevile 5 şi 6; b – legătura dintre ţevile 11 şi 12

unde, H = h7 = 50 mm, FXs = 625 N; FZs =225 N; MX11 = 38125 Nmm, MZ11 = 149375 Nmm, MY11 = 262625 Nmm; care după înlocuirea valorilor parametrilor cunoscuţi devin, 150000 L2 - 819125 L - 89625000 = 0, 150000 L2 - 799125 L - 22875000 = 0. 52

şi au soluţiile pozitive maxime = 32,6 mm şi, respectiv, L = l11 = 50 mm V. Proiectarea formei tehnologice

= 13,3 mm; se adoptă

Fig. 2.13.1.4 Parametri tehnologicie şi constructivi VI. Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN

Condiția de resistență este indeplinită astfel σat = 60 MPa > σw = 13,5 MPa

2.13.2 Proiectarea legăturii 11-12/12’, asamblare prin bolţ I.

Date de proiectare Să se proiecteze asamblarea) cu bolţ cilindric a două ţevi pătrate concentrice, poziţiile 11 şi 12/12’ din fig. 2.13.2.1 cu funcţia principală de transmitere prin formă a forţei FYs Specificaţii impuse a. Forţa exterioare: FY = 250 N; FYs = FY/2 = 125 N; b. Tipul sarcinii: statică c. Date despre asamblare: ţeava pătrată interioară are dimensiunea h12 = 40 mm şi grosimea t12 = 4 mm (subcap. 2.10); ţeava pătrată exterioară are dimensiunea h11 = 50 mm şi grosimea t11 = 5 mm (subcap. 2.10); d. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezeală avansată 53

Fig. 2.13.2.1 Schema funcţional-constructivă a asamblării cu bolţ a ţevilor pătrate concentrice: a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare II. Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Pentru elementele 11 şi 12/12’ s-a ales material sudabil, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2) Bolţul se va executa din oţel pentru construcţii mecanice, E295 (SR EN 10025/2005)

III. Adoptarea formei constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive asamblarea cu bolţ se poziţionează la cotele b11 şi b12 de capetele ţevilor 11 şi, respectiv, 12; se va realiza asamblare transversală prin ambii pereţi a ţevilor Fig. 2.13.2.2 Parametri geometrici ai asamblării cu bolţ Parametrii geometrici principali - D – diametrul bolţului (valoare standard); - b11 – poziţia găurii în ţeava 11; - b12 – poziţia găurii în ţeava 12 IV. Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze de calcul şi solicitări: - forţa FYs se transmite prin formă (contact direct) de la ţeava 12 la bolţ prin două suprafeţe semicilindrice pe care, datorită jocului existent mărit, se consideră ca apar presiuni de strivire cu distribuţie cosnusoidală cu maximul p12; Date cunoscute: - despre încărcare, FYs = 125 N – forţa transverslă pe bolţ - despre materiale: 02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere a materialului ţevii; σas = 60…80 MPa – tensiunea admisibilă la strivire (se adoptă, σas = 60 MPa pentru oţelul S235 cu limita la curgere mai mică); τaf = 70 MPa tensiunea admisibilă la forfecare Relaţii de calcul: Din condiţia de rezistenţă la strivire a asamblării cu bolţ se obţine diametrul necesar al bolţului,

54

= max (0.65; 0,41) unde, FYs = FY/2 = 125 N; σas = 60 MPa, t12 = 4 mm, t11 = 5 mm Se adoptă din considerente tehnologice, dar şi de interschimbabilitate, D12 = 8 mm. Verificare bolţ la forfecare 60 MPa

Fig. 2.13.2.3 Schema de calcul V. Proiectarea formei tehnologice Alegerea bolţului: se va adopta bolţ în forma standard (STAS 5754/1 şi STAS 5756) cu diametrul exterior al porţiunii cilindrice, 8h10 [mm] Ajustaje şi toleranţe: H12/h10, pentru ţeava 11 şi bolţ; execuţie mijlocie a găurii din ţeava 12. Rugozităti: alezajul din ţeava 11 se va aleza Ra = 3,2 µm; alezajul din ţeava 12 se va realiza prin găurire, Ra = 6,3 µm. Fig. 2.13.2.4 Parametrii de reprezentare VI. Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN

Condiția de resistență este indeplinită astfel σat = 60 MPa > σw = 2,7 MPa

55

2.14 CALCULUL ELEMENTULUI 13/13’ I.Date de proiectare Fig. 2.14.1 Schema functional-cosntructiva a elementelor de tip tirant solicitat excentric: a – integrarea in ansamblu; b – schema de incarcare

Să se proiecteze tirantul stânga/dreapta, poziţia 13/13’ din fig. PRC-A.1.2.3.1.1 cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor (forţe şi momente) de la coloana, poziţia 12/12’ la coloana 9. Specificaţii impuse: a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250 N, FZ =450 N acţioneză la distanţele L1 = 55mm, L2 =70 mm, L3 =250 mm, L4=250 mm, L5 = 350 mm; se calculează forţele şi momentele în centrul îmbinării sudate 12-13 (12’13’);FXs =625 N, FYs =125 N, FZs =225 N; MX13 = FY (L1+L3)/2 = 38125 Nmm, MZ13 = FY (L2+L4)/2 = 40000 Nmm, MY13 = FX (L1+L3)/2 + FZ (L2 + L4)/2 = 262625 Nmm; b. Tipul sarcinii: statică c. Restricţii dimensionale: L6 = 200 mm; d. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40oC; 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. II.Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Se adoptă, oţel sudabil S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2).02 = 235 MPa;r = 360 MPa; III.Adoptarea formelor constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive: - se adopta semifabricat de tip platbandă cu dimensiunile secţiunii b13 şi grosimea g; Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: - se adoptă, pornind de la dimensiunea cordonului de sudură gabaritul exterior al acesteia este delimitat de un contur pătrat cu latura de 40 mm; - se adoptă, a = 70 mm; b=8 mm

Fig. 2.14.2 Parametrii geometrici, functionali si constructivi

56

IV.Schema de calcul, dimensionare şi verificare Fig.2.14.3 Modelul de calcul

Ipoteze de calcul şi solicitări: - modelul de calcul este o bară dreaptă încastrată, solicitată la tracţiune de forţa FXs ; la încovoiere oblică de sarcinile FZs, FYs şi MZ13, MY13; latorsiune de momentul MX13; la forfecare de forţele FYs şi FZs; - elementele 13/13’ şi 3/3’ formează asamblări cu şuruburi montate cu joc; - deoarece, modelul de dimensionare cu luarea în considerare a tuturor solicitărilor este de complexitate mărită, în continuare, se adoptă un model simplificat care ia în considerare solicitarea principală de încovoiere dată de forţa FYs şi momentul MZ13; după determinarea dimensiunilor prin rezolvarea modelului simplificat se va face verificarea cu modulul cu pachetul MDESIGN (subcap. PRC-A.1.3.1.6) Date cunoscute (pentru modelul simplificat): - despre încărcare: FYs = 125 N, MZ13 = 40000 Nmm, aplicate static; - despre formă şi dimensiuni: platbandă cu dimensiunile, b13 =90 mm; grosimea h13 necunoscută; L6 = 200 mm - despre material: σ 02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere; c = 1,5…2,5 - coieficientul de siguranţă; σat = σ02/c = 235/1,5…2,5 = 90…150 MPa– tensiunea admisibilă la tracţiune (se adoptă, σat = 100 MPa); σaî = (1,05…1,1) σat (σaî = 110 MPa) Relaţii de calcul: - efortul de încovoiere în secţiunea critică (pentru modelul simplificat): Mî max = MZ13+ FYs L6 = 40000 + 125*200 = 65000 Nmm; - condiţia de rezistenţă la încovoiere în secţiunea critică, 𝑀 𝑀𝑖𝑚𝑎𝑥 𝜎𝑚𝑎𝑥 = 𝜎𝑖 = 𝑖𝑚𝑎𝑥 = ≤ 𝜎𝑎𝑖 (PRC-A.1.3.1.4.1) 𝑏 ℎ2 𝑊 𝑧

13 13 6

- dimensionare, din rel. PRC-A.1.3.1.4.1, se determină lăţimea tirantului ℎ13 =

6𝑀𝑖𝑚𝑎𝑥 𝑏13 𝜎 𝑎𝑖

=

6∗58750 90∗110

= 6,45 mm(PRC-A.1.3.1.4.2)

şi din fer. PRC-M.1 se adoptă semifabricat de tip platbandă (oţel lat) cu b = 90 mm şi h = 8 mm V. Proiectarea formei tehnologice Recomandări pentru adoptarea parametrilor tehnologici şi de reprezentare: - numărul de rânduri găuri şi, deci, cursa de reglare se vor determina ţinând cont de distanţa dintre găuri de 75; - diametrul găurii de trecere pentru şuruburile de fixare s-e determinnă în urma calcului asamblării

cu şuruburi în subcap. AFS-A.3.2; - rugozitatea de prelucrare, Ra = 6,3 µm.

Fig.2.14.4 Parametrii tehnologici si de reprezentare

57

2.15 CALCULUL LEGATURII 12-13/12’-13’ ( IMBINARE SUDATA) I.Date de proiectare Fig. 2.15.1 Schema functional-constructiva si de incarcare a imbinarii sudate – cazul 4 (12-13; 12’-13’) Subtema de proiectare

Să se proiecteze îmbinarea sudată a coloanei stânga/dreapta, 12/12’, cu tirantul stânga/dreapta 13/13’ din fig. SUD-A.1.1.4.1.1 cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor: FX, FY, FZ, MX7, MY7, MZ7. Specificaţii impuse: a. Forţele exterioare: FX = 1250 N, FY = 250, FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 = 55mm, L2 = 70 mm, L3 = 250 mm, L4 = 250 mm, L5 = 350 mm; se calculează forţele şi momentele în centrul îmbinării sudate 12-13 (12’-13’): FXs = 625 N, FYs = 125N, FZs = 225 N; MX13 = FY (L1+L3)/2 = 38125 Nmm, MZ13 = FY (L2+L4)/2 = 40000Nmm, MY13 = FX (L1 +L3)/2 + FZ (L2 + L4)/2 = 262625 Nmm; b. Tipul sarcinii: statică c. Date despre asamblare; coloana stânga/dreapta este din ţeva pătrată cu latura h12 = 40 mm şi grosimea t12 = 4 mm;tirantul stânga/dreapta este din platbandă cu lăţimea b13 = 90 mm şi grosimea g13 = 8 mm; d. Tipul îmbinării, sudură de colţ e. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu umezelă avansată f. Condiţii ecologice: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii II.Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Elementele 12,13, şi 12’,13’ formează subansambluri sudate şi,deci, pentru acestea s-a ales material sudabil, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2).02 =235 MPa;r =360 MPa; III.Adoptarea formelor constructive Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive - se impune asigurarea perpendicularităţii elementelor sudate Parametrii geometrici principali - grosimea cordonului de sudură a este ma mică decât grosimea peretelui ţevii h12 = 40 mm Fig.2.15.2 Parametrii geometrici ai imbinarii sudate

IV.Schema de calcul, dimensionare şi verificare Fig.2.15.3 Schema de calcul

Ipoteze de calcul şi solicitări - deoarece încărcarea exterioară este compusă din sarcini multiple şi modelul de calcul are complexitate mărită pentru calculul clasic se consideră un model simplificat care ia în considerare încărcarea cu sarcinile maxime, forţa FXs şi momentul MY13 58

- tensiunile de forfecare sunt repartizate uniform pe lungimea celor două cordoane de sudură - se neglijează solicitările la încovoiere şi tracţiune Date cunoscute: - despre încărcare: FXs = 625, MY13 = 262625 Nmm - despre forme şi dimensiuni: cordonul sudură are forma pătrat cu latura, h = 40 mm; - despre materiale: 𝜎 02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere a materialului ţevilor; 𝜎 at = 80 MPa – tensiunea admisibilă la tracţiune; τafs = 0,65 𝜎 at = 50 MPa tensiunea admisibilă la forfecare a sudurii Relaţii de calcul: - Condiţia de rezistenţă la forfecare a sudurii, Tensiunile de forfecare datorate forţei FXs şi momentului MY13, 𝝉𝒇𝒔𝑭 =

𝑭𝒔 𝟎. 𝟕𝑭𝑿𝑺 𝑭𝒔 𝟎. 𝟕𝑴𝒀𝟏𝟑 = , 𝝉𝒇𝒔𝑴 = = 𝑨𝒔 𝟒𝒂𝒉 𝑨𝒔 𝟐𝒉𝒂𝒉

𝝉𝒇𝒔 = 𝝉𝒇𝒔𝑭 + 𝝉𝒇𝒔𝑴 =

𝟎. 𝟕 𝑭𝑿 𝑴𝒀𝟏𝟑 ( + ) ≤ 𝝉𝒂𝒇𝒔 𝟐𝒂𝒉 𝟐 𝒉

- Dimensionare sudură Din relaţia, SUD-A.1.1.1.4.2, se obţine grosimea cordonului de sudură, 𝒂=

𝑴 𝑭 𝟎.𝟕( 𝑿 + 𝒀𝟏𝟑 ) 𝟐

𝒉

𝟐𝒉𝝉𝒂𝒇𝒔

=

𝟏𝟐𝟓𝟎 𝟐𝟔𝟐𝟔𝟐𝟓 + ) 𝟐 𝟓𝟎

𝟎.𝟕(

𝟐∗𝟓𝟎∗𝟓𝟎

= 𝟏. 𝟐𝟎 mm;

Se adoptă, din considerente tehnologice, grosimea cordonului de sudură, a = 2 mm. V. Proiectarea formei tehnologice Recomandări pentru adoptarea parametrilor tehnologici şi de reprezentare: - sudura se va realza după contur închis; - după sudare se va aplica tratament termic de recoacere de detensionare Fig.2.15.4 Reprezentarea simplificat pe desen a figurii VI.Verificarea modelului cu pachetul performant MDESIGN

Condiția de resistență este indeplinită astfel σat = 80 MPa > σres = 74,351 MPa

59

2.16 CALCULUL ELEMENTULUI 3/3’ I.Date de proiectare Fig.2.16.1 Schema functional-constructiva a elementelor de tip coloana solitcitata excentric: a – integrare in ansamblu;

Subtema de proiectare Să se proiecteze suportul stânga/dreapta, poziţia 3/3’ din fig. PRC-A.1.1.3.1.1 cu funcţia principală de transmitere a sarcinilor (forţe şi momente) de la tirantul, poziţia 13/13’ la flanţa de fixare de pe şasiu. Specificaţii impuse: a. Forţele exterioare: FX =1250 N, FY = 250, FZ = 450 N acţioneză la distanţele L1 = 55 mm, L2 = 70 mm, L3 =250 mm, L4=250 mm, L5 = 350 mm; L6 = 200 mm; se calculează forţele şi momentele în centrul asamblării cu şuruburi 13-3 (13’-3’): FXs =625N, FYs =125 N, FZs =225N; MX3 = FY (L1+L3)/2 =38125Nmm, MZ3 = FY (L2+ L4+ L6)/2 + FX L5/2 =283720Nmm, MY3 = FX (L1 +L3)/2 + FZ (L2 + L4+ L6)/2 =307625Nmm; b. Tipul sarcinii: statică c. Restricţii dimensionale: L7 = 150 mm; L8 =51mm; a =70 mm; d. Condiţii de funcţionare: temperatura, T = - 30oC…40oC; 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. II.Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Se adoptă, oţel S235, conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2).02 = 235 MPa;r = 360 MPa; III.Adoptarea formelor constructive Fig.2.16.2 Parametrii geometrici, functionali si constructivi

Caracteristici şi restricţii funcţionale şi constructive: - se adopta semifabricat de tip platbandă cu dimensiunile secţiunii b1 = b13 =90 mm şi grosimea g =8mm; Adoptarea parametrilor geometrici funcţionali şi constructivi: - se adoptă a =70mm; b=8 mm, aceleaşi dimeniuni de poziţionare a găurilor ca în cazul tirantului 13. IV.Schema de calcul, dimensionare şi verificare Ipoteze de calcul şi solicitări: - modelul de calcul este o bară dreaptă încastrată, solicitată la tracţiune de forţa FZs ; la încovoiere oblică de sarcinile FXs, FYs şi MX3, MY13; la torsiune de momentul MZ3; la forfecare de forţele FYs şi FZs; - elementele 3/3’ formează asamblare cu şuruburi montate cu joc cu o flaşă fixată pe şasiu; - deoarece, modelul de dimensionare cu luarea în considerare a tuturor solicitărilor este de complexitate mărită, în continuare, se adoptă unmodel simplificat care ia în considerare solicitarea principală de încovoiere dată de forţa FYs şi momentul MX3; după determinarea dimensiunilor prin rezolvarea modelului simplificat se va face verificarea cu modulul cu pachetul MDESIGN (subcap. PRC-A.1.1.1.6) 60

Fig.2.16.3 Modelul de calcul

Date cunoscute (pentru modelul simplificat):despre încărcare: FYs = 125 N, MX13 = 38125 Nmm, aplicate static; - despre formă şi dimensiuni: platbandă cu dimensiunile, b3 = 90 mm; grosimea h3 necunoscută; L7 = 150 mm - despre material: σ02 = 235 MPa – tensiunea limită de curgere; c = 1,5…2,5 - coieficientul de siguranţă; σat = σ02/c = 235/1,5…2,5 = 90…150 MPa – tensiunea admisibilă la tracţiune (se adoptă, σat = 90 MPa); σaî = (1,05…1,1) σat (σaî = 95 MPa) Relaţii de calcul: - efortul de încovoiere în secţiunea critică (pentru modelul simplificat): Mî max = MX3 + FYs L7 = 56875 Nmm; - condiţia de rezistenţă la încovoiere în secţiunea critică, - dimensionare, din rel. PRC-A.1.3.1.4.1, se determină lăţimea tirantului ℎ3 =

6𝑀𝑖𝑚𝑎𝑥 = 𝑏3 𝜎𝑎𝑖

6 ∗ 56875 = 6,61 𝑚𝑚 90 ∗ 95

din fer. PRC-M.1 se adoptă semifabricat de tip platbandă (oţel lat) cu b = 90 mm şi h = 8 mm. V. Proiectarea formei tehnologice Recomandări pentru adoptarea parametrilor tehnologici şi de reprezentare: - numărul de rânduri găuri şi, deci, cursa de reglare se vor determina ţinând cont de distanţa dintre găuri (75 mm) dar şi de gabaritul inferior de rulare; - diametrul găurii de trecere pentru şuruburile de fixare se determinnă în urma calcului asamblării cu şuruburi în subcap. AFS-A.3.2; Fig.2.16.4 Parametrii tehnologici si de reprezentare - rugozitatea de prelucrare, Ra = 6,3 µm.

2.17. CALCULUL LEGATURII 13-3/13’-3’ (ASAMBLARE PRIN SURUBURI) I.Date de proiectare Fig.2.17.1 Schema functional-constructiva a asamblarii: a – integrare in ansamblu;

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)

61

Specificaţii impuse: a. Forţele exterioare: FX =1250 N, FY =250 N, FZ =450 N acţioneză la distanţele L1 = 55 mm; L2 =70 mm; L3 =250 mm; L4 =250 mm; L5 =350 mm; L6 =200 mm; se calculează forţele şi momentele în centrul asamblării: FXs =625 N, FYs =125 N, FZs =225 N; MX3 = FY (L1+L3)/2 = 38125 Nmm, MZ3 = FY (L2+ L4+ L6)/2 =65000 Nmm (din considerente de simetrie nu se ia în considerare momentul forţei FX), MY3 = FX (L1 +L3)/2 + FZ (L2 + L4+ L6)/2 =307625Nmm; 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 = - 30oC…40oC; 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. II.Alegerea materialului, tratamentelor termice şi tehnologiei Se adoptă şuruburi din materiale incluse în grupa de caracteristici 6.8 (subcap. AFST.5).02 = 480 MPa;r = 800 MPa; III.Adoptarea formelor constructive Fig.2.17.2 Parametrii geometrici, functionali si constructivi

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 = 70 mm (subcap.PRC-A.1.2.3) IV.Schema de calcul, dimensionare şi verificare Fig.2.17.3 Schema de calcul a fortelor din suruburi

Ipoteze de calcul şi solicitări: - transmiterea sarcinilor de la tirantul 13 la suportul 3 se face prin intermediul tijelor celor patru şuruburi şi prin fileteleacestora; 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, FZsşi 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 = 70 mm; a = (b – L)/2 = 10 mm; 62

𝐿

𝐿

r1 = r2 = r3 = r4 = (2)2 + (2)2 = 49,49 mm; - despre încărcare: FXs =625 N, FYs =125N, FZs =225 N; MX3 =38125Nmm, MZ3 =65000Nmm, MY3 =307625Nmm; - 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. AFST.8.3.1.1), 𝐹 625 𝐹 625 𝐹 𝐹 𝐹𝑎𝑠1𝑌𝑠 = 4𝑋𝑠 = 4 = 156,2 𝑁;𝐹𝑎𝑠2𝑌𝑠 = 4𝑋𝑠 = 4 = 156,2𝑁; 𝐹

𝐹𝑎𝑠3𝑌𝑠 =

𝐹𝑋𝑠 4

=

625 4

𝐹

= 156,2 𝑁; 𝐹𝑎𝑠4𝑌𝑠 =

𝐹𝑋𝑠

=

4

625 4

= 156,2𝑁;

- forţele din şuruburi generate de momentul MZ3 care solicită asamblarea axial excentric 𝑀 𝐿+𝑎 𝑀 𝑎 𝑀 𝑀 𝐹𝑎𝑠1𝑍3 = 2𝑍3 𝐿2 +(𝐿+𝑎)2 = 230𝑁;𝐹𝑎𝑠2𝑍3 = 2𝑍3 𝐿2 +(𝐿+𝑎)2 =40,26N; 𝑀

𝐹𝑎𝑠3𝑍3 =

𝑀𝑍3

𝑎

𝑀

2 𝐿2 +(𝐿+𝑎)2

= 40,26 N;𝐹𝑎𝑠4𝑍3 =

𝑀𝑍3

𝐿+𝑎

2 𝐿2 +(𝐿+𝑎)2

= 230𝑁;

MZ3 = 476425; a = 7,5; L=75 - forţele din şuruburi generate de momentul MX3 care solicită asamblarea axial excentric 𝑀 𝐿+𝑎 𝑀 𝐿+𝑎 𝑀 𝑀 𝐹𝑎𝑠1𝑋 3 = 2𝑋 3 𝐿2 +(𝐿+𝑎)2 = 134,9 𝑁;𝐹𝑎𝑠2𝑋 3 = 2𝑋 3 𝐿2 +(𝐿+𝑎)2 = 134,9𝑁; 𝑀

𝐹𝑎𝑠3𝑋 3 =

𝑀𝑋 3

𝑎 2 𝐿2 + 𝐿+𝑎 2

𝑀

= 118 𝑁;𝐹𝑎𝑠4𝑋 3 =

𝑀𝑋 3

𝑎

2

𝐿2 +(𝐿+𝑎)2

= 118 𝑁;

unde ,MX3 =38125 Nmm; a = 10; L=70 2 2 - forţele din şuruburi generate de rezultanta forţelor FYs şi FZs ( 𝐹𝑌𝑠 + 𝐹𝑍𝑠 ) care solicită asamblarea transversal centric 𝐹

𝐹𝑎𝑠1𝑌𝑍 = 𝐹

𝐹𝑎𝑠3𝑌𝑍 =

2 +𝐹 2 𝐹𝑌𝑠 𝑍𝑠

4𝜇 2 +𝐹 2 𝐹𝑌𝑠 𝑍𝑠

4𝜇

2 +𝐹 2 𝐹𝑌𝑠 𝑍𝑠

𝐹

= 257,3 𝑁;𝐹𝑎𝑠2𝑌𝑍 = 𝐹

= 257,3𝑁;𝐹𝑎𝑠4𝑌𝑍 =

4𝜇 2 +𝐹 2 𝐹𝑌𝑠 𝑍𝑠

4𝜇

= 257,3𝑁; = 257,3𝑁;

FYs =125; FZs=225; 𝜇=0.2 - forţele din şuruburi generate de momentul MY3 care solicită asamblarea transversal centric 𝑟1 1 𝑀 𝐹𝑎𝑠1𝑌3 = 𝑀𝑌3 𝑟 2 +𝑟 2 +𝑟 2 +𝑟 2 𝜇 = 7782𝑁; 𝑀 𝐹𝑎𝑠2𝑌3 𝑀

1

2

𝑟1

3

4

1

= 𝑀𝑌3 𝑟 2 +𝑟 2 +𝑟 2 +𝑟 2 𝜇 = 7782𝑁; 1

2

𝑟

3

4

1

1 𝐹𝑎𝑠3𝑌3 = 𝑀𝑌3 𝑟 2 +𝑟 2 +𝑟 2 +𝑟 2 𝜇 = 7782 𝑁;

𝑀 𝐹𝑎𝑠4𝑌3

1

2

𝑟1

3

4

1

= 𝑀𝑌3 𝑟 2 +𝑟 2 +𝑟 2 +𝑟 2 𝜇 = 7782𝑁; 1

2

3

4

Unde, MY3 =307625; r1 = r2 = r3 = r4 = 49,49 mm; 𝜇=0.2 Calculul forţelor axiale totale din şuruburi: 𝑀 𝑀 𝑀 𝐹 𝐹 𝐹𝑎𝑠1 = 𝐹𝑎𝑠1𝑋 + 𝐹𝑎𝑠1𝑍3 +𝐹𝑎𝑠1𝑌3 +𝐹𝑎𝑠1𝑌𝑍 + 𝐹𝑎𝑠1𝑋 3 = 8560,4𝑁; 𝑀 𝑀 𝑀 𝐹 𝐹 𝐹𝑎𝑠2 = 𝐹𝑎𝑠2𝑋 + 𝐹𝑎𝑠2𝑍3 +𝐹𝑎𝑠2𝑌3 +𝐹𝑎𝑠2𝑌𝑍 + 𝐹𝑎𝑠2𝑋 3 = 8370,6 𝑁; 63

𝐹

𝑀

𝑀

𝐹

𝑀

𝐹𝑎𝑠3 = 𝐹𝑎𝑠3𝑋 + 𝐹𝑎𝑠3𝑍3 +𝐹𝑎𝑠3𝑌3 +𝐹𝑎𝑠3𝑌𝑍 + 𝐹𝑎𝑠3𝑋 3 = 8354,6 𝑁; 𝑀 𝑀 𝑀 𝐹 𝐹 𝐹𝑎𝑠4 = 𝐹𝑎𝑠4𝑋 + 𝐹𝑎𝑠4𝑍3 +𝐹𝑎𝑠4𝑌3 +𝐹𝑎𝑠4𝑌𝑍 + 𝐹𝑎𝑠4𝑋 3 = 8543,5 𝑁; Încărcarea maximă Faş = max(𝐹𝑎𝑠1 , 𝐹𝑎𝑠2 , 𝐹𝑎𝑠3 , 𝐹𝑎𝑠4 ) = 8560,4 N indică că şurubul 1 (fig. PRCA.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. AFST.8.3.1.1, β =1,1 ) presupune determinarea diametrului interor al filetului necesar, 𝑑1𝑛𝑒𝑐 =

4𝛽𝐹𝑎𝑠 = 𝜋𝜎𝑎𝑡

4 ∗ 1.25 ∗ 8560,4 = 7,7 𝑚𝑚; 3.14 ∗ 200

din fer. AFS-P.1, se adoptă (𝑑1 ≥ 𝑑1𝑛𝑒𝑐 ) parametrii filetului: d1 =8,376 mm, d2 =9,026mm, 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 =11 mm şi S = 19 mm; V. Proiectarea formei tehnologice 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. AFSP.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 Fig.2.17.4 Parametrii tehnologici si de reprezentare

64

65

66

67

68