mecanisme si organe de masini part 2

Mecanisme i Organe de Maini

2. Solicitri, materiale, tratamente termice

2.1. Solicitri i etape de calcul2.1.1. Solicitri ntr-un sistem mecanic-Generaliti

n proiectarea sistemelor mecanice este necesar s se in cont de caracteristicile i dimensiunile generale.

Din punct de vedere al strii de solicitare, piesele interacioneaz, astfel nct asupra unei piese acioneaz un sistem complex de fore care conduce la apariia unor stri complexe de tensiuni(solicitri compuse).

2.1.1.1. Solicitri i etape generale de calculCriteriile de clasificare a solicitrilor sunt urmtoarele, figura 2.1:- Originea;- Natura solicitrii;- Variaia n timp;- Importan;- Direca eforturilor fa de seciune (normal, tangenial, etc);- Evoluia n timp n cazul solicitrilor periodice.n cazul calculului la solicitri simple (dimensionare i verificare), se

consider cunoscute urmtoarele:- pentru dimensionare, sistemul de fore i tensiunile admisibile a

respective a;- pentru verificare, ariile seciunilor A i modulele de rezisten W.

2.1. Solicitri i etape de calcul

SO

LIC

IT

RI

FORE ACTIVE

SARCINIREACIUNIFORE DE FRECARE

EXTERIOARE

SIMPLE

COMPUSE

INTERIOARE

TERMOMECANICE

MASICE

STRUCTURALE SAUTEHNOLOGICE

GRAVITAIONALEDE INERIE

DE DILATAREDE COMPRESIUNE

NTINDERECOMPRESIUNENCOVOIEREFORFECARETORSIUNESTRIVIREPRESIUNE DECONTACT

PERIODICESTATICE

DINAMICE

APERIODICE

SIMETRICE

ASIMETRICEOSCILANTEPULSATORIIALTERNANTE

INTERMITENTECU OC

PRINCIPALE

SECUNDARE

ACCIDENDALE

NORMALE

TANGENIALE

STAIONARE

NESTAIONARE

ORIGINEA SISTEMULUI DE FORE

VARIA I N TIMP A FOR A ELOR

IMPORTANTA CALCULULUIDE PROIECTARE

DIREC I A EFORTURILORFA DE SECIUNE

EVOLU N TIMP AVALORII MAXIME

IA

NATURA FORELOR

Fig. 2.1. Solicitri i moduri de aciune

PREVZUTE

NEPREVZUTE


Etapele generale de calcul sunt:- Stabilirea celor mai grele condiii de funcionare. Aceasta de face n

urma analizei cinematice i dinamice i a schemei mecanismului care stla baza sistemului mecanic.

- Determinarea mrimii, direciei i punctului de aplicaie a forelor imomentelor care acioneaz asupra unui anumit element al ansamblului.

- Alegerea materialului, determinndu-se rezistenele admisibile ai a.

- Determinarea reaciunilor, momentelor ncovoietoare i de torsiune i definirea poziiile seciunilor periculoase (Se ine cont de schema de ncrcare i alegerea modelul de ncrcare cel mai apropiat de realitate).

Dimensionare. Se stabilete dimensiunea principal i, lund n considerarepoziia elementului n ansamblu, legturile cu elementele vecine, considerentetehnologice i altele, se definete forma elementului.

Verificare. Dimensiunile i forma se aleg constructiv n funcie de informaile iexperiena de care dispune proiectantul, urmnd ca s se verifice seciunea cea maisolicitat, astfel nct < a, sau < a.

Dac asupra elementului acioneaz sisteme de fore care conduc la solicitricompuse, dimensionarea preliminar se realizeaz pe baza unei solicitrisimple dominante, iar la verificare se determin eforturile echivalente nseciunea cea mai solicitat, astfel nct e< a .


2.1.1.2. Cicluri de solicitri variabileDurabilitatea, precizia i sigurana n exploatare a mainilor i

mecanismelor depind de acurateea calculelor de rezisten.Acurateea calculelor reprezint determinarea precis a

naturii,mrimii, direciei, sensului forelor i momentelor.

Clasificarea forelor: Dup modul de generare:- Exterioare; acestea se transmit direct sau prin organele de legtur, de

exemplu forele din asamblrile filetate, lagre, cuplaje, etc..

- Masice; reprezentate prin forele de inerie sau greutate. Dup modul de aciune acestea pot s fie:

- statice (constante n timp); acestea acioneaz astfel nct cretereade la valoarea minim la cea maxim se face lent, dup care rmnconstante;

- dinamice (variabile n timp); valoarea acestora se modific n timpulfuncionrii dup legi de variaie care pot fi periodice ntre anumite valori, sau al cror mod de variaie este aleatoriu.


Solicitrile variabile n timp reprezintaciunea forelor i momentelor a crormrime de modific n timp. Variaia poates aib caracter ciclic, figura 2.2.

Un ciclu determinat de o perioadcomplet, ACB este caracterizat:

- efortul unitar maxim max; - efortul unitar minim min;- efortul unitar mediu m.

- amplitudinea efortului unitar

- coeficientul de asimetrie al ciclului

n funcie de valorile isemnele pe care le au mrimile care caracterizeaz ciclul, se disting urmtoareletipuri de cicluri de funcionare, tabelul 2.1.

;2

minmax +

=m

;2

minmax

=a

.max

min

=r


3

2

1

AlternantOscilantConstant

Tipul i modelul graphic al cicluluiForma ciclu


2.1.1.3. Legea lui Hooke Indicatorul care definete modul de comportare

a materialelor sub aciunea forelor poate ficaracterizat cu ajutorul unor constante fizice(caracteristici mecanice.

Acestea se determin prin ncercri mecanice. ncercarea mecanic cu ajutorul creia se

determin cele mai importante caracteristicimecanice ale materialelor este ncercarea la traciune, care stabileste experimental legturilepermanente ntre eforturi i deformaii.

Graficul perechilor de valori (s,e) obinute prinncercare reprezinta curba caracteristic a materialului (figura 2.3- caracteristic a unui oel)

Zonele caracteristice sunt:OAB zona de proporionalitate la care alungirile

sunt proporionale cu tensiunile. Ecuaia acesteiporiuni este exprimat prin legea lui Hooke:

si

BC zona deformaiilor plastice, punctul C definind

limita de curgere.

CD dup o zon undetensiunea rmneaproximativconstant, traseuleste ascendent, pnn punctul D care convenionalcorespunde tensiuniide rupere

E= Etg =


Pe baza analizei curbei lui Hooke, materialele se clasifica n funciede urmtoarele criterii:

Dup mrimea deformaiilor produse pn la rupere:- materiale tenace, caracterizate printr-o zon BC mare, producndu-

se deformaii mari pn la rupere;- materiale casante, al cror tronson BC eset foarte mic, deformaiile

plastice care apar pn la rupere fiind foarte mici. n funcie de starea materialelor , dup ndeprtarea sarcinii se

disting:- materiale plastice, care dup ndeprtarea sarcinii rmn

deformate;- materiale elastice, care n urma ncetrii forei revin la forma

iniial. n funcie de valoarea constantelor E, G, i msurate dup

diferite direcii:- materiale izotrope, care au aceai constant elastic dup orice

direcie;- materiale anizotrope, care au comportament diferit dup diferite

direcii.E-Modulul de elasticitate longitudinal; G-modulul de elasticitate transversal; m-

coeficientul lui Piosson


2.1.1.4. Rezistene admisibile i coeficieni de siguranPiesele trebuie dimensionate astfel nct s reziste la solicitrile statice sau

dinamice n cazul solicitrilor statice, se admite ca rezisten limit de referin:- materiale tenace - limita de curgere c respective c;- materiale casante rezistena la rupere r respective r.Practic,pentru calcule trebuie stabilit o valoare maxim a tensiunii la care o

pies rezist, fr ca aceasta s se deformeze. Aceasta este rezistenta admisibila.

Tensiunea admisibil este valoarea convenional acceptat ca maxim, pe baza experienei practice, tensiune care se poate produce ntr-o pies, n condiiile date de material i de solicitare

Dac se iau n considerare tensiunile limit, ale cror valori sunt indicate de standarde, valorile admisibile sunt exprimate prin relaiile

unde C este coeficientul de siguran.

Acesta depinde de: Calitatea materialelor , Procedeul tehnologic; Natura solicitrii; Certitudinea forelor; Condiiile de lucru; Metodele de calcul; Simularea ncrcrii reale.

;limC

a

= 600 g/m2.Sorturile de hrtie se mpart n urmtoarele grupe:- hrtie pentru scopuri grafice: hrtie de scris, pentru copiatoare, de

tipar, pentru bancnote;- hrtie pentru mpachetat;- hrtie i cartoane tehnice: hrtie de filtru, hrtie i cartoane pentru

cutii.

2.3. Tratamente mecanice termice sitermochimice

Tratamentul este un ansamblu de procedee tehnologice de schimbare a propriettilor fizice (n particular mecanice) i chimice ale materialelor metalice, prin modificarea structurii lor. Tratamentele asupra metalelor sunt de trei feluri: mecanice, termice i termochimice.

2.3.1. Tratamente mecanice

Tratamentul mecanic este procedeul tehnologic de schimbare a caracteristicilor mecanice ale materialelor metalice, prin modificarea structurii cristaline. Modificarea se realizeaz prin operaiuni mecanice de deformare plastic la rece, ecruisare, (ex. trefilare, laminare, forjare, rulare).

n cazul deformrii la rece, de tip trefilare, laminare, forjare, rulare, ecruisarea este duntoare datorit creterii fragilitii (ine, osii, fuzete).

2.3. Tratamente mecanice termicesi termochimice

2.3.2. Tratamente termice

Tratamentele termice sunt procedee tehnologice de modificare a proprietilor fizice, chimice i tehnologice ale materialelor metalice n stare solid. Acestea se aplic materialelor neomogene ( ex. aliajelor), a cror natur a constituenilor este complex i care prezint stri de echilibru diferite, la diverse temperaturi.

Modificarea structurii se realizeaz la nclziri i rciri controlate.

Fazele unui tratament termic sunt, fig. 2.10:- nclzirea pn la o anumit temperatur;- meninerea o anumit durat de timp pentru

uniformizarea acesteia;- rcirea cu o anumit vitez.Factorii principali n tratamentul termic sunt

temperatura i timpul, care determin toate fazele acestuia.

Exist urmtoarele procese de tratamente termice i termochimice:

Recoacerea;Clirea;Revenirea;mbtrnirea.


2.3.2.1. Recoacerea

Recoacerea este un tratament termic aplicat metalelor n stare solid, care const n:

- nclzirea cu viteze impuse, pn la o temperatur;

- meninerea constant a temperaturii;- rcirea cu anumit vitez.

Aceasta are ca scop obinerea urmtoarelor deziderate:

- nmuierea materialelor;- obinerea unei anumite structuri;- nlturarea tensiunilor interne;- omogenizarea structurii;- recristalizarea.

2.3. Tratamente mecanicetermice si termochimice

2.3.2.2. Clirea

Clirea este tratamentul termic aplicat oelurilor, pentru mbuntirea proprietilor fizico-mecanice ale pieselor tratate (organe de maini, scule, etc.).

Clirea complet se realizeaz nclzind oelul la temperaturi cu (20-30) C mai mari dect punctul de transformare Ac3, meninerea la aceast temperatur, urmat de rcirea brusc, figura 2.11. Acest tratament se poate aplica tuturor oelurilor clibile.


2.3.2.3. Revenirea

Revenirea este un tratament termic, cu scopul de a se obine o structur mai stabil. Tratamentul de revenire presupune nclzirea oelurilor clite la temperaturi inferioare punctelor de transformare Ac1, urmat de o rcire cu o vitez dirijat.

Scopurile tratamentului de revenire sunt:- obinerea unei structuri stabile;- realizarea unei duriti impuse;- eliminarea tensiunilor interne rezultate n urma procesului de clire;- micorarea fragilitii n favoarea creterii tenacitii. Revenirea joas se realizeaz prin nclzire la temperaturi relativ joase

(100-350) C, urmat de rcire (n general n aer). Prin revenire se micoreaz duritatea obinut dup clire i se elimin tensiunile.

Revenirea nalt se realizeaz prin nclzire la temperaturi apropiate de punctul Ac1 (500-700) C, cu meninere la aceast temperatur i rcire. Rcirea se poate face: pentru oelurile insensibile la fragilitate, cu orice vitez; pentru oelurile aliate (sensibile la fragilitate), rcire accelerat n ulei sau ap.

Revenirea nalt se aplic la oelurilor bogat aliate (oeluri rapide pentru scule).


2.3.2.4. mbuntirea

mbuntirea este un caz particular de asociere a celor dou tratamente: clirea i revenirea nalt. mbuntirea se aplic oelurilor carbon cu coninut ridicat de carbon (> 0.30 %), sau oelurilor aliate tratabile prin mbuntire.


2.3.2.5. Tratamente termochimice

Tratamentele termochimice sunt tratamente termice efectuate pentru modificarea compoziiei chimice i structurii, n straturile de suprafa ale materialelor metalice. Aceste modificri se realizeaz prin absorbia i difuzia unor elemente, (carbon, azot, crom, aluminiu, siliciu) n structura straturilor superficialeale materialului de baz (oel).

Scopul tratamentului este de a se obine structuri fizico-mecanice i chimice diferite, pentru cele dou zone, de exemplu piese din oel cu miez tenace i suprafa dur.

Un tratament termochimic const n urmtoarele faze:a) Introducerea n stratul superficial a elementelor chimice de adaos

(contaminare superficial). Aceasta se realizeaz prin: nclzirea piesei, introdus ntr-un mediu (solid, lichid sau gazos), bogat n elementele care trebuie s difuzeze n oel; meninerea la temperatur constant pn la realizarea difuziei; rcirea cu viteza mic (n aer sau cuptor).

b) Clirea i revenirea structurii nou create.Cel mai important tratament termochimic este cementarea


Cementarea

Cementarea este un tratament termic care const n mbogirea n carbon a stratului superficial al pieselor confecionate din oel i se aplic oelurilor nealiate sau aliate, care au un coninut redus de carbon (oeluri de cementare).

Exemple de oeluri de cementare sunt: oelurile carbon de calitate pentru cementare OLC 10, OLC 15, OLC 20, sau oeluri aliate de cementare.

Dup cementare se efectueaz tratament de clire urmat de revenire joas. n urma tratamentului stratul superficial se va durifica pn la 55-58 HRC, iar miezul rmne tenace.

Printre piesele care se cementeaz sunt arbori cilindrici i canelai, glisiere, pivoi, roi dinate, etc..

2.4. Scrile de duritateConform tiinei materialelor, duritatea este o caracteristic a materialelor

solide i exprim rezistena la deformri plastice permanente i locale. Evaluarea duritii se realizeaz de regul prin amprentare. Prin duritate se nelege i rezistena la zgriere, tiere, abraziune.

Duritatea nu este o proprietate intrinsec a materialului. Mrimea duritii depinde de procedurile de msurare ale acesteia.

2.4.1. Scara de duriti Brinellncercarea i scara de duriti Brinell a fost inventat n Suedia de dr. Johan

August Brinell n 1900 i este cea mai veche metod de determinare a duritii.

Gama de valori pe scara Brinell este de la HB 50 pn la HB 750.2.4.2. Scara de duriti VickersScara de duriti Vickers a fost creat n Marea Britanie n 1925.Avantajele testrii tip Vickers sunt:- testul Vickers este poate cel mai flexibil test de duritate avnd o plaj de

msurare ntre HV 100 i HV 2000, acoperind ntraga scar de duriti;prezint o gam larg de fore de testare care sunt aplicabile fiecrei aplicaii;testul este nedistructiv.2.4.3. Scara de duriti RockwellScara de duritate Rockwell, metoda de msurare i aparatul pentru

msurtori au fost inventate n SUA de Stanley P. Rockwell. Cele mai utilizate scri de duritate sunt HRB i HRC. Ca i n cazul celorlalte

scale de duritate pentru fiecare scal Rockwell exist o grosime minim a materialului, astfel nct testul s se execute corect.

mecanisme si organe de masini part 2

Documents

ariile seciunilor a

aplicaie a forelor imomentelor

aleg constructiv n funcie

n cazul solicitrilor

astfel nct e a

stla baza sistemului

ncrcare i alegerea modelul

solicitri i etape generale