TEMA DE PROIECTARE - arbore de masina rotativa

1.TEMA DE PROIECTARE

Se va proiecta un arbore de masina rotativa, avand schema functionala prezentata in figura, precum si urmatoarele date:

puterea masinii  P=11[kW]

turatia masinii  n=1000[rotatii/minut]

lungimea rotorului l=280[mm]

greutatea rotorului  G=580[N]

forta de interactiune a rotorului Fm=4G=2320[N]

Loc pt ventilator l Loc pt cuplaj

F=G+Fm

Fca

A Fcr

L c

Se vor mai folosi:

distanta dintre lagare

pozitia rotorului

forta radiala posibila

iesirea masinii

forta axiala posibila

momentul de torsiune

momentul de torsiune maxim

1.1.Continutul proiectului

Desen de ansamblu arbore pe rulmenti, cu cuplaj (scara 1:1, desen in creion)

Desen de executie arbore (scara 1:1, desen in creion)

Memoriu tehnic (totalitatea calculelor efectuate, comentarii, justificari, concluzii)

1.2.Etapele proiectului

Primirea temei. Indrumari.

Calculul si definitivarea constructiva a arborelui.

Calculul si definitivarea constructiva a rulmentilor.

Proiectarea asamblarilor.Desen de ansamblu definitiv.Verificarea arborelui.

Desen de executie. Alegerea si calculul cuplajului. Control final.

Sustinerea si predarea proiectului.

1.3.Bibliografie

Ivancenco, S. s.a., Proiectarea componentelor mecanice ale masinilor electrice,

U.P.B., 2001.

2.PROIECTAREA ARBORELUI

2.1.Materialul arborelui

S-a ales ca material otel carbon de calitate STAS 880-80, pentru arbori de larga utilizare, si anume OLC 45 C+R care are urmatoarele caracteristici:

2.2.Schema de incarcare

Arborele masinii electrice se va considera simplu rezemat pe lagare si solicitat de forte centrate conform figurii:

			Fca

Fcr

c

L

a

A C B D

2.3.Reactiunile din lagare

Neglijandu-se efectul asupra fortei axiale Fca asupra arborelui se determina reactiunile din reazeme reprezentand fortele radiale din lagare.Se vor obtine:

2.4.Diagramele de solicitare

Se traseaza diagramele de moment de torsiune si de moment incovoietor.

Pe portiunile de arbore solicitate atat la incovoiere cat si la torsiune se traseaza diagrama de moment echivalent prin compunerea in fiecare punct x a solicitarilor conform relatiei:

A E C F B H D

Mt

Mi

Mech

2.5.Arborele de egala rezistenta

Se dimensioneaza arborele in minimum 7 puncte A, B, C, D, E, F si H, ultimele trei fiind situate la mijlocul distantelor AC, CB si BD.

Astfel, pentru punctele B, C, E, F si H se aplica relatia efortului unitar de incovoiere:

unde a-1 este

In relatia de mai sus Mx reprezinta momentul de incovoiere Mi pentru punctul E sau momentul echivalent Mech pentru punctele B, C, F si H.

La alegerea valorii a-1 utilizata la dimensionare s-a avut in vedere faptul ca rotirea arborelui in conditiile mentinerii directiei fortelor solicitarea are ca efect solicitarea variabila a acestuia la incovoiere dupa un ciclu alternant simetric.

Pentru punctul D solicitat numai la torsiune se foloseste:

La alegerea valorii a0 utilizata s-a avut in vedere faptul ca pornirile si opririle repetate ale masinii ar putea duce la variatia solicitarii de torsiune dupa un ciclu pulsator.

Considerand cele mentionate mai sus s-au obtinut urmatoarele diametre:

punctul B=A

punctul C

punctul D

punctul E

punctul F

punctul H

Utilizand diametrele obtinute prin dimensionare se traseaza la scara 1:1 arborele de egala rezistenta conform exemplului din figura:

2.6.Definitivarea constructiva a arborelui

Se imbraca conturul arborelui de egala rezistenta, fara a intra in interiorul sau, in forme constructive usor de realizat tehnologic cum sunt tronsoanele cilindrice sau uneori conice, tinand seama de urmatoarele recomandari:

diametrele tronsoanelor cilindrice de arbore se vor rotunji la valori intregi in milimetri

salturile de diametre intre tronsoanele cilindrice nu vor fi mai mari de 10 - 20 % pentru a reduce efectul de concentrare a eforturilor unitare

valoarea diametrului arborelui in dreptul lagarelor va fi un multiplu de 5 mm pentru diametrele sub 100 mm sau un multiplu de 10 mm pentru diametrele de peste 100 mm, deoarece rulmentii ce se vor utiliza au diametre interioare astfel standardizate

pentru arborii pana la 40 -50 mm diametru se recomanda utilizarea unor rulmenti identici in cele doua lagare ceea ce implica acelasi diametru pentru tronsoanele cilindrice respective

lungimile tronsoanelor de arbore se vor stabili numai cu aproximatie urmand a se definitiva dupa proiectarea lagarelor masinii

la iesirea masinii se va utiliza un capat de arbore standardizat (s-a ales un capat de arbore cilindric cu lungimea 80 mm)

3.PROIECTAREA LAGARELOR CU

RULMENTI

In constructia masinilor electrice se vor folosi rulmenti uzuali, clasificati conform standardelor, in "clasa I de utilizare".

3.1.Fortele radiale maxime pe rulmenti

Fortele radiale maxim posibile pe lagare sunt:

3.2.Proiectarea lagarului arborelui pe rulmenti

radiali identici

Utilizarea unor rulmenti identici in cele doua lagare este specifica masinilor electrice de mica putere a caror arbori au diametre sub 40 - 50 mm. In acest caz rulmentii au dimensiuni reduse si frecari interioare mici. De asemenea, utilizarea unor rulmenti identici in reazemele unui arbore permite realizarea unei coaxialitati perfecte a acestora in cazul carcaselor asimetrice prin prelucrarea dintr-o singura trecere a ambelor alezaje ale carcasei cu ajutorul masinilor unelte de alezat-frezat.

3.2.1.Montajul rulmentilor

In realizarea acestui montaj s-au avut in vedere urmatoarele principii:

ambii rulmenti se fixeaza axial pe arbore prin "umeri" si inele de siguranta standardizate

in carcasa, un rulment se fixeaza axial prin capacul acesteia si un inel de siguranta standardizat pentru carcase, iar celalalt se lasa liber pentru a permite libera dilatare termica a arborelui in timpul functionarii

fortele axiale pe rulment vor fi:

3.2.2.Calculul de alegere al rulmentilor

Dimensiuni pentru diametru egal cu 40 mm(rulmentul din B):

Dimensiuni pentru diametru egal cu 35 mm(rulmentul din A):

Durabilitatea admisibila este:

Forta axiala solicita rulmentul din A.Rezulta FaA=Fca=297 N; FaB

Coeficientul e se determina din tabel prin interpolare:

Sarcina dinamica echivalenta este:

Durabilitatea rulmentului din A este:

In B FaB

Durabilitatea rulmentului din B este:

Dintre toti rulmentii utilizati extrasi din STAS pentru care s-au efectuat calculele anterioare se vor folosi acei rulmenti care au dus la obtinerea durabilitatii dorite.Daca niciunul din rulmentii anteriori nu asigura o durabilitate suficienta se mareste diametrul arborelui cu maxim 5 - 10 mm.

3.3.Proiectarea lagaruirii arborelui pe rulmenti

radiali diferiti

Un astfel de montaj se utilizeaza in cazul masinilor electrice de mare putere, cu diametre de arbore de peste 50 mm.

3.3.1.Montajul rulmentilor

Se fixeaza axial in carcasa, rulmentul cel mai mare in diametru deoarece, fiind mai rezistent, va prelua sarcina axiala pe arbore.Fortele axiale pe rulmenti vor fi:

Pentru fixarea axiala a rulmentilor in carcasa se pot utiliza umeri deoarece coaxialitatea alezajelor din carcasa nu se mai realizeaza dintr-o singura trecere ci prin reglaj la montaj.

3.3.2.Calcule de alegere al rulmentilor

Dimensiuni pentru diametru egal cu 40 mm:

Dimensiuni pentru diametru egal cu 35 mm:

Forta axiala solicita rulmentul din B:

In punctul A forta radiala echivalenta este:

Durabilitatea rulmentului din A este:

In punctul B:

Coeficientul e se determina din tabel prin interpolare:

Sarcina dinamica echivalenta este:

Durabilitatea rulmentului din B este:

Dintre toti rulmentii utilizati extrasi din STAS pentru care s-au efectuat calculele anterioare se vor folosi acei rulmenti care au dus la obtinerea durabilitatii dorite.Daca niciunul din rulmentii anteriori nu asigura o durabilitate suficienta se mareste diametrul arborelui cu maxim 5 - 10 mm.

3.4.Proiectarea lagaruirii arborelui pe rulmenti

radiali - axiali

Rulmentii radiali - axiali se utilizeaza in cazul masinilor electrice puternic incarcate axial. Se folosesc cu precadere in acest caz rulmenti cu role conice.

3.4.1.Montajul rulmentilor

Principiile ce stau la baza realizarii montajului rulmentiilor radiali - axiali sunt:

ambii rulmentii se monteaza stransi cu ajutorul capacelor carcaselor si umerilor de pe arbore, deoarece, in caz contrar s-ar dezmembra in timpul functionarii; strangerea ce se realizeaza in acest mod este reglata la montaj astfel incat sa se asigure libera rotire a arborelui

in cazul montajului rulmentilor radiali - axiali nu se utilizeaza inele de siguranta, acestea fiind caracteristice numai montajului rulmentilor radiali unde incarcarile

axiale sunt relativ mici

pozitiile reazemelor pe arbore se obtin cu ajutorul perpendicularelor pe caile de rulare ale rulmentilor in punctele de contact cu rolele

3.4.2.Calculul de alegere al rulmentilor

Dimensiuni pentru diametru de 40 mm:

In punctul A:

Durabilitatea rulmentului din A este:

In punctul B:

Concluzii

4.PROIECTAREA ETANSARILOR SI
CAPACELOR DE LAGAR

4.1.Proiectarea etansarilor

Pentru evitarea iesirii unsorii sau a intrarii prafului in lagare se la cele doua capete ale arborelui, spre exterior, etansari cu contact standardizate.

Pentru evitarea uzarii premature a etansarii, zona respectiva de arbore va fi rectificata la rugozitate Ra=0,8μm sau chiar Ra=0,4μm in cazul turatiilor ridicate (3.000rot/min). Duritatea acestei zone va fi de cel putin 45 HRC, duritate obtinuta prin tratamente termice sau termochimice corespunzatoare.

Pentru buna functionare a etansarilor se recomanda ca abaterile de la coaxialitatea arbore-etansare si bataia radiala a arborelui sa nu depaseasca 0,2 mm.

Se vor folosi pentru etansare simeringuri ce au urmatoarele caracteristici(vezi anexa):

4.2.Proiectarea capacelor de lagar

Capacele ce inchid spre exteriorul masinii, lagarele fixand la exterior rulmentul si etansarile se vor proiecta constructiv conform tabelului(vezi anexa):

D - diametrul exterior al rulmentului

D - diametrul exterior al simeringului

h - grosimea simeringului

Se va alege conform tabelului de mai sus numarul si marimea suruburilor ce strang capacul pe carcasa masinii. Astfel suruburile vor avea urmatoarele dimensiuni(vezi anexa):

Pentru asigurarea impotriva desfaceri suruburilor se vor utiliza saibe Grower cu urmatoarele dimensiuni(vezi anexa):

5.PROIECTAREA ASAMBLARILOR

Pe arborele masinii electrice proiectate se monteaza rotorul, ventilatorul si un organ de legatura cu exteriorul la iesirea acestuia. Organul de legatura poate fi un cuplaj, o roata de curea, o roata dintata etc., si se monteaza pe capatul de arbore cilindric.

Alegerea asamblarilor se face astfel:

pentru montaj arbore - rotor se va folosi pana paralela cu urmatoarele caracteristici din tabelul 5.2. (pentru diametru cuprins intre 50 si 58 mm)

pentru capatul de arbore se va folosi pana paralela cu urmatoarele caracteristici din tabelul 5.2. (pentru diametru cuprins intre 30 si 38 mm)

pentru arbore - ventilator se va folosi stift transversal si bratara elastica cu urmatoarele caracteristici din tabelul 5.4. (pentru diametru de 32mm)

6.DEFINITIVAREA CONSTRUCTIVA A

ANSAMBLULUI ARBORE-BUTUC

In realizarea desenului de ansamblu(vezi anexa) se vor avea in vedere :

pozitionarea tuturor pieselor componente ale ansamblului

cotele obligatorii

cotele de gabarit

cotele de montaj cu indicarea ajustajelor

cotele functionale importante

Dupa definitivarea desenului de ansamblu se va realiza desenul de executie (vezi anexa) care va cuprinde:

toate cotele si conditiile tehnice necesare executiei pieselor

razele de racordare la salturile de diametre

rugozitatiile suprafetelor

se vor prevedea gauri de centrare

7.VERIFICAREA ARBORELUI

7.1.Verificarea arborelui la solicitarea compusa

Se verifica la solicitare compusa arborele in sectiunile sale periculoase. Aceste sectiuni sunt punctele C si B ca sectiuni solicitate la incovoiere si torsiune si sectiunea D ca sectiune cu diametrul minim solicitata la torsiune.

Se determina in aceste sectiuni eforturile unitare efective si coeficientii de siguranta statici:

Coeficientii de siguranta trebuie sa fie superiori valorii 2, in caz contrar fiind necesara marirea diametrului arborelui in sectiunea respectiva.

7.2.Verificarea arborelui la oboseala

Se calculeaza in punctele C, B si D coeficientii de siguranta la oboseala:

In punctul C:

In punctul B:

In punctul D:

7.3.Verificarea arborelui la deformatii

Deformarea arborelui la incovoiere sub actiunea fortelor F si Fcr are ca efect aparitia excentritatii intre rotor si stator si chiar atingerea acestor piese aflate in miscare relativa.

Daca sageata rezultata in calcul este mai mare decat cea maxim admisa, se recurge la cresterea diametrului arborelui.

7.4.Verificarea arborelui la vibratii

Verificarea arborelui la vibratii de incovoiere consta in calculul turatiei critice ce se face cu urmatoarea relatie:

Pentru reducerea la minim a vibratiilor avem urmatoarea situatie:

arbore elastic cand n>ncr

8.CUPLAJE ELASTICE

Actionarea masinilor de lucru de catre motoarele electrice se face prin intermediul cuplajelor elastice standardizate menite sa compenseze erorile de coaxialitate a celor doua masini cuplate, cat si sa amortizeze vibratiile si socurile.

Se va folosi un cuplaj elastic cu bolturi ce are urmatoarele dimensiuni: