lucrării de disertație cu titlul: Studii privind îmbunătățirea angrenajelor melcate Autor: Ing. Claudiu Cosmin CĂȘUȚ Conducător științific: Prof. Dr…. [619296]

FACULTATEA DE CONSTRUCȚII DE MAȘINI

SINTEZA
lucrării de disertație cu titlul:

Studii privind îmbunătățirea angrenajelor melcate

Autor: Ing. Claudiu Cosmin CĂȘUȚ
Conducător științific: Prof. Dr. Ing. Simion HARAGÂȘ

1. Cerințele temei: Studii privind modalități de îmbunătățire a angrenajelor melcate

2. Soluții alese: Angrenajul melcat cu rulmenți

3. Rezultate obținute: Proiectarea, avantajele și dezavantajele angrenajului melcat
cu rulmenți
5. Contribuții personale: Proiectarea unui angrenaj melcat cu rulmenți în
Solidworks
6. Surse de documentare: Diverse lucrări de cercetare.

Semnătura autorului

Semnătura conducătorului științific

1
Cuprins
1 INTRODUCERE ……………………………………………………………………………………………………………….. 2
1.1 CONTEXT GENERAL ………………………………………………………………………………………………………….. 2
1.2 OBIECTIVE …………………………………………………………………………………………………………………….. 2
2 NOȚIUNI GENERALE PRIVIND ANGRENAJELE MELCATE ………………………………………………………… 3
2.1 INTRODUCERE ………………………………………………………………………………………………………………… 3
2.2 GENERALITĂȚI ………………………………………………………………………………………………………………… 4
2.3 CLASIFICAREA ANGRENAJELOR MELCATE ………………………………………………………………………………….. 5
2.4 DANTURAREA ROTILOR MELCATE ………………………………………………………………………………………….. 6
2.5 DOMENII DE UTILIZARE A ANGRENAJELOR MELCATE …………………………………………………………………….. 8
3 CAZURI PARTICULARE ALE ANGRENAJELOR MELCATE ………………………………………………………… 11
3.1 INTRODUCERE ………………………………………………………………………………………………………………. 11
3.2 ANGRENAJUL MELCAT FRONTAL CU CONICITATE INVERSĂ …………………………………………………………….. 13
3.3 ANGRENAJUL MELCAT CU CORPURI DE ROSTOGOLIRE …………………………………………………………………. 14
4 STUDII PRIVIND ANGRENAJUL MELCAT CU RULMENȚI ……………………………………………………….. 18
4.1 TIPURI DE ANGRENAJE MELCATE CU RULMENȚI ………………………………………………………………………… 18
4.2 ANGRENAJUL MELCAT CU RULMENȚI …………………………………………………………………………………….. 20
5 PROIECTAREA ANGRENAJULUI MELCAT CU RULMENȚI ÎN SOLIDWORKS ………………………………. 25
6 CONCLUZII…………………………………………………………………………………………………………………… 31
6.1 CONTEXT GENERAL ………………………………………………………………………………………………………… 31
6.2 AVANTAJELE ANGRENAJULUI MELCAT CU RULMENȚI …………………………………………………………………… 32
6.3 DEZAVANTAJELE ANGRENAJULUI CU RULMENȚI ………………………………………………………………………… 32
6.4 DIRECȚII DE DEZVOLTARE ………………………………………………………………………………………………….. 32
BIBLIOGRAFIE …………………………………………………………………………………………………………………….. 33
OPIS ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….35

Lucrare de disertație
2 1 Introducere
1.1 Context general
În cadrul prezentei lucrări de disertație au fost evidențiate principalele cazuri
particulare ale angrenajelor melcate, precum angrenajul melcat cu conicitate inversă,
angrenajul melcat cu bile și angrenajul melcat cu rulmenți.
Toată lucrarea s-a axat în principal pe angrenajul melcat cu rulmenți, deoarece este
un angrenaj relativ nou, care nu este foarte folosit încă și care prezintă avantaje mult
superioare angrenajului melcat clasic.
În capitolul 2 sunt prezentate noțiuni generale privind angrenajele melcate, precum
generalități, clasificarea acestora, danturarea și domeniile de utilizare.
În capitolul 3 am prezentat cazurile particulare ale angrenajelor melcate
În capitolul 4 am început axarea pe angrenajul melcat cu rulmenți, precum tipuri de
angrenaje melcate cu rulmenti.
În capitolul 5 am proiectat un astfel de angrenaj melcat cu rulmenți folosind
SolidWorks, precum am și prezentat principalele avantaje și dezavantaje ale acestui
angrenaj.
1.2 Obiective
În cadrul lucrării de disertatie mi-am propus să evidențiez cazurile particulare ale
angrenajelor melcate, precum și proiectatea unui angrenaj melcat cu rulmenți deoarece
prezintă avantaje superioare.

Lucrare de disertație
3 2 Noțiuni generale privind angrenajele
melcate
2.1 Introducere
Angrenajul este mecanismul format din două roți dințate, care transmite prin
intermediul dinților aflați succesiv și continuu în contact (angrenare) mișcarea de rotație
și momentul de torsiune între cei doi arbori.

Fig.2.1 Angrenaj cilindric

Fig. 2.2 Angrenaj conic

Lucrare de disertație
4
Fig. 2.3 Angrenaj melcat

2.2 Generalități
Angrenajele melcate sunt angrenaje elicoidale cu unghiul dintre axe, în general de
90° la care una dintre roți – melcul – are un număr mic de dinți (1…4) și un unghi mare de
înclinare a danturii (b = 90 – ), iar roata conjugată – roata melcată – este o roată dințată
cilindrică cu dantura înclinată cu unghiul .

Fig.2.4 Angrenaj melcat globoidal
Angrenajele melcate au următoarele avantaje: sunt silențioase, datorită alunecării
între spirele melcului și dinții rotii. Această alunecare impune, însă, flancuri ingrijit
prelucrate, materiale rezistente la gripare și o ungere corespunzătoare. Totodată au
avantajul realizării unor rapoarte de transmitere mari, chiar într-o singură treaptă 6 < u
< 100, în cazul reductoarelor de turație și până la u < 1000, în cazul transmisiilor

Lucrare de disertație
5 cinematice si realizează autofrânarea – transmiterea se realizează doar de la roata
conducătoare (melc) la roata melcată, în sens invers transmisia se blochează (de aceea se
folosesc la mașini de ridicat, completând sau înlocuind acțiunea frânei).
Ca dezavantaje putem menționa: randamentul mai scăzut decat la celelalte tipuri de
angrenaje; necesită folosirea unor materiale cu calități antifricțiune deosebite, deficitare
si mai scumpe decât materialele pentru roțile obișnuite; tehnologia de execuție și montaj
este mai complicată decât la angrenajele cilindrice.
Melcii angrenajelor melcate, au in general, flancul format din suprafete riglate,
intâlnind la melcii cilindrici suprafețe elicoidale arhimedice cu sectiunea axială dreaptă,
suprafețele elicoidale sau evolventice cu una din secțiunile paralele cu axa dreaptă. Forma
flancurilor melcului este evident dependentă de modul de generare.

2.3 Clasificarea angrenajelor melcate
În funcție de forma melcului și a roții melcate există, practic, următoarele tipuri de
angrenaje melcate:
angrenajul cilindric încrucișat (fig.2.5.a), la
care melcul și roata melcată au formă cilindrică;
capacitatea portantă a acestui angrenaj este redusă,
datorită contactului punctiform dintre dinți;
angrenajul melcat cilindric (fig.2.5.b), la care
roata are formă globoidală (cuprinde melcul), iar
melcul este cilindric;
angrenajul melcat globoidal (fig.2.5.c), la care
atât melcul cât și roata melcată sunt globoidale;
aceste angrenaje au cea mai mare capacitate portantă,
dar și cele mai mari pierderi prin frecare.
Angrenajul melcat globoidal se caracterizează
printr-o funcționare mai silențioasă și o portanță
marită, comparativ cu angrenajul melcat cilindric; de
aceea se utilizează doar în construcția transmisiilor
care necesită un gabarit redus sau la unele transmisii
cinematice .
Forma globoidală a roții melcate Fig.2.6.a. sau a
melcului Fig.2.6.b. asigură transformarea contactului
punctiform, caracteristic angrenajului elicoidal, intr-
un contact liniar, ceea ce determină creșterea
portanței acestor angrenaje.
Fig. 2.5 Tipuri de angrenaje melcate

Lucrare de disertație
6
Fig. 2.6 Angrenaj melcat globoidal
2.4 Danturarea rotilor melcate

Roțile melcate cilindrice se prelucrează la fel ca și roțile dințate cu dinți înclinați
folosind o freză melc modul.

Fig. 2.7 Freza melc-modul
În literatura de specialitate informațiile sunt generale referitor la tehnologia de
prelucrare la angrenajele melcate globoidale.
Firmele care posedă asemenea tehnologie preferă să execute piesele respective fără
să facă referințe la tehnologia respectivă.
Există în literatura de specialitate metode de proiectare a acestui tip de angrenaj
care s-au dovedit în practică greu accesibile din punct de vedere tehnologic.
Metodica de proiectare a angrenajului melcat globoidal trebuie realizată în
concordanță cu echipamentul tehnologic de execuție care să permită optimizarea
parametrilor in timpul funcționării.

Lucrare de disertație
7 În ceea ce privește danturarea roților melcate ,execuția corectă se poate face cu o
freză melc globoidală, similară melcului conjugat, ceea ce s-ar justifica economic numai în
cazul unor serii mari de fabricație. Freza melc special proiectată și executată va genera un
profil a dinților apropiat de cel teoretic, fără a fi necesară o rodare , după punerea în
funcțiune a angrenajului.
În exploatare există o uzură neuniformă a spirelor de intrare – ieșire a melcului, fapt
de care trebuie să se țină cont încă din faza etapelor de proiectare.
În vederea optimizării petei de contact și a uzurii în timp ale acestui tip de angrenaj,
diametrul de divizare a melcului față de cel al roții melcate trebuie să difere.
Diferența dintre cele 2 diametre este cuprinsă între 0,2÷0,5 mm.

Fig. 2.8. Parametrii geometrici ai angrenajului melcat globoidal
Un angrenaj globoidal , corect calculat și executat, poate atinge parametrii optimi
pentru pata de contact, iar fiabilitatea acestuia este mărită în raport cu a unui angrenaj
cilindric echivalent. Un calcul greșit al angrenajului datorat unei cunoașteri insuficiente a
teoriei și aplicării unor metode empirice de rezolvare a angrenării poate conduce la
situația rodajului infinit, când nu se va ajunge niciodată la pata optimă de contact, iar
angrenajul se va distruge într-un timp foarte scurt.
Prelucrarea danturii roților melcate globoidale se execută pe mașini unelte de
danturat clasice cu freză melc.

Lucrare de disertație
8 2.5 Domenii de utilizare a angrenajelor melcate

Cele mai cunoscute domenii de utilizare a angrenajelor melcate sunt:
Instrumentele de reglaj – cele mai multe chitare și alte instrumente cu coarde
utilizează un dispozitiv melc-roată melcată ca mecanism de reglare pentru a funcționa.
Reducerea forței angrenajului este principalul motiv pentru acest lucru, însoțit de
capacitatea de blocare care menține coarda tensionată datorită autofrânării. Acest tip de
mecanism este diferit de alte mecanisme de reglaj, întrucât se poate atât tensiona cât și
detensiona fiecare coardă în parte.

Fig. 2.9 Instrument de reglaj pentru corzi de chitară
Ascensoare / elevatoare – angrenajele mecale sunt de asemenea cele mai folosite pentru
sistemul de acționare datorită dimensiunilor compacte și a proprietăților lor ireversibile.
Deoarece angrenajul transmite miscarea doar într-o singură direcție, utilizarea acestui tip de
angrenaj acționează ca un sistem de frânare secundar. Aceasta înseamnă că sarcina nu poate
cădea liber, iar viteza de încărcare este ușor de reglat.

Lucrare de disertație
9
Fig.2.10 Angrenaj folosit la elevatoare
Diferențiale Torsen – Camioanele mari sau vehiculele off-road, cum ar fi Hummer,
necesită adesea cantități diferite de cuplu pentru fiecare roată, în funcție de acțiunea pe
care o efectuează vehiculul. De exemplu, roțile trebuie să se rotească la viteze diferite în
timp ce virează, deoarece roțile interioare parcurg o distanță mai scurtă. Diferențialul
Torsen al unui vehicul se va ocupa de această mișcare printr-o combinație de arbori
melcați si roți melcate care separă performanțele fiecărei roți individual.

Fig. 2.11 Diferențial torsen

Lucrare de disertație
10 Porțile de siguranță – Angrenajele melcate pot fi acționate doar într-o singură
direcție, ceea ce înseamnă că porțile de siguranță se blochează atunci când nu sunt
utilizate și nu vor funcționa înapoi. Porțile de securitate automate vor adopta adesea două
mecanisme de tip angrenaj melcat, unul pentru deschidere și altul pentru închidere.
Aceasta înseamnă că poarta poate fi blocată în fiecare direcție și nu poate fi spartă sau
forțată.

Fig. 2.12 Mecanism pentru porți
Benzile transportoare și reductoarele de putere – Rolul angrenajelor melcate în
construcția benzilor transportoare și a reductoarelor este acela de a realiza raportul de
reducere al vitezei dintre motorul electric, respectiv banda transportoare sau arborele de
ieșire din reductor. Totodată, forța este amplificată enorm prin intermediul angrenajelor
melcate, ceea ce le face cele mai utilizate în construcția acestora.

Fig 2.13 Reductoare de putere

Lucrare de disertație
11 3 Cazuri particulare ale angrenajelor
melcate
3.1 Introducere
Proiectarea mecanismelor de angrenaj este o zonă de cercetare care a atras mulți
cercetători și ingineri timp de mai mulți ani.
Dintre cazurile particulare ale angrenajelor melcate, cele mai importante și care se
folosesc în prezent sunt :
– angrenajul melcat frontal cu conicitate inversă;
– angrenajul melcat cu corpuri de rostogolire;
– angrenaj melcat cu rulmenți.

Fig. 3.1 Angrenaj melcat frontal cu conicitate inversă

Lucrare de disertație
12

Fig.3.2 Angrenaj melcat cu corpuri de rostogolire

Fig.3.3 Angrenaj melcat cu rulmenți

Lucrare de disertație
13 3.2 Angrenajul melcat frontal cu conicitate inversă

În anul 1966 A.K. Georgiev a brevetat acest tip de angrenaj ortogonal melc-roat ă
melcată conică , care ulterior a preluat denumirea de angrenaj melcat frontal cu conicitate
inversă.

Fig.3.4 Elementele definitorii ale angrenajului melcat frontal cu conicitate invers ă
Acest tip de angrenaj este cvasiidentic cu angrenajul melcat conic, Fig.3.4, având
următoarele caracteristici: este format dintr-un melc-pinion conic cu unghiurile
flancurilor de presiune diferite, înălțimea flancului elicoidal a melcului fiind constant de-
a lungul generatoarei conului și care angrenează cu roata conică conjugata pe o suprafata
conică interioară, având înălțimea dinților constantă. Angrenajul melcat frontal cu
conicitate inversă face parte din familia de angrenaje melcate frontale, și este varianta cea
mai putin raspândită, deși are avantajul unei portanțe foarte bune.
Angrenajele melcate frontale cu conicitate inversă nu au cunoscut o dezvoltare până
în prezent, decât într-o mică măsură. Argumentarea acestei stări de fapt constă în
urmatoarele:
– lipsa standardelor care să asigure condițiile tehnice privitoare la: terminologie,
geometrie, metode de calcul geometric și de portantă, precizia de execuție, etc;
– lipsa datelor cu privire la tehnologiile de fabricatie a melcilor și a roților melcate
frontale cu conicitate inversă, precum și a datelor de proiectare concrete legate de
acestea;
– lipsa informațiilor privind comportarea în exploatare a acestor angrenaje, în
diverse combinații de materiale și lubrifieri în exploatare.

Lucrare de disertație
14 3.3 Angrenajul melcat cu corpuri de rostogolire

Performanța unui angrenaj, indiferent de tipul său, se analizează prin luarea în
considerare a unui grup de factori, care exprimă fiecare un mod specific de manifestare a
unor pierderi de energie. Acești factori sunt: capacitatea portantă, vibrațiile, zgomotul
angrenajelor, încălzirea angrenajelor, ș.a. Toate acestea reprezintă pierderi sub diferite
forme, care în final se regăsesc, ca o sumă a lor în valoarea randamentului, ca o concluzie
finală asupra modului de comportare a angrenajului sub aspectul eficienței de lucru.
Randamentul unui angrenaj melcat este definit ca un raport dintre lucrul mecanic
util și lucrul mecanic consumat. Prin analogie cu șuruburile de mișcare se poate determina
randamentul cu relația:
(3.1)
în care: γ0 este unghiul de înclinare a elicei de referință; ϕ ' este valoarea unghiului
de frecare.
Se observă din relația (2.1) dependența valorii randamentului de unghiul de
înclinare a elicei γ0 și de starea suprafeței, exprimată prin valoarea unghiului de frecare
ϕ'.
Din motive tehnologice de prelucrare γ 0=max.(25°-30°); peste aceste valori se obțin
creșteri minore ale randamentului. Unghiul de frecare (ϕ), prin intermediul coeficientului
de frecare (μ), are implicații mari în valoarea randamentului. Astfel, cu cât unghiul de
frecare (ϕ) scade, randamentul (η) crește Randamentul danturii este influențat
deasemenea, în cazul angrenajelor melcate clasice, și de coeficientul diametral ( q) și de
numărul de începuturi ale melcului ( z1).
Cu cât crește coeficientul diametral q cu atât crește și rigiditatea melcului, crește
viteza periferică, dar scade panta elicei de referință și randamentul.
Cu cât este mai mare numărul de începuturi, cu atât randamentul angrenajului
melcat crește.
Cu creșterea mărimii unghiului γ 0, randamentul angrenajului (ηa) crește până la
valoarea de:
În cazul angrenajelor melcate clasice de modul mic ( m<1), factorii care influențează
momentul transmis prin angrenaj sunt prezentați în Fig.3.5:

Lucrare de disertație
15
Fig.3.5 Factorii care influențează momentul transmis prin angrenajul melcat

Condițiile de angrenare, caracteristicile geometrice ale angrenajului și calitatea sa
determină cinematica angrenării, care, legată de aspectele dinamice, dau o anumită
valoare și variație momentului transmis.
Proiectarea angrenajului melcat cu corpuri de rostogolire a fost inspirată de
șurubul cu bilă. Transmisia forței între șurub și piuliță din șurubul cu bile este realizată
de bile. O vedere în secțiune a șurubului cu bilă este dată în Fig.3.6.

Fig.3.6 Secțiune a unui șurub cu bile
Bilele din șurubul cu bile se deplasează de-a lungul canelurilor elicoidale de pe ax.
Astfel, mișcarea de alunecare dintre șurub și piulița din arborele de transmisie este
transformată într-o mișcare de rostogolire în șurubul cu bilă, rezultând coeficienți de
frecare mai mici, deoarece frecarea de rostogolire necesită o forță mult mai mică decât
frecarea prin alunecare. Diferența dintre frecarea prin rostogolire și frecarea prin
alunecare este ilustrată în Fig.3.7.

Fig.3.7 Diferența dintre frecarea prin alunecare și frecarea prin rostogolire

Lucrare de disertație
16 Proiectarea arborelui melcat cu bile

Un desen tehnic al arborelui melcat cu bile este dat în Fig.3.8.
Pentru realizarea arborelui melcat a fost ales un oțel de cementare și ca utilaje s-au
folosit un strung și o freză verticală. Diametrul arborelui a fost prelucrat pe strung iar
canelurile de pe arbore au fost realizate folosind o freză cilindrică cu cap sferic pe o freză
verticală.

Fig.3.8 Desen tehnic al arborelui melcat cu bile
Proiectarea roții melcate cu bile
La proiectarea roții melcate cu bile s-au folosit profile semicirculare în locul dinților.
Aceste profile, prin care se vor rostogoli bilele, vor fi puțin mai mari decât diametrul bilei
pentru a permite mecanismului să funcționeze mai ușor. Un desen tehnic roții melcate cu
bile este prezentat în Fig.3.9.

Fig.3.9 Desen tehnic al roții melcate cu bile

Lucrare de disertație
17 Proiectarea manșonului de ghidare
Manșonul de ghidare al angrenajului melcat a fost proiectat pentru a ghida bilele ca
în cazul mecanismului șurub-piuliță cu bile și împiedică împrăștierea bilelor în timpul
funcționării. La manșonul de ghidare a fost realizată o suprafață semisferică pentru a
permite zonele de lucru ale arborelui melcat și a roții melcate să fie echivalente. În același
timp, manșonul de ghidare a fost fixat în carcasă pentru a acoperi forțele axiale. Un desen
tehnic al manșonului de ghidare este prezentat în Fig.3.10.

Fig.3.10 Desen tehnic al manșonului de ghidare

Lucrare de disertație
18 4 Studii privind angrenajul melcat cu
rulmenți
4.1 Tipuri de angrenaje melcate cu rulmenți
În zilele noastre, cercetătorii proiectează, cel putin teoretic și virtual, tot mai multe
tipuri de angrenaje melcate cu rulmenți, cu scopul de a reduce factorul de frecare care
apare în angrenaj, dar și pentru a crește precizia și raportul de angrenaje.
Nu este de mirare că există variante de angrenaje melcate cu rulmenți, care în ciuda
faptului că după anumite calcule reiese că costul de fabricație al unui astfel de angrenaj
este mult mai mare decât al unui angrenaj melcat normal, costul se atenuează prin
performanțele unui astfel de angrenaj melcat.
In figurile următoare sunt prezentate mai multe tipuri de angrenaje melcate cu
rulmenți:
 angrenaj melcat care folosește un singur rând de rulmenți cilindrici în locul
dinților roții melcate:

Fig.4.1 Angrenaj melcat cu un singur rând de rulmenți cilindrici

Lucrare de disertație
19  angrenaj melcat care folosește 2 rânduri de rulmenți cilindrici în locul
dinților roții melcate

Fig.4.2 Angrenaj melcat cu 2 rânduri de rulmenți cilindrici

 angrenaj melcat care folosește un singur rând de rulmenți conici în locul
dinților roții melcate :

Fig.4.3 Angrenaj melcat cu un singur rând de rulmenți conici

Lucrare de disertație
20 4.2 Angrenajul melcat cu rulmenți
Jocul din angrenaj este esențial pentru o rotație lină a vitezelor. Prezența jocului
permite lubrifierea, erorile de fabricație, devieri sub sarcină și dilatare termică datorată
căldurii prin frecare în angrenajele melcate. Pe de altă parte, jocul introduce slăbiciune în
sistem și duce la erori de transmisie. În ultimii ani, un număr tot mai mare de cercetători
au căutat modalități de îmbunătățire a angrenajului melcat , de reducere a jocului și de
creștere a randamentului transmisiei, astfel încât să răspundă cerințelor industriei
moderne.
Multe studii recente au demonstrat că în comparație cu angrenaj melcat clasic,
utilizarea rulmenților în locul dinților roții melcate oferă un randament mai bun, dar și o
precizie de funționare mai mare, eliminând jocul care se regăsește în agrenaj. Acest lucru
se datorează faptului că introducerea rulmenților transformă mișcarea de frecare în
mișcare de rostogolire.
În Fig.4.4, fiecare rând de rulmenți angrenează cu arborele melcat cu suprafața
flacului stâng și drept al dintelui separat, astfel încât să se realizeze o transmisie fără nici
un joc. Când rulmenții se rotesc în jurul axelor lor, contactul dintre rulmenți și arborele
melcat este instantaneu și prin rotirea rulmenților se va preveni blocarea angrenajului
melcat.

Fig.4.4 Angrenaj melcat cu 2 rânduri de rulmenți cilindrici

De asemenea s-a constatat că structura complicată cu două rânduri de rulmenți
poate fi redusă la o structură cu un singur rând de rulmenți pentru a simplifica designul

Lucrare de disertație
21 și a face mai compact întregul angrenaj melcat. Astfel dinții roții melcate s-au înlocuit cu
doar un singur rând de rulmenți.
In Fig.4.5 este prezentată instalarea rulmenților pe roata melcată.
Fig.4.5 Instalarea rulmenților pe roata melcată

În structura cu un singur rând de rulmenți, ambele suprafețe ale dinților arborelui
melcat sunt în contact cu rulmentul amplasat pe roata melcată, astfel prin efectul de
rostogolire se ajunge la pelicule foarte subțiri de lubrifiant. Prin urmare, un design de
angrenaj melcat cu rulmenți cu joc zero devine posibil.

Lucrare de disertație
22
Fig.4.6 Forțele din agrenajul melcat cu rulmenti

În figurile următoare sunt prezentate influențele pe care le au diametrul
rulmenților, distanța axială și raportul de transmitere asupra angrenajului melcat cu
rulmenți.
Curba albastră reprezintă contactul flancului stâng al arborelui melcat cu rulmenții,
iar curba neagră contactul flancului drept al arborelui melcat cu rulmenții.

Lucrare de disertație
23
Fig.4.7 Influența diametrului rulmenților asupra curbei de contact : (a) D = 6 mm,
(b) D = 10 mm, (c) D = 14 mm, (d) D = 18 mm.

Fig.4.8 Influența raportului de transmitere asupra curbei de contact : (a) i = 10,
(b) i = 20, (c) i = 30, (d) i = 40.

Lucrare de disertație
24
Fig.4.9 Influența distanței asupra curbei de contact : (a) A = 80 mm,
(b) A = 125 mm, (c) A = 160 mm, (d) A = 220 mm.

Lucrare de disertație
25 5 Proiectarea angrenajului melcat cu
rulmenți în SolidWorks

În acest capitol vor fi prezentate etapele necesare proiectării unui angrenaj melcat
cu rulmenți.
Pentru început, trebuie stabiliți într-o oarecare masură următorii factori :
 Diametrul rulmentului folosit pentru angrenare
 Diametrul roții melcate
 Diametrul arborelui melcat
Pentru acestea pornim de la o schiță simplă realizată în SolidWorks.

Fig.5.1 Schița angrenajului melcat cu rulmenți

In Fig.5.1 este prezentată schița angrenajului proiectat. Roata melcată este
reprezentată prin culoarea neagră, arborele melcat prin culoarea albastră iar rulmenții
prin culoarea roșie.

Lucrare de disertație
26 În funcție de diametrul roții melcate, al arborelui melcat și al rulmentului, putem
stabili distanța axială în așa fel încât în arborele melcat să putem face canalele de culisare
ale rulmenților.
În continuare, deoarece angrenajul melcat cu rulmenți este unul complex și nu
permite depărtarea roții melcate de arborele melcat, trebuie să luăm în calcul și metoda
de asamblare a acestui angrenaj.
Din acest motiv, la construcția roții melcate am proiectat un locaș în care va fi
introdus suportul pentru rulment.

Fig.5.2 Roata melcată
Deoarece această proiectare nu s-a realizat și fizic, pentru fixarea suportului de
rulment pe roata melcată, am prevăzut doar 2 găuri M8, iar toleranțele atât pentru locaș
cât și pentru suport vor în clasa de toleranță H6/h6.
In continuare este prezentată varianta propusă pentru suportul de rulment. Aceasta
are o formă destul de simplă, având o parte identică cu cea a locașului din roata melcată,
iar în partea exterioară este prevăzut cu o porțiune tip capăt de arbore pe care va fi fixat
rulmentul cu un singur șurub, deoarece forțele axiale sunt aproape nule .

Lucrare de disertație
27
Fig.5.3 Suportul pentru rulment
Pentru a putea realiza arborele melcat, trebuie sa stabilim curbele de contact pe care
le fac rulmenții în timpul rotirii. Pentru aceasta am apelat la funcția RESULTS AND PLOTS
din modulul Motion Study al SolidWorks, unde am ales opțiunile
DISPLACEMENTS/VELOCITY/ACCELERATION și TRACE PATH.
După aceea am selectat curbele pe care se afla locașul pentru suportul de rulmenți
si diametrul maxim peste rulmenți.
Astfel au rezultat 2 curbe care vor fi folosite pentru a realiza geometria arborelui
melcat.

Fig.5.4 Curbele de contact dintre rulmenți și arborele melcat

Lucrare de disertație
28 Folosind aceste curbe care se văd în Fig.5.4, am realizat canelurile din arborele
melcat.
După cum se poate observa în Fig.5.5, pe baza acestor curbe și a dimensiunilor
rulmentului, am decupat canelurile, rezultând astfel forma finală a arborelui melcat.

Fig.5.5 Realizarea canelurilor

Fig.5.6 Arborele melcat

Lucrare de disertație
29 La final, după ce toate componente angrenajului au fost realizate, a urmat
asamblarea acestuia prima data în SolidWorks, pentru a observa funcționalitatea, dar
totodată și pentru a stabili etapele de asamblare în cazul în care realizăm și fizic acest
angrenaj.

Fig.5.7 Angrenajul melcat cu rulmenți

Asamblarea angrenajului se poate realiza prin 2 metode:
Metoda 1 :
 Se montează rulmenții pe suporți
 Se iau 5 suporți și se introduc în arborele melcat
 Se montează suporții pe roata melcată concomitent pe 5 poziții consecutive.
 Restul suporților se pot monta după aceea.

Lucrare de disertație
30 Metoda 2 :
 Se montează rulmenții pe suporți
 Se montează suporții pe roata melcată în afară de 5 din aceștia, rămânând pe
roata melcată 5 locuri consecutive goale.
 Se învârte atât roata cât și arborele până când trecem golul prin arbore,
respectiv în arbore ajung rulmenți.
 Se montează restul de 5 suporți.

Lucrare de disertație
31 6 Concluzii
6.1 Context general
Deoarece frecarea prin rostogolire necesită o forță mai mică decât frecarea prin
alunecare, angrenajul melcat cu corpuri de rostogolire va avea o eficiență mai mare decât
angrenajul melcat convențional.
În angrenajul melcat convențional, deoarece forța este transmisă prin alunecare,
roata melcată este de obicei produsă dintr-un aliaj de bronz, care este un material mai
moale decât cel folosit pentru arborele melcat. Bronzul este scump și prezintă uzură
rapidă.
În angrenajul melcat cu bile, deoarece transmisia de forță dintre arborele melcat și
roata melcată se efectuează prin rostogolirea bilelor, mecanismul nu va genera
temperaturi foarte ridicate în timpul funcționării. Această situație va permite uleiului să
își păstreze proprietățile pe termen mai lung și să facă angrenajul mai durabil.
În angrenajul melcat cu rulmenți în locul dinților roții melcate, predominant este
avantajul eliminării jocului dintre roata melcată și arborele melcat comparative cu
angrenajul melcat conventional.
Deoarece frecarea prin rostogolire necesită o forță mult mai mică decât frecarea prin
alunecare, angrenajul melcat cu rulmenți va avea un randament mult mai mare față de
angrenajul melcat clasic.
Mecanismul nu va genera temperaturi foarte ridicate în timpul funcționării. Această
situație va permite uleiului să își păstreze proprietățile pe termen mai lung și să facă
angrenajul mai durabil.
Totodata, utilizând un arbore melcat globoidal și rulmenți în locul dinților roții
melcate, prin calcule de proiectate și prin precizia prelucrării pieselor componente
angrenajului melcat, jocul dintre roata melcată și arborele melcat se poate reduce aproape
la zero. Acest lucru duce la o precizie sporită asupra transmisiei.
Dezavantajul acestui tip de angrenaj melcat cu rulmenți este dificultatea asamblării
și realizării arborelui melcat, lucru care duce ca acest angrenaj să fie folosit doar la
sistemele care necesită precizie sporită.
Deoarece acest angrenaj este apărut recent, și este folosit extrem de puțin, nu există
încă formule de calcul după care să se facă proiectarea acestuia.
De aceea, pentru a proiecta un angrenaj melcat cu rulmenți, am pornit de la
dimensiunile roții melcate, a distanței axiale, iar prin proiectarea acestuia am folosit un
soft de modelare 3D.
In cadrul acestei lucrări de disertație a fost prezentată o variantă de angrenaj melcat
cu rulmenți, proiectat în SolidWorks, precum și avantajele și dezavantajele acestuia.

Lucrare de disertație
32 6.2 Avantajele angrenajului melcat cu rulmenți
Jocul din angrenaj este esențial pentru o funcționare corectă a oricărui angrenaj.
Prezența jocului permite lubrifierea, devieri sub sarcină și dilatare termică datorată
frecării prin alunercare.
Multe studii recente au demonstrat că în comparație cu angrenaj melcat clasic,
utilizarea rulmenților în locul dinților roții melcate oferă un randament mai bun, dar și o
precizie de funcționare mai mare, eliminând jocul care se regăsește într-un agrenaj. Acest
lucru se datorează faptului că introducerea rulmenților transformă mișcarea de frecare în
mișcare de rostogolire.
Astfel, transformând mișcarea de frecare în mișcare de rostogolire, randamentul
unui astfel de angrenaj crește simțitor față de angrenajul clasic.
Dacă în cazul unui angrenaj melcat clasic randamentul este de aproximativ : 0.7 –
0.82, la angrenajul cu rulmenți randamentul este de aproximativ 0.94 – 0.95
Asta înseamnă că randamentul are o creștere de 15% – 35% .
Important este faptul că prin eliminarea frecării, putem avea viteze de funcționare
mult mai mari.
Un alt avantaj este faptul că toate componentele angrenajului melcat cu rulmenți,
exceptând arborele melcat, sunt ușor de realizat.
6.3 Dezavantajele angrenajului cu rulmenți

Cele mai importante dezavantaje ale unui angrenaj melcat cu rulmenți sunt :
 din cauza construcției și formei angrenajului, asamblarea acestuia este puțin
mai dificilă comparativ cu angrenajul melcat clasic.
 din cauza formei arborelui melcat rezultat, pentru realizarea acestuia avem
nevoie de un centru de prelucrat tip strung cu cnc cu cel puțin 4 axe.
 În prezent, din cauza lipsei formulelor de calcul și a costurilor de realizare a
arborelui melcat, acest angrenaj este folosit doar la sistemele care necesită
precizie sporită.

6.4 Direcții de dezvoltare
Această tema din cadrul lucrării de disertație cu privire la angrenajul melcat cu
rulmenți se poate continua în cadrul unei lucrări de doctorat, în privința cercetării mai
detaliate a acestui tip de angrenaj neconvențional, precum și elaborarea unor formule de
calcul pentru acesta.

Lucrare de disertație
33 Bibliografie

[1] Haragâș S ., – Organe de mașini , Editura Napoca Star, 2014, Cluj- Napoca.
[2] Haragâș S. – Reductoare cu o treaptă . Calcul și proiectare , Ed. Risoprint, 2014,
Cluj-Napoca
[3] Păunescu Daniela – Proiectatrea dispozitivelor , Editura Alma Mater,
2002,Cluj-Napoca
[4] Maros D., , – Angrenaje melcate ,Editura tehnică,1966,Bucuresti.
[5] Eftimie, D., – Solutii constructiv-tehnologice pentru freze melc globoidale. In
Sesiune de comunicari tehnico-stiintifice, aprilie 1987, Braila.
[6] Eftimie, D., – Metoda si scula necesara in vederea prelucrarii angrenajului
melcat globoidal . In Sesiune de comunicari tehnico-stiintifice, iulie 1987, Braila
[7] Cotețiu, R. Cercetări teoretice și experimentale privind randamentul
angrenajului melcat globoidal cu bile la variația unor parametri geometrici ,
Buletinul Științific al Universității de Nord Baia Mare, 2002
[8] Bucur B., Cercetari privind geometria si tehnologia de danturare a
angrenajelor melcate frontale cu conicitate inversa. Teza de doctorat . Universitatea
Tehnica Cluj-Napoca, 2012
[9] Sait Koçak , Innovative Design for a Ball Worm Gear Mechanism.
INTERNATIONAL JOURNAL of ENGINEERING TECHNOLOGIES-IJET , 2017
[10] Erie C. Wahlberg , Ball-Bearing worm gear, New York, 1945
[11] Robert K. Sedgwick , Recirculating ball worm drive , Wisconsin, 1968
[12] Simon, V., 2008, “ Influence of Tooth Errors and Misalignments on Tooth
Contact in Spiral Bevel Gears,” Mech. Mach. Theory, 43(10), pp. 1253–1267.
[13] Kacalak, W., Majewski, M., and Budniak, Z., 2015, “ Worm Gear Drives With
Adjustable Backlash,” ASME J. Mech. Rob., 8(1), p. 014504.
[14] Dudas, L., 2012, “ Modeling and Simulation of a New Worm Gear Drive
Having Point-Like Contact,” Eng. Comput., 29(3), pp. 251–272.
[15] Chen, Y.-Z., Luo, L., and Hu, Q., 2009, “The Contact Ratio of a Space-Curve
Meshing-Wheel Transmission Mechanism ,” ASME J. Mech. Des., 131(7), p. 074501.
[16] Simon, V., 1988, “Double Enveloping Worm Gear Drive With Smooth Gear
Tooth Surface,” International Conference on Gearing, Zhengzhou, China, Jan. 1, pp. 191–
194.
[17] Deng, X.-Q.,Wang, J.-G., and Horstemeyer,M. F., 2013, “Parametric Study of
Meshing Characteristics With Respect to Different Meshing Rollers of the Anti-
Backlash Double-Roller EnvelopingWorm Gear ,” ASME J.Mech. Des., 134(8), p. 081004.

Lucrare de disertație
34 [18] Xingqiao Deng, Jie Wang, Shike Wang, Yucheng Liu, 2018, „Investigation
on the Backlash of Roller Enveloping Hourglass Worm Gear: Theoretical Analysis and
Experiment” , Mississippi State University.
[19] International Journal of Scientific and Research Publications , Volume 5,
Issue 2, February 2015
[20] https://www scholar.google.com