Disciplina Organe de Mașini [610938]

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV

Departamentul Autovehicule Rutiere
Disciplina Organe de Mașini

PROIECT DE AN LA DISCIPLINA
Organe de Mașini I

Autor: Student: [anonimizat]: Zi
Grupa:1163

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

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV

FACULTATEA DE INGINERIE MECANIC Ă

Disciplina Organe de Mașini

PROIECT DE AN LA DISCIPLINA
Organe de Mașini I

Autor: Student: [anonimizat] : 1163

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

2018

CUPRINS

Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 6

A. MEM ORIUL JUSTIFICATIV ………………………….. ………………………….. ……………………….. 7

1. Tematica și schema structural -constructivă ………………………….. ………………………….. ………. 9
1.1. Tematica și specificații de proiectare ………………………….. ………………………….. ………. 9
1.2. Schema structural -constructivă ………………………….. ………………………….. …………….. 10
2. Proiectarea elementelor și legăturilor ………………………….. ………………………….. ………………. 13
2.1. Proiectarea elementului 1 (cârligul de remorcare ) ………………………….. ……………….. 13
2.2. Proiectarea elementului 4 ( tirantul superior) ………………………….. ……………………….. 13
2.3. Proiectarea legăturii 1 -4 (asamblare filetată ) ………………………….. ………………………. 16
2.4. Proiectarea elementelor 5 și 6 (coloana superioară și corp coloană superioară ) ……. 16
2.5. Proiectarea legăturii 4 -5 (îmbinare sudată) ………………………….. …………………………. 16
2.6. Proiectarea legăturilor 5 -6 ………………………….. ………………………….. ……………………. 16
2.6.1 Proiectarea legăturii 5 -6, asamblare țeavă -țeavă pătrată ………………………….. .. 16
2.6.2 Proiectarea legăturii 5 -6, asamblare prin bolț ………………………….. ……………… 16
2.7. Proiectarea elementelor 7 și 8 (tirant inferior și corp tirant i nferior) ……………………….
2.8. Proiectarea legăturii 6 -7 (îmbinare sudată) ………………………….. ………………………….. …
2.9. Proiectarea legăturilor 7-8
2.9.1 Proiectarea legăturii 7-8, țeavă -țeavă pătrată ………………………….. ………………….
2.9.2 Proiectarea legăturii 7-8, asamblare prin bolț ………………………….. ………………….
2.10. Proiectarea elementelor 11 și 12/12’ (bara centrală și coloana stânga/dreapta) ………..
2.11. Proiectarea legăturilor 8 -9 și 10-11 (îmbinări sudate ) ………………………….. ………………
2.12. Proiectarea legăturii 9 -10 (asamblare prin șuruburi) ………………………….. …………………
2.13. Proiectarea legăturilor 11 -12/12’ ………………………….. ………………………….. ………………
2.13.1 Proiectarea legăturii 11 -12/12’, țeavă -țeavă pătrată ………………………….. ………..
2.13.2 Proiectarea legăturii 11 -12/12’, asamblare prin bolț ………………………….. ………..
2.14. Proiectarea elementului 13/13’ (tirant stânga/dreapta) ………………………….. ……………..
2.15. Proiectarea legăturii 12 -13/12’-13’ (îmbinare sudată) ………………………….. ………………
2.16. Proiectarea elementului 3/3’ (suport stânga/dreapta) ………………………….. ………………..
2.17. Proiectarea legăturii 13 -3/13’ -3’ (asamblare prin șuruburi) ………………………….. ………

Bibliogarafie ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………..

B. ANEXE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …

Desen de ansamblu Auto CAD (vedere, secțiune principală ș i secțiuni parțiale ) (la scara 1:1).
Desen de execuție cârlig de remorcare Auto CAD (la scara 1:1).
Desen d e execuție subansamblu sudat S4 Auto CAD (elementele 10 și 11 sudate) (la scara 1:1).
Formatele de desen Auto CAD se vor salava in 2002.

INTRODUCERE
Scopul proiectului de an la disciplina Organe de mașini este să dezvolte abilitățile
practice ale studenților de proiectare și sintetizare a cunoștințelor de mecanică, rezistența
materialelor, tehnologia materialelor și reprezentare grafică în decursul a nilor I și II, precum
și modul în care aceștia pot rezolva în mod independent o lucrare de proiectare, pe baza
algoritmilor, metodelor specifice și programelor din domeniu.
Produs tehnic mecanic este un bun fizic, tangibil care poate satisface o dorințe sau o nevoi ale
omului privind dezvoltarea de lucru mecanic util.
Proiectarea în inginerie este activitatea intelectuală de creație prin care se urmărește concepția
și dezvoltarea documentației tehnice de obținere a produselor noi, cu perform anțe ridicate, la costuri
scăzute. Prin complexitatea, importanța și implicațiile sale, activitatea de proiectare se poate considera
ca fiind în relație directă cu diverse domenii fundamentale ale activitătii umane (filozofia, designul
artistic, științel e economice).
De obicei, produsele tehnice materiale (mașini, vehicule, utilaje etc.), în evoluția și existența
lor, parcurg fluxul de viață cu fazele menționate. Ideea noului produs, dedusă dintr -o necesitate de
piață, cerință a consumatorilor și/sau din tr-o propunere a unei intreprinderi, se concretizează, ca
urmare a activităților demarketing, într -un plan de produs și într -un caiet de sarcini, care stau la baza
activităților de proiectare.
Proiectarea produsului, pornind de la caietul de sarcini (spec ificațiile de produs), începe cu
studiul realizărilor în domeniu, definirea problemelor și concretizarea temei de proiectare, ca fiind o
listă de cerințe cuantificabile, cu precizarea datelor de intrare/ieșire. Pentru aceasta, inginerii
proiectanți, având la bază cunoștințe stiințifico -tehnice și abilități practice, urmăresc optimizarea din
punct de vedere conceptual, funcțional, constructiv, tehnologic și economic.
Fabricația unor componente și achiziția altora, urmată de montajul și inspecția finală, cond uce
la produsul final, care prin serviciile de desfacere, vânzare și consultanțăajunge la client.
Fazele de utilizare (exploatare) și de întreținere au importanță deosebită pentru proiectantul și
producătorul produsului, în funcție de feed -back -ul și viteza de răspuns a firmei la cerințele clientului,
prin serviciile de proiectare și fabricare, lungindu -se viața acestuia.
Odată cu scoaterea din uz a produsului, începe ultima etapă prin care se urmărește utilizarea
ulterioară a elementelor acestuia cu f uncții identice sau ulterioare (reutilizare, revalorificare) sau
reutilizarea materialelor după desasamblare precum și valorificarea eficientă a deșeurilor.
Produsele tehnice, în general, presupun conversia calitativă și cantitativă a energiei,
materialel or și/sau a informațiilor de intrare în mărimi similare corespunzătoare la ieșire.
Pentru un produs tehnic (material), descrierea calitativă a scopului acestuia, ca relație
(legătură) între parametrii de intrare și cei de ieșire, se realizează prinfuncția scop globală. Prin
divizarea funcției globale în secvențe independente se obțin funcții scop parțiale . Atât funcția globală,
precum și cele parțiale, de obicei, se exprimă descriptiv transformarea energiei, transmiterea
materialelor etc.
Mărimi le energetice (forțe, viteze, putere), de material (masă, greutate, volum, debit) și/sau de
informație (semnale) se transmit și se transformă în sistemul tehnic prin fluxuri. Funcțiile care fac
legătura între parametrii (energetici, de material sau de in formație) de ieșire și de intrare sunt funcții
principale, cu exprimări matematice care descriu determinist corelațiile dintre parametrii specifici.
Prin divizarea sistemului tehnic în subsisteme independente din punct de vedere funcțional,
funcțiile princ ipale se împart în funcții parțiale asociate acestora.

În plus, pentru anumite produse pot exista subsisteme și fluxuri însoțitoare, participante
indirect la îndeplinirea funcțiilor principale, care realizeză funcții auxiliare.
Din punct de vedere constru ctiv, produsele mecanice se compun din ansamble, subansamble și
elemente constructive (inclusiv organele de mașină), identificabile cu ușurință în schema structural –
constructivă.
Ansamblele sunt entități constructive independente, care respectă structura funcțională a
produsului și au în componență subansamble și elementele constructive cu forme și poziții determinate
și de tehnologiile de montaj, de întreținere și de exploatare. Pentru un produs complex se pot evidenția
mai multe ansamble, care sunt în in teracțiune prin legături permanente fixe atât între ele (legături
interne) cât și cu mediul adiacent (legături externe). Practic, legăturile ansamblelor se materializează,
de obicei, prin asamblări demontabile.
Subansamblele sunt structuri independente, ca re nu întodeauna sunt constituite respectând
funcționalitatea, și care se evidențiază printr -un grup compact compus, în configurație minimală, din
cel puțin două elemente constructive sau din alte subansamble și elemente constructive, în interacțiune
perma nentă, formate ținându -se cont, cu precădere, de tehnologiile de montaj, de întreținere și de
exploatare.
Elementele (organe) constructive ca păți componente nedivizabile ale unui produs mecanic
tehnic, ansamblu și/sau subansamblu, sunt entități distincte în interacțiune directă fixă,
permanentă (nedemontabilă sau demontabilă), sau în interacțiune mobilă directă (fără ungere) sau
indirectă (cu ungere).Tipurile acestor legături, din punct de vedere constructiv și în funcție de
necesitățile funcționale, sunt diverse și sunt tratate în detaliu în cadrul disciplinei de Organe de
mașini.
Pentru analiza și, mai ales, pentru sinteza structurii constructive a unui produs mecanic se
întocmește schema structural -constructivă care este o reprezentare grafică bazată pe
simboluri asocoate ansambleor, subansamblelor și elementelor constructive în care se evidențiază
toate legăturile interioare între acestea și legăturile exterioare cu entitățile constructive adiacente.
Spre deosebire de schema structural -funcțională, în schema structural -constructivă se pot
identifica, în plus, cuplele pasive, sistemele de lăgăruire, legăturile fixe etc. Reprezentările din schema
structural -constructivă trebuie să permită evidențierea cu ușurință a fluxurilor de mișcare și, mai ales,
cele de forțe (principale și auxiliare) interioare.
Formularea temei de proiectare a unui produs tehnic este precedată de documentarea detaliată
și analiza critică a realizărilor mondiale în domeniu, privind cerințele asupra soluțiilor tehnice posibile
și constrângerile practice existente. În urma acestei analize se întocmește lista de cerințe cu
menționarea clară a performanțelor la nivel calitativ și/sau cantitativ, indicând valorile unor indicatori
specifici. În general, în lista de cerințe se introduc informații privind următoarele caracteristici
generale ale produsului: numărul de exemplare; restricțiile geometrice (dimensiunile de gabarit
impuse); cinematice (viteze, accelerații, direcții de mișcare); forțe (de greutate, de încărcare, direcții,
frecve nțe de aplicare); energia (puteri, randamente); siguranța(muncii și mediului); condiții de
lucru (zgomot, confort, ergonomie); calitatea (fiabilitatea, mentenanța, standardele ce trebuie
respectate); condiții de montaj, de exploatare și de întreținere; economice (costurile maxime admise,
posibilități de reciclare); fabricația (procedee disponibile); mediul de lucru (temperatura, variațiile de
temperatură, altitudinea, tipul atmosferei) etc.
Obiectivele generale urmărite la proiectarea produselor materiale tehnice sunt: îndeplinirea
funcțiilor principale și auxiliare; fiabilitatea și siguranța în funcționare; ergonomicitate mărită; asigură
securitatea omului și a mediului; execuție simplă și montare ușoară; asigură întreținere
eficientă; minimizare costuri; posibilități de reciclare etc. Soluția finală adoptată la proiectare va fi
determinată de obiectivele generale și restricțiile impuse, care se obțin ca o consecință a cerințelor și
condițiilor din lista de cerințe, ca document care stă la baza dezvoltării de produs.
Proiectarea propriu -zisă are la bază proceduri algoritmizate care, pornind de la funcțiile și
obiectivele impuse, caută soluții principiale (proiectarea principială), funcționale (proiectarea
funcțională) și constructive (proiectarea constructivă).
Cunoasterea și înțelegerea structurilor, modelelor de calcul și algoritmilor de proiectare a
elementelor și subansamblelor specializate precum și a legăturilor dintre acestea având la bază
corelarea optima a cunostintelor dobandite la disciplinele Desen tehnic, Mecanica, Mecanisme și
Rezistenta materialelor.

MEMORIUL TEHNIC

1. TEMATICA ȘI SCHEMA STRUCTURAL –
CONSTRUCTIVĂ
1.1 TEMATICA ȘI SPECIFICAȚII DE PROIECTARE

Tema de proiectare a unui produs este lansată de către un beneficiar și reprezintă o
înșiruire de date, cerințe și condiții tehnice care constituie caracteristicile și performanțele
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 situații practice presupune
concepția și dimensionarea unui dispozitiv de remorcare cu funcția globală de legare și
tractare a miniremorcilor și rulotelor de autovehiculele de capacitate mică (fig. 1.1) .
Dezvoltarea acestui produs este cerută de inexistența unor produse similare care, pe
de-o parte, să poată fi folosite pentru mai multe tipuri de autovehicul e, remorci și rulote și pe
de altă parte, să includă componente tipizate (șuruburi, bolțuri șaibe) existente la prețuri
reduse și performanțe ridicate. Astfel, se preconizează că noul produs executat în serii mari de
producție poate fi competitiv și din pu nct de vedere economic.
Dispozitivul de remorcare ca sistem mecanic demontabil , fără mișcări relative între
elemente , are ca parametrii de intrare , forțele de interacțiune din cad rul cuplei sferice de
remorcare, și ca parametrii de ieșire , forțele și momentele din asamblăril e dispozitivului cu
lonjeroanele șasiului.
Pe lângă funcția principală de transmitere a sarcinilor de la intrarea I la ieșirea E (fig.
1.1) materializată de cele două asamblări cu lonjer oanele șasiului autovehiculului, pentru nou l
produs se urmărește și îndeplinirea următoarelor funcții auxiliare : respectarea prevederilor de
interschimbabilitate cerute de standa rdele din domeniu; respectarea condițiilor de protecție a
omului și mediului ; diminuarea distrugerilor care ar putea apă rea la coliziuni.
Pentru proiectarea de ansamblu a dispozitivului de remorcare (fig. 1.2) se impune
personalizarea listei de specificații cu următoarele cerințe principale :
a. Forțele exterioare: FX , FY , FZ [N].
b. Tipul sarcinii : statică sau variabilă .
c. Restricții dimnesionale x1>0, x 2<0, x 3 <0; y 1 > 0; z 1 < 0 sau z 1 > 0, z 2 > 0 (fig.
1.2).
d. Condiții de funcționare : temperatura, caracteristicile mediului în care
funcționează .
e. Condiții constructive : interschimbabilitatea și modularizarea .

9

Fig. 1 .1 – Vedere generală a unui dispozitiv de remorcare integrat

Fig. 1 .2 – Parametrii fizici și geometrici impuși f. Condiții de ecologie : utilizarea de materiale și tehnologii eco, reciclarea
materialelor, protecția vieții .
În tabelul 1.1 se prezintă valorile parametrilor fizici și geometrici impuse pentru o
situație practică cerută .

Tab. 1.1 Valorile parametrilor fizici și geometrici
Forțele exterioare [N] Coor donatele punctelor impuse [mm]
FX FY FZ X1 X2 X3 Y1 Z1 Z2
1450 550 550 70 -350 -550 660 -250 150

1.2 SCHEMA STRUCTURAL -CONSTRUCTIVĂ

Din punct de vedere constructiv, dispozitivul de remorcare formează un ansamblu
compus din subansamble și elemente constructive, identificabile cu ușurință în schema
structural -constructivă din fig. 1.3. Ansamblul asociat interacționează cu remorca prin
intermediul unei cuple sferice prin elementul 1 (fig. 1.4) și cu lonjeroanele șasiului
autovehiculului prin asamblări cu șuruburi cu elementul 3.
Subansamblele sunt structuri independente, care se evidențiază printr -un grup compact
compus, în configurație minimală, din cel puțin două elemente constructive sau din alte
subansamble și elemente constr uctive, în interacțiune permanentă, formate ținându -se cont, cu
precădere, de tehnologiile de montaj, de întreținere și de exploatare . În cazul dispozitivului de
remorcare din fig. 1.2 s -au definit subansamble având la bază structurile compacte obținute
prin sudare. În figura 1.3 se prezintă, la general, structura constructivă și o schema structural –
constructivă a dispozitivului de remorc are cu intrarea I, materializată pr intr-o cuplă
(articulație) sferică, și ieșirea E, materializată printr -o asamblare cu șuruburi montate cu joc
cu un suport fixat pe lonjeroanele șasiului. Ansamblul dispozitivului de remorcare conține

10
elementele 1 și 3 c e formează legăturile de intrare/ieșire și subansamblele S1 , S2 … S5/S5’
formate din câte două elemente sudate. În schema structurală nu se evidențiază elementele de
asamblare (bolțuri, șuruburi, șaibe) care se vor defini și dimensiona odată cu proiectarea
legăturilor și se vor evidenția în desenul de ansamblu.
În tab. 1.2 se evidențiază subansamblele și e lementele dispozitivului de rem orcare
precizându -se tipul, denumirea și subcapitolul în care se va trata proiectarea acestora. În tab.
a

b

c
Fig. 1 .3 – Structura constructivă a dispozitivului de remorcare: a – integrată; b –
explodată; c – schema bloc

11
1.3 se evidențiază legăturile nedemontabile (îmbinări sudate) și demontabile (asamblări
filetate, prin bolț, prin șuruburi) care urmează să fie p roiectate in continuare.

Tab. 1. 2 Subansamblele și elementele dispozitivului de remorcare
Nr.
crt. Codul
subans. Codul
elem. Tipul Denumirea Tratare în
subcap.
1 A1 1 Coloană Cârlig de remorcare
2 S1 4 Tirant Tirant superior
3 5 Coloană Coloană de remorcare
4 S2 6 Corp Corp coloană
5 7 Tirant Tirant inferior
6 S3 8 Corp Corp tirant inferior
7 9 Flanșă Flanșă față
8 S4 10 Flanșă Flanșă spate
9 11 Bară Bară centrală
10 S5 12 (12’) Coloană Coloană stânga/dreapta
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.
crt. Codul Tipul Denumirea Tratare în
subcap.
1 I Demontabilă Asamblare sferică
2 1-4 (1-S1) Demontabilă Asamblare filetată
3 4-5 Nedemontabilă Îmbinare sudată
4 5-6 (S1 -S2) Demontabilă Asamblare țeavă -țeavă pătrate
Asamblare cu bolț
5 6-7 Nedemontabilă Îmbinare sudată
6 7-8 (S2 -S3) Demontabilă Asamblare țeavă -țeavă pătrate
Asamblare cu bolț
7 8-9 Nedemontabilă Îmbinare sudată
8 9-10 (S3 -S4) Demontabilă Asamblare cu șuruburi
9 10-11 Nedemontabilă Îmbinare sudată
10 11-12 (S3 -S4) Demontabilă Asamblare țeavă -țeavă pătrate
Asamblare cu bolț
11 12-13 Nedemontabilă Îmbinare sudată
12 13-2 Demontabilă Asamblare cu șuruburi
13 13-3 Demontabilă Asamblare cu șurub
14 2-3 Demontabilă Asamblare cu șurub
15 E Demontabilă Asamblare cu șuruburi

2. PROIECTAREA ELEMENTELOR ȘI
LEGĂTURILOR
2.1 PROIECTAREA ELEMENTULUI 1 (CÂRLIGUL DE
REMORCARE )

I. Date de proiectare
Să se proiecteze cârligul de remorcare, poziția 1 din fig. 2.1.1 , cu funcția
principală de transmitere a sarcinilor F X, FY și F Z de la o cuplă de remorcare, poziția 2, la
elementul 4 din componența dispozitivului de remorcare.
Lista de cerințe
a. Forțele exterioare: FX = 145 0 N, F Y = 55 0, F Z = 55 0 N; se calculează forța
transversală, = 155 0,8 N
b. Tipul sarcinii : statică
c. Condiții de funcționare : temperatura, T = – 30oC…50 oC; mediu de lucru
exterior cu umeze ală avansată
d. Condiții constructive : interschimbabilitate cu sistemele de cuplare existente
(fig. 2.1.1,a)
e. Condiții de ecologie : utilizarea de materiale și tehnologii eco, reciclarea
materialelor, protecția vieții

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

II. Alegerea materialului, tratamentelor termice și tehnologiei
Deoarece cârligul de remorcare cu sferă drept este o piesă importantă în
componența dispozitivului se adoptă, oțel de calitate , C45, conform SR EN 10025 -2
(STAS 500/2), cu 02 = 360 MPa, r = 610 MPa și HB = 280 .

14
III. Adoptarea formel or constructive

Fig. 2.1.2 – Parametrii geometrici Fig. 2.1.3 – Modelul de calcul
Caracteristici și restricții funcționale și constructive
– pentru asigurarea celor trei mișcări relative de rotație la unghiuri de rotire de 300 se
impune ca unghiul determinat de intersecția sferei cu tija cârligului să fie aprox imativ
15o….25o; se adoptă unghiul de 20o(v. fig. 2.1.2) ;
– în vederea asigurării interschimbabilității cuplelor sferice de remorcare precum și
modularizării constructive s -au dezvoltat dispozitive de cuplare cu diametrul sferei
Ds {1, 2, 2 } țoli sau D s {47,625; 50,8; 58,7375} mm.
Adoptarea parametrilor geometrici funcționali și constructive
– diametrul sferei , Ds = 58,8 mm pentru F X = 1450 N;
– diametrul tijei , D = sin 200 Ds = sin200 58,8 = 20,11 mm; se adoptă D = 20 mm;
– l3 0,5 D =0.5*20 = 10 mm (v. fig. 2.1.2) .
IV. Schema de calcul, dimensionare și 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 secține circulară constantă de diametru
D, solicitată la tracțiune de forța F Z, la încovoiere de forța F t și la forfecare de forța F t.
– Se neglijează tensiunile de fo rfecare generate de eforturile tăietoare.
Din condiția de rezistență la tracțiune și încovoiere în secțiunea critică A-B (în punctul B cele
două tensiuni au același sens), se determină lungimea l cu relația
= 42,36 mm; se adoptă l = 42 mm.
în care, s -a considerat, D = 20 mm; FZ = 550 N; F t = 155 0,8 N; σat = 100 MPa.

V. Proiectarea formei tehnologice
Ținând cont de parametrii geometrici definiți în fig. 2. 1.2, ca urmare a calculelor
tirantului 4 se obține grosimea acestuia, h = 15 mm și ținând cont de înălțimea piuliței
m = 16 mm, și grosimea șaibei plate , h = 3 mm și a șaibei Grower , g = 3,5 mm, se adoptă
l2 = 40 mm și l 1 = 30 mm (v.fig. 2.1.4) .
– prelucrarea cârligului de remorcare cu sferă drept se poate face prin strunjire;

15
– calitatea suprafețelor Ra = 6,3
µm; calitatea suprafeței sferice, deoarece
această formează împreună cu cupla de
agățare o articulație sferică, se adoptă
Ra = 3,2 µm;
– pentru facilitarea prelucrării se
practică găuri de centrare A2,5 ;
– deoarece elementul funcționează
în mediu corosiv (cu umezeală) și pentru a
se asigura calitatea suprafeței sferice pe
toată perioada de funcționare se va realiza
protecția prin cromare .

2.2 PROIECTAREA ELEMENTULUI 4 (TIRANTUL
SUPERIOR)

I. Date de proiectare
Să se proiecteze tirantul superior, poziția 4 din fig. 2.2.1 cu funcția principală de
transmitere a sarcinilor F X, FY și F Z de la cârligul de remorcare drept cu sferă, poziția 2, la
suportul 5 cu luarea în considerare a următoarelor specificații impuse:
a. forțele exterioare: FX = 145 0 N, F Y = 550, F Z = 55 0 N, acționează la distanța L 1 = 48
mm; se calculează momentele în centr ul găurii de trecere: M X4 = F Y L1 = 14400
Nmm, M Y4 = F X L1 = 72000 Nmm;
b. tipul sarcinii : statică;
c. restricții dimensionale : D1 = 18 mm; b > d 2 = 28 mm; L 2 = 80 mm;
d. condiții de funcționare : temperatura, T = – 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu
umezeală avansată;
e. Condiții constructive : material sudabil;
f. Condiții de ecologie : utilizarea de materiale și tehnologii eco, reciclarea materialelor,
protecția vieții.
Fig.2.1.4 Parametri geometrici

a b
Fig. 2 .2.1 – Schema de încărcare: a – exterioară la nivelul dispozitivului;
b – exterioară, redusă la nivelul elementului 4

16
II. Alegerea materialului, tratamentelor termice și tehnologiei
Deoarece tirantul este o piesă care se va suda se adoptă, conform SR EN 10025 -2 (STAS
500/2), oțel S235 cu 02 = 235 MPa și r = 360 MPa.

III. Adoptarea formelor constructive
În vederea creșterii eficienței economice se adopta semifabricat de tip oțel lat ( platbandă)
cu dimensiunile b și h standard și b/h ≈ 4 (fig. 2.2.2).

Fig. 2.2.2 – Parametri geometrici Fig. 2.2.3 – Modelul de calcul

IV. Schema de calcul, dimensionare și 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 secțiune dreptunghiulară –solicitată la
tracțiune de forța F X; la încovoiere oblică de sarcinile F Z, F Y și M Y4; la torsiune de
momentul M X4; la forfecare de forțele F Z și F Y;
– elementele 4 și 5 sunt asamblate prin sudare și pentru calcul de dimensionare a tirantului
4 se consideră că acesta este încastrat în cent rul cordonului de sudură și secț iunea critică,
A-A este dreptunghiulară cu dimensiunile b și h;
– 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 forța F Z și momentul M Y4; după determinarea
dimensiunilor prin rezolvarea modelului simplificat se va face verificarea cu modulul cu
pachetul MDESIGN (etapa VI).
Din condiția de rezistență la solicitarea de încovoiere în planul XZ se determină grosimea
h cu relația [ Mogan, 2012 ],
h= √3 Mî max
2 σaî3 = 13,18 mm ,

17
în care, s -a considerat, M î max = MY4 + F Z L2 = 105600 Nmm și σ aî = 70 MP a. Ca urmare,
ținând cont că b = 4h = 55,3 mm se adoptă semifabricat de tip platbandă (oțel lat) cu
b = 60 mm și h = 15 mm.

V. Proiectarea formei tehnologice
Ținând cont de parametrii
geometric i definiți în fig. 2.2.2 și de
rezultatele obținute la proiectarea
asamblări i cu filet 1 -4 și a î mbinării
sudate , se adoptă: R = 30 mm, D1 =
18 mm, L2′ = 110 mm. Prelucrarea
elementului 4 presupune frezarea
porțiuni de cap și găurirea; calitatea
suprafețelor prelucrate R a = 12,5 µm
(fig. 2.2.4).

2.3 PROIECTAREA LEGĂTURII 1 -4 (ASAMBLARE
FILETATĂ)

I. Date de proiectare

Fig 2.3.1 Schema funcțional -constructivă
Să se proiecteze asamblarea cu șurub montat cu joc dintre cârligul de remorcare cu sferă
drept, cu funcția principală de transmitere prin frecare a forțelor FX, FY și F Z la suportul
poziția 4.
a. Forțele exterioare: FX = 1450 N, FY = 550 N, FZ = 550 N; 𝐹𝑡=1550 ,8 𝑁;
b. Tipul sarcinii : statică
c. Tipul asamblării , șurub montat cu joc (transmiterea forțelor prin frecare)
d. Coeficientul de frecare dintre tablele asamblate , µ= 0,25
e. Condiții de funcționare : temperatura, T = – 30oC…40 oC
f. Condiții ecologice : utilizarea de materiale și tehnologii eco, reciclarea materialelor,
protecția vieții

Fig.2.2.4 Parametri geometrici

18
II. Alegerea materialului, tratamentelor termice și tehnologiei

Porțiunea de șurub este corp comun cu corpul cârligu lui de remorcare cu sferă drept, deci,
materialul este, oțel de calitate , C45, conform SR EN 10025 -2 (STAS 500/2) cu 02 = 360
MPa si r = 610 MPa .

III.Adoptarea formelor constructive

Fig 2.3.2 Parametrii geometrici ai asamblării

Diametrul nominal al filetului, d, din condiții de interschimbabilitae și standardizare se
adoptă filet metric ,diametrul găurii de trecere, D 1, se adoptă din standarde .

IV. Dimensionare și verificare

Modelul de calcul a șurubului este o bară dreaptă încastrată în corpul cârligului de remorcare,
cu secțiune circulară constantă de diametru d 1 (diametrul interior al filetului), solicitată la
tracțiune de forța axială, F aș, se neglijează momentul de torsiune care apare la strângerea
asamblării și, deci, și tensiunile de forf ecare generate d e eforturile tăietoare asociate.F orța
exterioară, F Z, care în timpul funcționării poate acționa în ambele sensuri se consideră,
pentru acest calcul, că acționează în sensul pozitiv al axei Z situație ce conduce la
solicitarea suplimentară a asamblării cu șurub.

Fig 2.3.3 Modelul de calcul a asamblării

Din conditia de re zistenta la tractiune a tijei determinam diamnetrul interior:
𝑑1𝑛𝑒𝑐=√4𝐹𝑎𝑠
𝜋𝜎𝑎𝑡=√4∗6460 ,4
3,14∗100 =9,07 mm;
Se adoptă ( 𝑑1𝑑1𝑛𝑒𝑐
−> ) parametrii filetului: d = 14 mm (M20), p = 2 mm; corel at cu
dimensiunea filetului (M20 ) diametrul găurii de trecere, D 1 = 18mm (execuție mijlocie);

19

V. Proiectarea formei tehnologice

Fig. 2.3.4 Parametrii de reprezentare pe desen

Pentru a se facilita obținerea perpendicularității suprafeței frontale pe axa piesei se adopta
raza de racordare R0,5 , prelucrarea f iletului se poate face așchiere, calitatea suprafeței
Rz = 6,3 µm.

2.4 PROIECTAREA ELEMENTELOR 5 ȘI 6 (COLOANA
SUPERIOARĂ ȘI CORP COLOANĂ SUPERIOARĂ)
I. Date de proiecatare

a – integrare în ansamblu b – schema de încărcare ;
Fig. 2.4.1 Schema funcțional -constructivă a elementului coloană superioară

Să se proiecteze coloana superioară , poziția 5 cu funcția principală de transmitere a sarcinilor
FX, FY și F Z de la tirantul 4 la suportul 6 din componența subansamblului sudat S1 al
dispozitivului de remorcare.

a. Forțele exterioare: FX = 1450 N, FY = 550 , FZ = 550 N acționeză la distanțele L 1= 30
mm; L2 = 80 mm; L3 = 250 mm; se calculeaz ă momentele de î ncovoiere în centrul profilului
pătrat (îmbinarea sudată): M X5 = F Y L1 =10500 Nmm, M Y5 =FX L1 +FZ L2 =46500 Nmm,
MZ5 = F Y L2 = 28000 Nmm.

20
b. Condiții de funcționare : temperatura, T = – 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu
umezelă avansată ;
c. Condiții constructive : interschimbabilitatea, modularizarea
d. Condiții de ecologie : utilizarea de materiale și tehnologii eco, reciclarea materialelor,
protecția vieții ;

II.Alegerea materialului, tratamentelor termice și tehnol ogie
Deoarece suportul este o piesă care se va suda se adoptă, oțel S235 (OL37),
conformSREN 10025 -2 (STAS 500/2) , cu 02 = 235 MPa si r = 360 MPa .

III.Adoptarea formei constructive

Fig. 2.4.2 Parametri geometrici funcționali și constructivi

Se va adopta, din considerente de greutate minimă, semifabricat din țeavă pătrată . Se va
urmări ca dimensiunea țevii pătrate să permită aplicarea cordonului de colț la sudarea cu
elementul 4 .
Lungimea 𝐿′
3 = L3 – h =242 mm;

VI. S chema de calcul, dimensionare și verificare

Fig 2.4.3 Schema de calcul și diagramele de eforturi

Transmiterea sarcinilor de la elementul 5 la elementul 6 se realizează prin contact
direct și pentru calculul de dimensionare se consideră că acesta est e încastrat în centrul
corpului 6. Modelul de calcul asociat coloanei 5 se consideră ca fiind o bară dreaptă cu
secțiune pătrată cu latura h 5 și grosimea t 5 încastrată, solicitată la compresiune de forța F Z ;
la încovo iere oblică de sarcinile F X, FY, M X5 și M Y5; la torsiune de momentul M Z5 și
la forfecare de forțele F X, FY.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 forța F X și
momentul M Y5.

21
După determinarea dimensiunilor prin rezolvarea modelului simplificat și calculul legăturii de
tip țevă -țeavă se va face verificarea cu pachetul MDESIGN cu luarea în considerare a celor
două țevi 5, 6 (ca formând un bloc), situație ce corespundemai bine cu situația reală .
𝑀𝑖𝑚𝑎𝑥=345000 Nmm ;
Din conditia de rezistenta solicitata la incovoiere det. ℎ5=√6𝑀𝑖𝑚𝑎𝑥
(1−(1−𝑡5/ℎ5)4)𝜎𝑎𝑡3=43,64𝑚𝑚 ;
𝑡5=43,63*0,1=4,36 mm;
Din STAS se adopta ℎ5=50𝑚𝑚 𝑠𝑖 𝑡5=5 mm;
ℎ5𝑥𝑡5=50×5 mm rezulta ℎ6=60𝑚𝑚 𝑠𝑖 𝑡6=5mm;

V. Proiectarea formei tehnologice

Fig 2.4.4

Lungimea coloanei se va determina prin calculul lanțului de dimensiuni care implică
elementele 5 și 6 poziționate axial de bolț; lungimea elementului 6, l 6 = L = 70 mm.Numărul
de găuri și deci cursa de reglare se va determina ținând cont de încadrarea în gabaritul
dispozitivului pentru a nu se depăși limita înfer ioară (aceasta se va determina de pe desenul de
ansamblu) .

2.5 PROIECTAREA LEGĂTURII 4 -5 (ÎMBINARE
SUDATĂ)
I. Date de proiectare

a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare
Fig. 2.5.1 Schema funcțional -constructivă a îmbinării sudate

Să se proiecteze îmbinarea sudat ă a tirantului, 4, cu coloana 5 cu funcția principală de
transmitere a sarcinilor: FX, FY, FZ, MX5, M Y5, M Z5.

22
a. Forțele exterioare: FX = 1450 N, FY = 550 , FZ = 550 N acționeză la distanțele L 1 = 30
mm; L2 = 80 mm; se calculeaz ă momentele în centrul profilului cordonului de sudură
(pătrat): M X5 = F Y L1 = 10500 Nmm, M Y5 = F X L1 = 46500 Nmm, M Z5 = F Y L2 =
28000 Nmm ;
b. Tipul îmbinării , sudură de colț ;
c. Condiții de funcționare : temperatura, T = – 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu
umezelă avansată ;

II. A legerea materialului, tratamentelor termice și a tehnologiei

Elementele 4 și 5 formează un subansamblu sudat și, deci, pentru acestea s -a ales material
sudabil, oțel S235, conform SR EN 10025 -2 (STAS 500/2), cu 02 = 235 MPa si r = 360
MPa.

III. Alegerea formei constructive

Se impune asigurarea perpendicularității celor două elemente. Grosimea cordonului de sudură
a este ma mică decât grosimea peretelui țevii .

Fig. 2.5.2 Parametri geometrici ai îmbinării

IV.Schema de calcul, dimensionare și verificare

Fig. 2.5.3 Schema de calcul

Deoarece încărcarea exterioară este compusă din sarcini multiple și modelul de calcul are
complexitate mărită pentru calculul clasic se consideră un model simplificat care ia în
considerare încărcarea cu forțele transversale FX și F Y, tensiunilede forfecare sunt
repartizateuniform pe lungimea cordonulu i în plan longitudinal și transversal . Se
neglijează solicitările la încovoiere .

Din conditia de rezista la forfecare a sudurii datorata 𝐹𝑡se obtine grosimea cordonului de
sudură :
𝑎=√𝐹𝑥2+𝐹𝑦2
4ℎ𝜎𝑎𝑓𝑠=0,14 𝑚𝑚 ;
Se adopta a= 2 mm;

23
V.Proiectarea formei tehnologice

Fig. 2.5. 4 Reprezentarea simplificat pe desen a îmbinării

Sudura se va realza după contur închis, după sudare se va aplica tratament termic de recoacere
de detensionare .

2.6 PROIECTAREA LEGĂTURILOR 5 -6

2.6.1 PROIECTAREA LEGĂTURII 5 -6, ASAMBLARE
ȚEAVĂ -ȚEAVĂ PĂTRATĂ

I. Date de proiectare
Să se proiecteze legătura (asamblarea) a două țevi pătrate concentrice, pozițiile 5 și 6 din fig.
2.6.1.1 cu funcția principală de transmitere prin formă a sarcinilor: FX, FY, FZ, MX6, M Y6,
MZ6.
a.Forțele exterioare: FX = 1450 N, FY = 550, FZ = 550 N acționeză la distanțele L 1 =30
mm; L2 = 80mm; L3 = 250 mm; se calculeaz ă momentele în centrul asamblării cu bolț:
MX6 = F Y (L1 + L3) = 98000 Nmm, M Y6 = F X (L1 + L3)+ F Z L2 = 358000 Nmm, M Z6 =
FY L2 =28000 Nmm;
b. Tipul sarcinii : statică
c. Date despre asamblare : țeava pătrată interioară are dimensiunea h 5 = 50 mm și grosimea
𝑡 5= 5 mm ;
d.Condiții de funcționare : temperatura, T = – 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu
umezelă avansat a;
e. Condiții ecologice : utilizarea de materiale și tehnologii eco, reciclarea materialelor,
protecția vieții ;

24

Fig. 2.6.1.1 Schema funcțional -constructivă a asamblării (legăturii) țeavă -teavă pătrată:
a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare ;

II. Alegerea materialului, tratamentelor termice și a tehnologiei
Elementele 5 și 6 sunt incluse în subansamble sudate și deci pentru acestea s -a ales material
sudabil, oțel S235, conform SR EN 10025 -2 (STAS 500/2) , cu 02 = 235 MPa si r = 360
MPa .

III. Alegerea formei constructive

Fig. 2.6.1.2 Parametrii geometrici ai asamblării

Teava pătrată interioară cu h 5 = 50 mm, t 5 = 5 mm, Pentru asigurarea contactului conform
dintre țevile pătrate interioară și exterioară se adoptă dimensiunile țevii exterioare h6 = 60
mm și grosimea t 6 = 5 mm.

IV.Schema de calcul, dimensionare și verificare

Transmiterea forțelor F X, FY și a momentelor M X6 și M Y6 de la țeava 5 la țeava 6 se
face prin contactul direct dintre cele două țevi montate cu joc (distribuție liniară a presiunilor
de contact) după suprafețele d reptunghiulare I, II, III și IV. T ransmiterea forței F Z de la țeava
5 la țeava 6 se face printr -un bolț montat cu joc în țeava 5 ș i cu strângere mică în țeava 6.
Forțele F X și F Y generează pe suprafe țele de contact I și respectiv II presiuni de
strivire (pFX, pFX) distribuiteuniform . Momentele M X6 și M Y6 generează pe suprafețele
decontact I, III și respectiv , II, IVpresiuni de strivire distribuite liniar cu maximele p maxMX și,
respectiv, p maxMY ;
Momentul M Z6 generează pe suprafețele de contact I, II, III și IV presiuni de strivire
distribuite liniar cu maximul p maxMZ .

25

a – schema încărcării;

b – distribuțiile presiunilor generate de sarcinile F X și M Y6 ;

c – distribuțiile presiunilor generate de sarcinile F Y și M X6 ;

d – distribuțiile presiunilor generate de momentul de răsucire M Z6;
FIG. 2.6.1.3 Schema și modelul de calcul a asamblării

Din conditia de rezistenta la strivire a asamblarii tevilor 5 si 6 determinam cu relatiile
𝜎𝑎𝑠𝐻2𝐿2−(𝐹𝑥𝐻+3𝑀𝑧6)𝐿−12𝐻𝑀𝑦6=0
𝜎𝑎𝑠𝐻2𝐿2−(𝐹𝑦𝐻+3𝑀𝑧6)𝐿−12𝐻𝑀𝑥6=0
150000 𝐿2−386975L -337065000=0

26
150000 𝐿2−175000 𝐿−62895000 =0 lungimea 𝐿6, ce are solutiile pozitive maxime:
L′
1=48,71 mm si respectiv L′′
1=21,06 mm(la cea mai mare valoare pozitiva obtinuta se
audauga intre 10…15 mm). Se adopta 𝐿6=60 𝑚𝑚 .

V.Proiectarea formei tehnologice

Fig. 2.6.1.4 Parametri tehnologicie și constructive
Diametrul alezajului , D 5 = 10 mm se determină ca urmare a calculului asamblării cu
bolt.G aura de bolț se aplică la partea inferioară la distanța 1,5D 5. Rugozitatea suprafețelor
frontale R a = 6,3 µm; rugozitatea alezajului Ra = 3,2 µm .

VI. V erificarea modelului cu pachetul mdesign

2.6.2 PROIECTAREA LEGĂTURII 5 -6, ASAMBLARE PRIN BOLȚ

I. Date de proiectare

Să se proiecteze asamblarea cu bolț cilindric a două țevi pătrate concentrice, pozițiile 5 și 6
din fig. 2.6.2.1 cu funcția principală de transmitere prin formă a forței F Z.
a. Forța exterioare: FZ = 550 N;
b. Date despre asamblare : țeava pătrată interioară are dimensiunea h 5 = 50
mm și grosimea t5 = 5 mm, țeava pătrată exterioară are dimensiunea h 6 =
60mm și grosimea t5 = 5 mm;
c. Condiții de funcționare : temperatura, T = – 30oC…40 oC; mediu de lucru exterior cu
umezeală avansată ;
d. Condiții ecologice : utilizarea de materiale și tehnologii eco, reciclarea materialelor,
protecția vieții ;

27

a – integrare în ansamblu; b – schema de încărcare
Fig. 2.6.2.1 Schema funcțional -constructivă a asamblării cu bolț cilindric a țevilor pătrate
concentrice
II. Alegerea materialului, tratamentelor termice și tehnologiei
Pentru elementele 5 și 6 s -a ales material sudabil, oțel S235, conform SR EN 10025 -2 (STAS
500/2) , cu 02 = 235 MPa si r = 360 MPa . Bolțul se va executa din oțel pentru
construcții mecanice, E295 (SR EN 10025/2005) cu 02 = 295 MPa si r = 390 MPa .

III. Alegerea formei constructive

Asamblarea cu bolț se poziționează la partea inferioar ă a ansamblului țeavă -țeavă 5 -6, se va
realiza asamblare transversală prin ambii pereți a țevilor .

Fig. 2.6.2.2 Parametri geometrici ai asamblării

IV. SCHEMA DE CALCUL, DIMENSIONARE ȘI VERIFICARE

Forța F Z se transmite prin formă (contact direct) de la țeava 5 la bolț prin două suprafețe
semicilindrice pe care, datorită jocului existent mărit, se consideră ca apar presiuni de
strivire cu distribuție cosnusoidală cu maximul p5. Forța F Z se transmite prin formă (contact
direct) de la bolț la țeava 6, de asemenea, prin două suprafețe semicilindrice pe care,
datorită jocului existent redus, se consideră că apar presiuni de strivire cu distribuție
uniformă cu maximul p 6.

28

Fig. 2.6.2.3 Schema de calcul

Din conditia de rezistenta la strivire a asamblarilor cu bolt determinam diametrul necesar al
boltului cu relatia :
𝐷5𝑛𝑒𝑐=max(𝐹𝑧
0,8𝜎𝑎𝑠𝑡5,𝐹𝑧
𝜎𝑎𝑠𝑡6)
𝐷5𝑛𝑒𝑐 =max(3,54 ;2,36)
Se adopta din considerente tehnologice 𝐷5=10𝑚𝑚 ;
Verificarea boltului la forfecare se face cu relatia:
𝜏𝑓=𝑇
𝐴𝑓=𝐹𝑧
𝜋𝐷52
4=4𝐹𝑧
𝜋𝐷52=54,14 MPa 80𝑀𝑃𝑎 −<;

V.Proiectarea formei tehnologice

Fig. 2.6.2.4 Parametrii de reprezentare

Alegerea bolțului: se va adopta una din variantele din fig. 2.6.2.4 cu diametrul exterior al
porțiunii cilindrice, 10h11 [mm]
Ajustaje și toleranțe: H12/h10, pentru țeava 6 și bolț; execuție mijlocie a găurii din țeava 5.
Rugozităti: alezajul din țeava 6 se va aleza R a = 3,2 µm; alezajul din țeava 3 se va realiza prin
găurire, Ra = 6,3 µm.

Fig. 2.6.2.5 Bolt cap la 45o și gaură de șplint;

29
BIBLIOGRAFIE

1. Jula, A. ș.a. Organe de mașini, vol. I,II. Universitatea din Brașov, 1986, 1989.
2. Mogan, Gh. ș.a. Organe de mașini. Teorie -Proiectare -Aplicații , Ed Universităț ii
Transilvania din Brașov, 2013 (format electronic) .
3. Rădulescu, C. Organe de mașini, vol. I, II, III. Universitatea Transilvania din Brașov,
1985.
4. *** Culegere de norme și extrase din standarde pentru proiectarea elementelor componente
ale mașinilor, vol. I. și II. Universitatea din Brașov, 1984.

30
Desene