Mecanisme şi Organe de Maşini

Mecanisme şi Organe de
Maşini
Asamblări filetate

6.1. GeneralităŃi, clasificare
6.1.1. GeneralităŃi
Asamblările filetate sunt cele mai utilizate asamblări demontabile realizându-se
ansambluri complexe şi extrem de variate .
Asamblările permit dezvoltarea de aplicaŃii care să realizeze:
- forŃe de strângere mari, prin aplicarea de forŃe de acŃionare relativ mici;
- deplasări de piese voluminoase sau supuse la încărcari mari;
- transformarea mişcării de rotaŃie în mişcare de translaŃie şi invers;
- reglaj;
- măsurare.
Cunoaşterea acestor tipuri de organe de maşini este extrem de importantă datorită
numărului mari de aplicaŃii la care acestea sunt utilizate.
Exemplu: în cazul unui avion de mari dimensiuni (Airbus, Boeing, etc.) numărul de
asamblări cu şuruburi este de 2,4· 10 6 şuruburi.
Elementele unei asamblări sunt:
- şurubul - piesa tip arbore care are înfăşurat pe suprafaŃa exterioară, după o curbă
elicoidală, un profil (de formă triunghiulară, trapezoidală, pătrată, rotundă, etc.) numit filet;
- piuliŃa – piesă tip bucşă care are înfăşurat pe suprafaŃa interioară un profil similar cu
cel al şurubului.

6.1. GeneralităŃi, clasificare
În cadrul asamblărilor filetate se disting următoarele situaŃii:
• asamblare şurub-piuliŃă unde, prin rotirea uneia dintre piese (şurubul sau
piuliŃa), piesa conjugată capătă o deplasare axială, realizându-se
strângerea pieselor cuprinse de asamblare;
• asamblare şurub într-o gaură filetată a unei piese unde prin rotirea şurubului
acesta se deplasează axial fixând piesa cuprinsă de acesta.
• asamblare şurub fără cap (prezon) înşurubat în piesa de bază; Prin
înşurubarea piuliŃei se realizează strângerea celor două piese.
Principial acŃiunea şurubului este similară cu cea a unei pene, ambele bazându-se pe
efectul planului înclinat.

6.1.2. Filete
6.1. GeneralităŃi, clasificare
Filetul este un profil obŃinut prin înfăşurarea unui contur poligonal de o
anumită formă, pe o curbă directoare (curba elicoidală). Aceasta se obŃine
prin înfăşurarea unui plan înclinat pe un cilindru cu diametru d 3.
Mărimile caracteristice ale curbei elicoidale (spirei filetului) sunt:
• pasul p, reprezintă distanŃa pe înălŃime parcursă de spiră în jurul
cilindrului de bază la o rotire cu 360º;
• unghiul de înclinare a spirei β, este dat de relaŃia
p
tgβ
=
πd
Profilul care este lăsat să alunece pe această elice şi care va genera filetul se
numeşte profil generator. Forma acestor profile generatoare sunt:
triunghiular, pătrat, trapezoidal, rotund.
3

6.1. GeneralităŃi, clasificare
♦ Tipuri de filete:
● Filetul triunghiular
- execuŃie uşoară;
- rezistenŃă mecanică bună;
- autodesfacere redusă.
Utilizare: pentru şuruburi care
formează asamblări permanente
● Filetul pătrat
- execuŃie pretenŃiosă;
- rezistenŃă mecanică redusă;
- randament ridicat;
Utilizare: şuruburi de mişcare, având tendinŃa să fie înlocuite de filetele trapezoidale.
● Filetul trapezoidal
- rezistenŃă superioară filetului pătrat;
-randament comparabil cu cel al filetului pătrat;
- execuŃie mai uşoară decât a filetului pătrat.
Utilizare: şuruburile de mişcare
● Filetul rotund
-rezistenŃă mare la şocuri;
- funcŃionare în medii cu impurităŃi;
-preŃ de cost ridicat.
Utilizare: în electrotehnică (duliile becurilor) şi la piese supuse laşocuri sau posibile
deteriorări (şuruburi pentru material rulant).

♦ Clasificare a filetelor
FineŃea pasului
Sistemul de măsură
6.1. GeneralităŃi, clasificare
Criteriul
DirecŃia de înfăsurare,
Numărul de începuturi,
Forma corpului de înfăşurare,
dreapta
stânga
un început
două sau mai multe începuturi
cilindric
conic
pas mare
pas normal
pas fin
metric
inch

6.1.2.1. Filetul metric
6.1. GeneralităŃi, clasificare
Filetul metric sau filetul conform sistemului international (SI) a fost definit în anul 1898 la
Congresul de la Zurich. Caracteristicile geometrice ale acestuia sunt următoarele:
d- diametrul exterior care delimitează vârfurile filetulul şi reprezintă diametrul nominal;
d 1- diametrul interior al filetului corespunzător cercului de bază;
d 2- diametrul mediu
2
( d d ) / 2
d = +
1
p- pasul filetului;
H- înălŃimea profilului primitiv H =
0866 p
α- unghiul la vârf al prfilului primitiv α = 60º.
Pentru piuliŃă diametrele corespunzătoare sunt D, D1, D2. În cazul ueni asamblări
diametrele medii ale filetelor sunt egale
D2= d2 Filetele metrice se simbolizează asfel/;

6.1.2.2. Filetul Whitworth
6.1. GeneralităŃi, clasificare
Filetul Whitworth este un filet definit în Marea Britanie în jurul anului 1840 şi se
caracterizează prin următorii parametri:
- înălŃimea teoretică
- pasul
p
25,
4
=
z
unde z- numărul de spire
- unghiul la vârf al spirei
α
= 55°
t = 0,
96049 p

6.2. Şuruburi, piuliŃe şi şaibe
Şuruburile sunt organe de maşini formate dintr-o tijă filetată care are la capătul
nefiletat un element de blocare şi de acŃionare (capul şurubului).
PiuliŃele sunt piese mamă filetate care prin înşurubare pe şurub, au rolul de a
fixa piesele cuprinse în asamblare.
6.2.1. Clasificare şuruburilor
● Rolul funcŃional.
a) Şuruburi de fixare (de strângere) care se utilizează pentru asamblări.
b) Şuruburi de reglare utilizate pentru fixarea poziŃiei relative a unor piese, figura 9.8, b
(exemple: dispozitive de reglare a curselor subansamblurilor mecanice, închidereadeschiderea
contactelor electrice, etc.).
c) Şuruburi de mişcare folosite pentru transformarea mişcării de rotaŃie în mişcare de
translaŃie şi invers, (exemple: şurubul conducător al strugurilor, suruburi pentru prese,
cricuri, etc.).
d) Şuruburi pentru măsurare folosite la dispozitivele de măsură (exemplu: şurubul
micrometrelor).
e) Şuruburi cu destinaŃie specială.

6.2. Şuruburi, piuliŃe şi şaibe
● Forma şuruburilor. Şuruburile au următoarele zone caracteristice:
- Capetele şuruburilor
Acestea au rolul de blocare
a deplasării axiale a şurubului
sau de antrenare a acestuia,
cu ajutorul cheilor sau
şurubelniŃelor;
- Tijele şuruburilor;
Există următoarele forme de tije ale şuruburilor:
a- tijă filetată până sub cap;
b- tijă filetată parŃial cu diametrul identic cu diametrul
nominal al părŃii filetate;
c- tijă filetată parŃial cu diametrul mai mare decât
Diametrul nominal al părŃii filetate;
d, e - tije filetate parŃial cu degajare
- Vârfurile şuruburilor
Partea teminală a şuruburilor poate
să aibă formele următoare.

6.2.2. PiuliŃe
6.2. Şuruburi, piuliŃe şi şaibe
PiuliŃele, ca şi capetele de şuruburi au forme extrem de variate, în funcŃie de
scop, spaŃiu disponibil, sistem de asigurare. Din punct de vedere al claselor
de execuŃie acestea se realizează în trei clase de execuŃie: uzuală,
semiprecisă şi precisă. PiuliŃa hexagonală, ca cea mai utilizată, se execută
în urmatoarele forme: înaltă, hoasă, cu o singură faŃă sau cu ambele feŃe
teşite. În figura sunt prezentate diferite forme de piuliŃe utilizate pentru
realizarea asamblărilor.

9.2.3. Elemente de asigurare
6.2. Şuruburi, piuliŃe şi şaibe
În timpul funcŃionării sistemelor mecanice, datorită forŃelor dinamice şi vibraŃiilor,
asamblările au tendinŃa să se desfacă. Din acest motiv asamblările au nevoie de
elemente de asigurare împotriva desfacerii.
Principalele elemente de asigurare împotriva desfacerii piuliŃelor sunt:
• contrapiuliŃele;
• cuiele spintecate;
• şaibele de siguranŃă;
• forme speciale ale
suprafeŃei de aşezare a piuliŃelor;
• piuliŃe cu elemente de blocare
încorporate;

6.3. Materiale şi tehnologie de execuŃie
Parametri privind alegerea unui material folosit la execuŃia şuruburilor şi piuliŃelor:
• sarcina la care funcŃionează asamblarea;
• condiŃiile de funcŃionare( mediu, temperatură, umiditate);
• limita de curgere a materialului ;
• raportul dintre limita de curgere şi limita de rupere ;
• prelucrabilitatea şi tehnologiile utilizate pentru execuŃia lor;
• proprietăŃi speciale;
● OŃelurile. Din oŃeluri se execută majoritatea şuruburilor şi piuliŃelor. OŃelurile cele mai
utilizate sunt:
- oŃeluri carbon de uz general OL37, OL42, OL50, OL60;
- oŃeluri carbon de calitate de cementare (OLC15) şi îmbunătăŃire (OLC35, OLC45);
- oŃeluri pentru automate;
- oŃeluri aliate de cementare (19CN35) şi îmbunătăŃire (41MoC11);
- oŃeluri cu proprietaŃi speciale, rezistente la coroziune (inoxidabile) şi refractare.
Din punct de vedere a rezistenŃei şi definirea caracteristicilor fizico-mecanice, şuruburile
sunt împărŃite pe grupe de rezistenŃă. Simbolurile sunt grupuri de cifre şi litere.
Pentru şuruburi simbolizarea se face prin două cifre
Exemplu: pentru şuruburi grupa 6.8 rezistenŃa la rupere σr este de 600 MPa şi limita de
curgere σ c este de 200 MPa.
Pentru piuliŃe simbolizarea se face printr-o singură cifră
Exemplu: pentru piuliŃe grupa 5 rezistenŃa la rupere σ r este de 500 MPa.

6.3. Materiale şi tehnologie de execuŃie
● Alamele şi aliajele de aluminiu şi magneziu Acestea sunt utilizate, datorită
proprietăŃii de conductibilitate electrică, în industria electrotehnică, pentru asamblarea
componentelor electoconductoare.
● Aliaje de nichel. Aceste aliaje sunt utilizate pentru şuruburi care funcŃionează în medii
corozive.
● Aliaje de titan şi beriliu sunt folosite în cazul asamblărilor la care se impun cerinŃe de
greutate redusă.
● Materialele plastice. Acestea sunt utilizate în urmatoarele scopuri:
- impunerea de condiŃii de izolaŃie electrică, umiditate, rezistenŃă la agenŃi corozivi;
- elemente de asamblare pentru piese cu rezistenŃă mecanică mică şi casante (obiecte
sanitare) sau în industria bunurilor de larg consum;
- elemente de protecŃie contra zgârieturilor;
- elemente de etanşare (şaibe de etaşare), datorită capacităŃii de deformare a
acestora

6.4. Randamentul şuruburilor
6.4.1. Randamentul asamblării filetate
Strângerea unui ansamblu şurub-piuliŃă sau a unui şurub într-o gaură filetată, sau
ridicarea unei sarcini de către un dispozitiv de ridicare, este similară cu deplasarea
unui corp pe un plan înclinat. Asupra corpului acŃionează următoarele forŃe:
• sarcina care acŃioneză vertical F reprezentând forŃa de strângere;
• forŃa de împingere orizontală FH reprezentând forŃa tangenŃială de rotire a piuliŃei;
• forŃa de frecare Ff; Randamentul mecanic al asamblării, la o rotaŃie completă a piuliŃei, este
Lu
F ⋅ p
η = =
L
c
F
H
⋅
( / 2)
d
2 2
în care L u – lucurul mecanic util;
L c – lucrul mecanic consumat;
Din figură rezultă următoarele:
F H
π
p = π ⋅ d2
⋅tgβ
= F ⋅tg(
β + ϕ)
unde φ este unghiul de frecare şi µ coeficientul de frecare
µ = tgϕ
ϕ = arctgµ
F ⋅π
⋅ d2
⋅ tgβ
η =
F ⋅ tg β + ϕ ⋅π
⋅ d
tgβ
=
tg β + ϕ
( ) ( )
2
În cazul desfacerii asamblărilor sau coborârii unui corp cu ajutorul cricului, randamentul
este
tg( β − ϕ)
η =
tgβ

6.5. Autodesfacerea piuliŃelor şi şuruburilor
Unul din principalele dezavantaje ale asamblărilor filetate este că, în timpul funcŃionării sistemelor mecanice,
apare tendinŃa de slăbire a asamblărilor filetate şi la final desfacerea acestora.
Prin procesul de proiectate asamblările filetate au un unghi de înclinare a spirei filetului β suficient de mic şi
un coeficient de frecare suficient de mare pentru a se realiza, în condiŃii statice, autoblocarea.
În condiŃii reale, asupra asamblărilor acŃionează diferiŃi factori care favorizează desfacerea asamblării.
● Factori dependenŃi dependen i de asamblare. asamblare Aceştia sunt:
▪ unghiul de înclinare al elicei filetului surubului; Filetele cu pas mare au tendinŃa de
desfacere mai mare decât cele cu pas fin.
▪ strângerea iniŃială; Cu cât strângerea iniŃială este mai mare cu atât autodesfacerea este
mai redusă.
▪ calitatea suprafeŃelor; Dacă suprafeŃele de contact din zonele de strângere au rugozităŃi
prea mici (suprafeŃe prea fine) sau prea mari (suprafeŃe rugoase) apar următoarele
fenomene:
- în cazul rugozităŃilor prea mici, coeficientul de frecare dintre capul şurubului sau piuliŃei şi piesă este mic şi apar
alunecări între cele două suprafeŃe, slăvind asamblarea;
- în cazul rugozităŃilor prea mari, în zona de contact apar deformaŃii plastice care modifică strângerea iniŃială şi slabesc
asamblarea.
▪ tratamentele termice; Prin tratarea termică a pieselor în contact cresc parametri fizicomecanici,
dispar deformaŃiile plastice şi menŃin forŃa iniŃilă de strângere.
▪ coeficientul de frecare; Prin creşterea coeficientului de frecare dintre suprafeŃe creşte
rezistenŃa la desfacere.
● Factori externi. externi Principalii factori externi de influenŃă sunt:
• forŃele dinamice interne şi externe;
• vibraŃiile;
• dilatare diferenŃiată între şurub şi piuliŃă;
• dilataŃii şi contracŃii repetate;
Pentru evitarea autodesfacerii se apelează la soluŃii de blocare a asamblării cum ar fi:
- utilizarea contrapiuliŃelor, a cuielor spintecate, a şaibelor de asigurare cu umăr, a şaibelor de blocare,
conta autodesfacerii a piuliŃelor
- utilizarea şaibelor de siguranŃă;
- folosirea de piuliŃe autoblocante (ovalizate, cu pas modificat, cu element de asigurare din alt material);
- folosirea de materiale (lacuri, vopsele, grunduri, geluri) care prin întărire blochează autodesfacerea.

6.6. Solicitări şi calculul asamblărilor filetate
6.6.1. Şuruburi supuse la forŃe axiale centrice
În cazul şuruburilor cu filet triunghiular supuse la forŃe axiale centrice, determinarea solicitărilor principale se determină
pe baza următoarelor ipoteze:
• forŃa de calcul F acŃionează pe direcŃia axei şurubului;
• sarcina este repartizată uniform pe numărul de spire, fiecare spiră preluînd F/z din sarcină;
• încărcarea care acŃionează pe o spiră este uniform distribuită pe suprafaŃa de contact.
Solicitările principale care apar sunt: tracŃiune sau compresiune în şurub; strivire sau presiune de contact pe flacul
spirelor; încovoiere şi forfecare în spira filetului în spira filetului
♦ Solicitarea şurubului la tracŃiune sau compresiune
Conform relaŃiile din figură efortul unitar axial este dat de relaŃia σ t,
c =
4F
2 ≤ σ at,
c
unde: d1 este diametrul interior al surubului şi σat,c – rezistenŃa admisibilă la tracŃiune respectiv compresiune.
Se dimensionează diametrul interior al filetului
♦ Solicitarea spirei filetului la strivire (presiune de contact)
Pe baza ipotezelor şi a notaŃiilor din figură, solicitarea filetului la strivire este
♦ Determinarea înălŃimii piuliŃei
Pe baza condiŃiei de egală rezistenŃă a tijei
şurubului la tracŃiune si a filetului la strivire
π 2
d1 σ at,
c = πd
2H
1zσ
4
numarul de spire z este
σ at,
c
2
d1
z = m =
z ⋅ p
4d
H σ
2
1
as
as
πd
1
d
1
=
4F
πσ
at,
c
4F
σ s = ≤ σ 2
π
2
as
( d − d ) z
1

6.6. Solicitări şi calculul asamblărilor filetate
6.6.2. Şuruburi supuse la forŃe transversale
Se consideră solicitarea transversală a unui şurub, forŃa exterioară acŃionând perpendicular pe axa
şurubului (cazul şuruburilor pentru asamblarea flanşelor).
♦ Şuruburi montate cu joc
Se consideră cuplajul din figură. În cazul şuruburilor montate cu joc transmiterea momentului de
torsiune Mt se realizează prin intermediul forŃelor de frecare Ff dintre cele două flanşe ale
cuplajului. ForŃele de frecare se datoresc forŃelor de strângere Fa din şuruburi.
Şurubul se dimensionează pe baza condiŃiei de rezistenŃă la tracŃiune, forŃa de tracŃiune fiind Fa .
Considerându-se ca dată de intrare momentul de torsiune, forŃa tangenŃială este
Ft 2M t D0
CondiŃia de transmitere a cuplului este
=
M M ≥
Dacă se consideră că axială este forŃă normală pentru forŃa de frecare, valoarea acesteia este
F ⋅ β = µ F
f
unde β este coeficient de majorare a forŃei pentru a se asigura evitarea alunecării β = 1,2...2
Efortul unitar de tracŃiune din şurub este dat de relaŃia urmatoare:
Fa
4Fa
σ t = = ≤ σ 2 at
A πd
n
unde n- numărul de şuruburi.
diametrul interior al filetului
şurubului
d
1
=
8M
µπ 0
t
D σ
at
1
a
f
t

6.6. Solicitări şi calculul asamblărilor filetate
♦ Şuruburi montate făra joc (pasuite)
În cazul suruburilor montate fără joc transmiterea momentului de torsiune Mt se
realizează prin intermediul şuruburilor care preiau întregul efort. Solicitările care apar
în surub sunt forfecare şi strivire.
● Solicitarea la forfecare. Solicitarea de forfecare apare în secŃiunea planului de
separaŃie acelor două flanşe. Efortul unitar lde forfecare este
Considerind
4F
t
t
τ f = = ≤ 2
A f πd1
n
si n –numărul de şuruburi, diametrul interior al şurubului este
● Solicitarea de strivire. Strivirea apare între suprafeŃele laterale ale şurubului şi flanşelor.
Efortul unitar de strivire este dat de relaŃia
8M
t
d1
=
D nτ
RelaŃia reprezinta relaŃie de
Verificare dar poate fi utilizată
Pentru dimensionarea lăŃimii
h a flanşei.
F
F
F
Ft t =
2M D
π 0
2M
t t
t
σ s = = = ≤
As
dhn dD0hn
af
σ
as
0
τ
af

6.7. Chei pentru strângerea şuruburilor şi piuliŃelor
Cheile sunt scule pentru strângerea şi desfacerea şuruburilor si piuliŃelor. Arestea au o
diversitate mare de forme si dimensiuni, în funcŃie de următoarele criterii:
- forma capului şurubului sau piuliŃei;
- mărimea acestora;
- forma tehnologică necesară pentru accesul în diferitele zone de lucru;
- gabaritul de manevră.
Există două categorii mari de chei:
- chei fixe;
- capete profilete
- chei cu deschidere reglabilă.
9.6.1. Chei fixe
Cheile fixe sunt cele mai răspândite chei utilizate pentru strânferea sau desfacerea
suruburilor. Acestea sunt de mai multe tipuri.
▪ Chei deschise sunt folosite pentru şuruburi si piuliŃe hexagonale şi pătrate. Acestea sunt
simple şi duble care au la un capăt o dimensiune şi la celălalt altă dimensiune.
▪ Cheile inelare simple sau duble au profil identic cu cel al capului surubului. Acestea sunt
folosite de obicei pentru şuruburi sau piuliŃe cu formă hexagonală, pătrată. Avantajul
acestor tipuri de chei este că presiunea de contact nu se repartizează numai pe două
feŃe ca în cazul cheilor deschise ci pe toate suprafeŃele poligonului. Acestea sunt drepte
sau curbe.
▪ Cheile tubulare au profilul identic cu al capului şurubului. Acestea au avantajul că pot
desface şuruburi care au capul îngropat.
▪ Chei hexagonale sunt utilizate pentru acŃionarea şuruburilor cu locaş hexagonal (imbus).
▪ Chei pentru piuliŃe rotunde a căror formă depinde de forma piuliŃei.
- chei pentru piuliŃe canelate sau găurite radial;
- chei pentru piuliŃe crenelate;
- chei pentru piuliŃe găurite axial.

6.7. Chei pentru strângerea şuruburilor şi piuliŃelor

6.7. Chei pentru strângerea şuruburilor şi piuliŃelor
9.6.2 Capete profilate
Capetele profilete pot fi încadrate în categoria capetelor de şurubelniŃă întrucât
majoritatea acestora sunt acŃionate cu ajutorul mânerelor sau maşinilor de înşurubat
tip şurubelniŃă. Capetele profilete au o diversitate foarte mare, în funcŃie de tipul de
cap de şurub care urmează să fie acŃionat. În general cuplul de strângere este relativ
mic, aceasă categorie de capete de înşurubare neputând să fie utilizate la forŃe de
strângere mari.

6.7. Chei pentru strângerea şuruburilor şi piuliŃelor
9.6.3. Chei cu deschidere reglabilă
Cheile cu deschidere reglabilă sunt chei universale care permit strângerea sau
desfacerea unei game dimensionale mari de capete de şuruburi. Există următoarele
tipuri de chei reglabile, considerate „clasice”:
• cheie cu melc striat, figura 9.20, a;
• cheie cu melc striat şi reglare rapidă, figura 9.20, b;
• cheie cu strângere pe şurub (cheie franceză), figura 9.20, c;
• cheie cu strângere cu ambele fălci mobile (cheie englezească), figura 9.20, d.