2. ASAMBLRI [1, 2, 4, 6]

Asamblrile se folosesc pentru legarea ansamblelor i subansamblelor mainilor i utilajelor, pentru legarea elementelor componente ale ansamblelor i subansamblelor , a pieselor componente ale organelor de maini compuse sau ale construciilor metalice. Asamblrile folosite n construcia de maini se clasific n asamblri nedemontabile (mbinri) i asamblri demontabile. mbinrile nu permit demontarea dect prin distrugerea parial sau total a pieselor componente i pot fi obinute prin intermediul mijloacelor mecanice (mbinri nituite, mbinri prin coasere) sau prin folosirea forelor de coeziune sau a celor de aderen fizico-chimic (mbinri sudate, prin lipire sau ncleiere). mbinrile sunt, n general, mai ieftine comparativ cu asamblrile demontabile i se folosesc, de regul, cnd divizarea construciei este impus de considerente tehnologice (posibilitatea, raionalitatea i economicitatea execuiei). Asamblrile demontabile permit montarea i demontarea ulterioar, fr distrugerea organelor de asamblare i a pieselor asamblate, ori de cte ori este necesar. Dei, n general, sunt mai scumpe dect asamblrile nedemontabile, de multe ori, datorit condiiilor impuse de realizarea pieselor compuse, a subansamblelor i ansamblelor (de montare, de ntreinere, de deservire etc.), sunt folosite asamblrile demontabile, care pot fi: filetate, prin pene longitudinale, prin caneluri, prin tifturi, prin boluri, prin strngere proprie etc.

2.1. ASAMBLRI FILETATE

2.1.1. Caracterizare i domenii de folosire

Asamblrile filetate sunt asamblri demontabile, realizate prin intermediul a dou piese filetate, conjugate, una filetat la exterior (urub), iar piesa conjugat, filetat la interior, poate fi o piuli sau o alt pies cu rol funcional de piuli.

Aceste asamblri sunt folosite pe scar larg n construcia de maini, datorit avantajelor pe care le prezint: realizeaz fore de strngere mari; sunt sigure n exploatare; sunt ieftine, deoarece se execut de firme specializate, n producie de mas; sunt interschimbabile; asigur condiia de autofixare. Dezavantajele acestor tipuri de asamblri se refer, n principal, la: filetul, prin forma sa, este un puternic concentrator de tensiuni; nu se pot stabili cu precizie mrimile forelor de strngere realizate; necesit asigurri suplimentare mpotriva autodesfacerii.

Asamblrile filetate dintre dou sau mai multe piese se pot realiza n urmtoarele variante: cu urub montat cu joc i piuli (fig.2.1, a); cu urub montat fr joc i piuli (fig.2.1, b); cu urub nurubat n una din piese (fig.2.1, c); cu prezon i piuli (fig.2.1, d).

Organe de maini

16

Transmisiile urub-piuli sunt transmisii mecanice care transform micarea de rotaie n micare de translaie, concomitent cu transmiterea unei sarcini. Acestea se folosesc n construcia mainilor unelte i la mecanismele de ridicat, datorit avantajelor pe care le prezint: transmit sarcini mari; au funcionare silenioas; ndeplinesc condiia de autofrnare.

Cele mai importante dezavantaje se refer la: randament redus; construcie complicat a piulielor cu autoreglare, care preiau jocul dintre spire.

Elementul determinant al transmisiilor urub-piuli este cupla elicoidal, care poate fi cu frecare de alunecare sau cu frecare de rostogolire (transmisii prin uruburi cu bile). Transmisiile prin uruburi cu bile au randament ridicat, dar nu asigur autofrnarea, fiind utilizate la maini unelte i la unele mecanisme de direcie ale autovehiculelor.

2.1.2. Filete: mod de generare, elemente geometrice, clasificare, caracterizare

Filetul reprezint partea principal i definitorie a urubului i piuliei.

2.1.2.1. Modul de generare al filetului Dac se nfoar, pe o suprafa directoare cilindric sau conic, exterioar sau interioar

un plan nclinat cu unghiul , se obine, pe acea suprafa, o linie elicoidal, numit elice directoare (fig.2.2, a). Dac pe elicea direc-toare alunec un profil oarecare, numit profil gene-rator, urma lsat de acesta define-

te spira filetului (fig.2.2, b). nurubarea deurubarea const, practic, n deplasarea piuliei pe elicea directoare, care este,

a b c d

Fig. 2.1

a b

Fig. 2.2

Asamblri

17

de fapt, un plan nclinat, nfurat pe o suprafa de revoluie; rezult, deci, analogia funcional dintre nurubare deurubare i urcarea, respectiv coborrea unui corp pe un plan nclinat.

2.1.2.2. Parametrii geometrici ai filetului Parametrii geometrici ai filetelor sunt standardizai i prezentai n fig.2.3 (pentru filetul triunghiular metric), semnificaia acestora fiind urmtoarea: d, D diametrul exterior (nominal) al filetului urubului, respectiv al piuliei; d2, D2 diametrul mediu al filetului, adic diametrul cilindrului pe a crui generatoare plinul i golul sunt egale; d1, D1 diametrul interior al filetului urubului, respectiv al piuliei; p- pasul filetului, adic distana dintre punctele omologe a dou spire vecine; H nlimea profilului generator; H1 nlimea efectiv a spirei filetului urubului; H2 nlimea util, adic nlimea de contact dintre spirele filetelor urubului i piuliei; - unghiul profilului generator; - unghiul de nclinare al spirei filetului; este variabil, fiind funcie de cilindrul pe care se consider, deoarece pasul filetului rmne acelai, lungimea de nfurare modificndu-se (fig.2.4). n calcule, se consider unghiul de nclinare corespunztor diametrului mediu d2, determinat cu relaia

22 d

parctg

pi = . (2.1)

2.1.2.3. Clasificarea filetelor Clasificarea filetelor se face dup o serie de criterii, prezentate n continuare.

n funcie de destinaie, se deosebesc filete de fixare (la asamblri filetate), filete de micare (la transmisii urub-piuli), filete de msurare (la aparate de msur) i filete de reglare (pentru poziionarea relativ a unor piese).

n funcie de numrul de nceputuri, filetele pot fi cu un nceput (n general), cu dou sau mai multe nceputuri (la filetele de micare). Filetele cu mai multe nceputuri (fig.2.5) au un randament mai ridicat, dar exist pericolul nendeplinirii condiiei de autofrnare. n cazul filetelor cu mai multe

Fig. 2.3

Fig. 2.4

Fig. 2.5

a b

Fig.2.6

Organe de maini

18

nceputuri, ntre pasul real p al unei spire i pasul aparent pal filetului (v. fig.2.5) exist relaia p = ip, n care i reprezint numrul de nceputuri; la aceste filete, cursa (deplasarea corespunztoare unei rotaii complete) este mai mare.

n funcie de sensul de nfurare al spirei, se deosebesc filete obinuite, cu sensul de nfurare dreapta (fig. 2.6, a) i filete cu sensul de nfurare stnga (fig. 2.6, b), utilizate atunci cnd acest sens este impus de condiiile de funcionare.

n funcie de sistemul de msurare, filetele pot avea dimensiunile msurate n milimetri (de regul, n construcia de maini) sau n oli (la unele maini din import i la evi).

n funcie de forma suprafeei directoare, se deosebesc filete cilindrice i filete conice (folosite cnd se impun condiii de etanare sau de compensare a jocurilor aprute datorit uzurii).

n funcie de mrimea pasului filetului, se deosebesc filete cu pas mare, cu pas normal i cu pas fin. Filetele cu pas mare mbuntesc viteza deplasrii axiale la acionare, dar exist pericolul nendeplinirii condiiei de autofrnare. Filetele cu pas fin (utilizate ca filete de msurare sau reglare i la piese cu perei subiri) mresc rezistena piesei filetate, asigur ndeplinirea condiiei de autofixare, dar micoreaz rezistena spirei.

n funcie de profilul generator al spirei filetului, se deosebesc: filete triunghiulare, ptrate, trapezoidale, rotunde, ferstru. Filetul triunghiular se folosete la asamblrile filetate, iar celelalte filete (ptrat, trapezoidal, rotund i ferstru) la transmisiile urub piuli.

2.1.2.4. Caracterizarea principalelor tipuri de filete Filetele triunghiulare sunt folosite ca filete de fixare, deoarece asigur o bun autofixare. Profilul filetului este un triunghiu echilateral (=60o), pentru filete metrice (v. fig.2.3) i un triunghi isoscel (=55o), pentru filetul Witworth, msurat n oli. Filetele metrice se pot executa cu pas normal (simbolizate prin M d) sau cu pas fin (simbolizate prin M dxp). Forma fundului filetului urubului poate fi dreapt sau rotunjit (v. fig.2.3), rotunjire ce micoreaz concentratorul de tensiuni, mai ales n cazul acionrii unor sarcini dinamice. Filetul n oli pentru evi care se execut cu pas fin, cu fundul i vrful filetului rotunjite, fr joc la fundul filetului, este folosit

pentru fixare etanare. Se noteaz prin G i diametrul interior al evii, n oli (de exemplu, pentru o eav cu diametrul interior de 3/4, notaia va fi G 3/4).

Filetul trapezoidal (fig.2.7)este principalul filet de micare, profilul filetului fiind un trapez, obinut prin teirea unui triunghi isoscel, cu unghiul =30o. Se utilizeaz pentru transmiterea unor sarcini mari, spira filetului fiind mai rigid i mai rezistent dect a filetului ptrat;

Fig.2.7

Asamblri

19

asigur o centrare mai bun ntre piuli i urub, motiv pentru care acest profil este cel mai frecvent utilizat la transmisiile urub-piuli. Se execut cu pas mare, normal sau fin (se simbolizeaz prin Tr dxp), putnd fi prelucrat i prin frezare, cu productivitate mare. 2.1.3. Fore i momente n asamblrile filetate

2.1.3.1. Momentul la cheie

La strngerea sau desfacerea, cu cheia, a unei asamblri filetate (fig.2.8), asupra elementelor componente acioneaz att sarcini exterioare ct i sarcini de legtur (reaciuni n cuple). Sarcina exterioar este momentul la cheie (momentul motor) Mm, determinat cu relaia

LFM mm = , (2.2) n care Fm reprezint fora exterioar, care acioneaz la captul cheii, de lungime L. Ca urmare a strngerii piuliei, n asamblarea filetat apare o for axial F, care ntinde tija urubului i comprim piesele asamblate. Sub aciunea forei F, n asamblrile filetate apar dou momente rezistente: Mn (de) - momentul de nurubare sau deurubare, care apare n cupla elicoidal; Mf - momentul de frecare (de pivotare), care apare ntre piesa rotitoare (capul urubului sau piulia) i suprafaa pe care aceasta se sprijin. Momentul de nurubare (deurubare) acioneaz asupra urubului i piuliei, iar momentul de frecare acioneaz asupra piuliei (sau la unele asmblri asupra capului urubului) i asupra piesei pe care aceasta se sprijin. Sub aciunea momentului motor i a momentelor rezistente, elementul motor (piulia) este n echilibru; se poate scrie, deci, relaia de echilibru de momente

Mm = Mn (de) + Mf. (2.3) 2.1.3.2. Momentul de nurubare deurubare

Din modul de generare al filetului, rezult echivalena dintre fenomenele ce apar la nurubare deurubare i urcarea, respectiv coborrea unui corp pe un plan nclinat. Aceast analogie (fig.2.9) se face cu respectarea urmtoarelor condiii:

unghiul planului nclinat este egal cu unghiul mediu de nclinare al spirei filetului; greutatea corpului de pe planul nclinat este egal cu fora axial care ncarc asamblarea.

Schema de calcul (v. fig.2.9) este ntocmit pentru filetul ptrat (=0o); forele care acioneaz asupra elementului de piuli, respectiv asupra corpului de pe planul nclinat, au urmtoarele semnificaii:

H, H - fora tangenial care, aplicat la braul d2/2, creaz momentul de nurubare, respectiv deurubare i este egal cu fora care urc, respectiv coboar corpul pe planul nclinat;

N - reaciunea normal a planului nclinat;

Fig. 2.8

Organe de maini

20

Ff - fora de frecare, care se opune deplasrii corpului pe planul nclinat (Ff = N, fiind coeficientul de frecare);

R - reaciunea cu frecare ( )NNR += , care face unghiul cu normala, = arctg fiind denumit unghi de frecare.

Condiia de echilibru a corpului, n micare uniform de urcare pe planul nclinat (fig.2.9, b), este reprezentat de ecuaia

0=F ; 0=++ RHF . (2.4) Poligonul forelor (fig.2.9, c), construit pe baza ecuaiei (2.4), permite determinarea mrimii forei de mpingere a corpului pe planul nclinat

( )+= 2tgFH , (2.5) respectiv a momentului de nurubare

( ).dFdHM ins 222 tg22 +== (2.6) Ecuaia de echilibru a corpului, n micare uniform de coborre pe planul nclinat (fig.2.9, d), este

0=F ; 0' =++ RHF . (2.7) Pe baza acestei ecuaii, s-a construit poligonul forelor, prezentat n fig. 2.9, e. Mrimea forei

H rezult din poligonul forelor ( )2tg = F'H , (2.8)

iar expresia momentului de deurubare devine

b c

a

d e

Fig. 2.9

Asamblri

21

( ).tg22

' 222 == dFdHM des (2.9)

n cazul filetelor cu unghiul dintre flancuri 0, fora axial F nu mai este normal la suprafaa de contact dintre spire, ca n cazul filetului ptrat (caz pentru care s-au realizat calculele anterioare).

n aceast situaie, fora de frecare se determin n funcie de fora normal pe flancul spirei (fig.2.10), rezultnd

FFF f '2/cos22

== (2.10)

unde 2/cos

'

= reprezint coeficientul de frecare

aparent; valoarea acestuia crete cu mrimea unghiului , fapt ce determin utilizarea filetelor metrice ( = 600) ca filete de fixare. Corespunztor coeficientului de frecare aparent , se definete unghiul de frecare aparent , care se determin cu relaia

( )2/cos/'' arctgarctg == . (2.11) Relaiile (2.6) i (2.9) pot fi generalizate pentru toate tipurile de filete, sub forma:

( ),'tg2 22 += dFM ins (2.12)

( ).'tg2 22 = dFM des (2.13)

Din relaiile (2.6) i (2.9), respectiv (2.12) i (2.13), rezult inegalitatea Mde < Mn. 2.1.3.3. Condiia de autofixare Din punct de vedere fizic, condiia de autofixare este ndeplinit dac asamblarea filetat nu se desface sub aciunea forei axiale care o ncarc sau, n cazul planului nclinat, corpul nu coboar sub aciunea propriei greuti (v. fig.2.9, d). Deci, pentru a desface asamblarea, trebuie s se acioneze, din exterior, cu un moment de deurubare. Din punct de vedere matematic, acionarea din exterior cu un moment de deurubare este echivalent cu inegalitatea Mde > 0. Impunnd aceast condiie, n care se introduce expresia momentului de deurubare, dat de relaia (2.13), rezult

( ).'tg2 22 = dFM des >0 (2.14)

i deci 2' > , (2.15)

inegalitate care exprim ndeplinirea condiiei de autofixare. Condiia (2.15) este valabil doar n cazul unor solicitri statice; n cazul unor solicitri dinamice, chiar dac este ndeplinit condiia de autofixare, se produce, n timp, autodesfacerea asamblrii, ca urmare a unor fenomene complexe, cum ar fi ocuri i vibraii, micorarea frecrii

Fig. 2.10

Organe de maini

22

ntre suprafeele n contact etc., motiv care impune o asigurare suplimentar a acestor asamblri mpotriva autodesfacerii.

2.1.3.4. Momentul de frecare pe suprafaa de aezare a piuliei Momentul de frecare este un moment de pivotare, suprafaa de frecare fiind o coroan circular, dimensiunile acesteia fiind diametrul interior d0, egal cu diametrul gurii de trecere i diametrul exterior, egal cu deschiderea cheii S, ambele fiind standardizate (fig.2.11). Momentul de frecare se determin adoptnd urmtoarele ipoteze simpificatoare:

coeficientul de frecare este constant (1=const.); presiunea se distribuie uniform pe suprafaa de contact,

adic

( ) .const4

20

2=

pi=

dS

Fp (2.16)

Momentul de frecare elementar dMf rezult, innd seama de schema de calcul din fig.2.11, b, egal cu

.2 211 drrprdAprFddM ff pi=== (2.17) innd seama de ipotezele adoptate, momentul de frecare se obine prin integrarea relaiei momentului de frecare elementar

( ).12

2 303

12

2

21

0dSpdrrpdMM

S

dA

ff pi

=pi== (2.18) nlocuind relaia (2.16) n relaia (2.18), se obine

20

2

30

3

131

dSdS

FM f

= . (2.19)

Prin nlocuirea n relaia (2.3) a relaiilor (2.2), (2.12), (2.13) i (2.19), rezult

( ) .31

'tg2 20

2

30

3

122

+==dSdSd

FLFM mm (2.20)

Pentru valori medii statistice ale parametrilor din relaia (2.20) i utiliznd chei standardizate (L12d), rezult c F80Fm, adic la uruburile de diametre mici exist pericolul ruperii tijei urubului, n timpul strngerii; n asemenea situaii, se recomand utilizarea cheilor dinamometrice sau a cheilor limitative, realizndu-se n acest fel un control al momentului aplicat asupra piuliei. Relaia (2.20) permite determinarea unuia din cei trei parametrii, F, Fm sau L, cnd se cunosc sau se impun ceilali doi: dac se cunosc dimensiunile i materialul urubului de fixare, se poate determina, din condiia de rezisten a acestuia, fora F i apoi fora Fm, utiliznd pentru strngere chei standardizate.

b Fig. 2.11

a

Asamblri

23

2.1.4. Materiale i elemente de tehnologie

Materialele pentru organele de asamblare se aleg, n principal, n funcie de condiiile funcionale. uruburile uzuale, la care nu se cunoate anticipat domeniul de folosire, se execut din OL 37 sau OL 42; pentru uruburile la care este necesar o rezisten mai mare, se recomand utilizarea oelurilor OL 50, OLC 35, OLC 45 sau a oelurilor pentru automate AUT 20, AUT 30 etc. uruburile puternic solicitate, precum i cele de importan deosebit, se execut din oeluri aliate, 40 Cr 10, 33 MoCr 11, 13 CrNi 30, tratate termic. n afar de oeluri, uruburile i piuliele se mai execut i din metale uoare, aliaje neferoase sau materiale plastice. Oelurile folosite n construcia uruburilor i piulielor de fixare sunt mprite, n funcie de caracteristicile mecanice ale acestora, n mai multe grupe, fiecare grup coninnd materiale cu caracteristici apropiate.

Conform standardului, fiecare grup de oeluri pentru uruburi este simbolizat prin dou cifre, desprie de un punct (de ex.: 4.8; 6.6; 8.8 etc), iar pentru piulie printr-o cifr (de ex.: 4; 6; 8 etc). De fapt, cifrele indic caracteristicile mecanice ale materialelor din grupa respectiv; astfel, prima cifr a grupei pentru uruburi i cifra grupei pentru piulie, nmulite cu 100, dau rezistena limit de rupere a materialelor din grupa respectiv, iar nmulind cu 10 produsul celor dou cifre ale grupei pentru uruburi, rezult limita de curgere a oelurilor din respectiva grup (de ex., pentru grupa 6.8: r min=6100=600 MPa; 02=6810=480 MPa). aibele plate se execut din OL 34, AUT 08 etc., iar aibele Grower i alte aibe elastice se execut din oel de arc OLC 65A. Tehnologia de execuie a filetelor se alege, n primul rnd, n funcie de seria de fabricaie. n cazul unor unicate sau serii mici, se recomand filetarea cu filiera pentru urub i cu tarodul pentru piuli sau filetarea prin strunjire, cu cuit de filetat. n cazul unor serii de fabricaie mai mari, filetarea se poate face pe strung, cu scule speciale (cuit pieptene sau cuit disc), pe maini automate sau prin rulare; rularea asigur o mare productivitate i pstreaz continuitatea fibrelor materialului. Organele de asamblare filetate, cu destinaie general, se execut de firme specializate.

2.1.5. Calculul asamblrilor filetate

2.1.5.1. Forme i cauze de deteriorare

Cercetrile experimentale i analiza asamblrilor filetate distruse au condus la concluzia c formele de deterioare a organelor de asamblare filetate sunt: ruperea tijei urubului i distrugerea filetului piuliei sau urubului. Cauza principal care conduce la ruperi este oboseala materialului, datorit aciunii unor sarcini variabile i este favorizat de existena unor puternici concentratori de tensiuni. n cazul unor sarcini statice, ruperile se produc mai rar. n figura 2.12 este prezentat distribuia tensiunilor, n lungul tijei urubului unei asamblri filetate, i corespunztor acestei distribuii neuniforme frecvena ruperilor tijei urubului, n diferitele seciuni periculoase. Considernd ca tensiune de baz tensiunea 0 din tija nefiletat a urubului, n seciunile cu concentratori de tensiuni apar valori ale tensiunilor de pn la 5 ori mai mari dect tensiunea de baz. Cea mai mare tensiune (50) i, ca urmare, cea mai mare frecven a ruperilor apare n zona primei spire a urubului n contact cu piulia. Concentrarea tensiunilor n

Organe de maini

24

aceast zon se explic prin distribuia neuniform a sarcinii ntre spirele n contact ale urubului i piuliei, prima spir n cazul piulielor comprimate prelund peste 1/3 din sarcin, iar a zecea spir mai puin de 1/100 din aceast sarcin. n plus, tensiunile care apar n tija urubului au valori maxime n zona de la fundul filetului, acestea provocnd i ruperile spirelor filetului. Alte zone cu frecvena ruperilor mare sunt: zona de trecere de la poriunea filetat a tijei la poriunea nefiletat, concentratorul de tensiuni fiind reprezentat de ieirea filetului; zona de trecere de la tij la capul urubului, concentratorul de tensiuni din aceast zon fiind tocmai diferena de dimensiuni. Pentru a se prentmpina deterioarea organelor de asamblare filetate, trebuie s se calculeze, conform regimului de solicitare, att tija urubului

ct i spirele filetului (numai pentru uruburile de micare); n plus, trebuie luate msuri tehnologice i constructive pentru diminuarea concentratorilor de tensiuni.

2.1.5.2. Calculul uruburilor solicitate de o for axial i de un moment de torsiune Aceast situaie de solicitare, frecvent ntlnit n practic, cuprinde uruburile de fixare montate cu joc n timpul montajului (v. fig.2.12). Tija urubului este solicitat la traciune sau compresiune, de ctre fora din urub i la torsiune, de ctre momentul de torsiune, care poate fi moment de nurubare sau momentul de frecare. Tensiunea de traciune (compresiune) se stabilete cu relaia

,

42

1, d

Fct

pi=

(2.21)

iar tensiunea de torsiune cu relaia

.

1631d

MWM t

p

tt

pi== (2.22)

Tensiunile de traciune (compresiune) i torsiune aprnd simultan, se determin o tensiune echivalent, dup teorei a III-a de rupere, rezultnd

2

12

1

2

31

2

21

22,

441416444

+=

+

=+=

FdM

dF

dM

dF tt

tctepipipi

(2.23)

sau

.

4,,2

1ctacte d

F=

pi=

(2.24)

Fig. 2.12

Asamblri

25

n relaia (2.24), coeficientul indic aportul tensiunii de torsiune la tensiunea echivalent, valoarea acestui coeficient depinznd de natura momentului de torsiune care solicit tija urubului, dup cum urmeaz:

dac momentul de torsiune este un moment de nurubare, situaie ntlnit n cazul uruburilor de fixare montate cu prestrngere, valoarea coeficientului este 1,3;

dac momentul de torsiune este un moment de frecare de alunecare sau de rostogolire, coeficientul ia valori n intervalul = 11,1, cu valori minime n cazul frecrii de rostogolire i valori maxime n cazul frecrii de alunecare.

Relaia (2.24), cu luarea n considerare a valorii coeficientului , permite ca tija uruburilor s fie calculat numai la traciune, dar cu o for majorat numit for de calcul (Fc = F) - rezultnd

atc

t dF

dF

pi

pi

== 21

21

44, (2.25)

pentru verificare i

,

41

at

Fdpi

= (2.26)

pentru dimensionare. Rezistena admisibil at se determin n funcie de materialul urubului i de importana asamblrii, cu relaia

,02

cat

=

(2.27)

n care 02 este tensiunea limit de curgere a materialului urubului, iar c este un coeficient de siguran, dependent de mrimea urubului (la uruburi mari valori mici, iar la uruburi mici valori mari) i de importana asamblrii (cu att mai mare cu ct importana asamblrii este mai mare), cu valori cuprinse n intervalul c = 1,25.

2.1.5.3. Calculul asamblrilor filetate ncrcate transversal La aceste asamblri, sarcina exterioar acioneaz perpendicular pe axele uruburilor. n funcie de modul de montare al uruburilor, n practic se ntlnesc dou cazuri distincte, i anume:

uruburi montate cu joc; uruburi montate fr joc (uruburi de psuire).

Asamblri filetate ncrcate transversal, cu uruburi montate cu joc. n cazul acestor asamblri (fig.2.13), sarcina exterioar Q se transmite de la o tabl la alta prin contact cu frecare. Asamblarea funcioneaz corect dac sub aciunea forei exterioare Q ntre table nu apare o deplasare relativ. Matematic, acest principiu de funcionare se exprim prin inegalitatea

Ff Q, (2.28) n care Ff reprezint fora de frecare dintre table.

Organe de maini

26

Pentru ndeplinirea inegalitii (2.28), uruburile se monteaz cu prestrngere, n tija acestora aprnd fora de ntindere F0, iar n asamblare fora de compresiune F0. n cazul unei asamblri realizate cu z uruburi, fiecare prestrns cu fora F0, rezult pentru fora de frecare relaia

Ff = F0 z i, (2.29) n care este coeficientul de frecare dintre table, z este numrul de uruburi i i este numrul de perechi de suprafee de frecare (i = 2, pentru asamblarea din fig.2.13). Introducnd relaia (2.29) n inegalitatea (2.28) i impunnd un coeficient de siguran la alunecarea tablelor =1,25, rezult fora necesar de prestrngere pentru un urub

.0 izQF

= (2.30)

Tija urubului este solicitat la traciune, iar n timpul montajului i la torsiune, de ctre momentul de nurubare; relaia de verificare este

,

3,142

1

0tat d

F

pi

= (2.31)

iar pentru dimensionare

.

3,14 01

ta

Fdpi

= (2.32)

Relaia (2.30) permite tragerea unor concluzii deosebit de importante. Astfel, pentru z = 1, i = 1, = 1 i = 0,2, rezult F0 = 5Q, adic fora de prestrngere este mare comparativ cu sarcina de transmis, conducnd la uruburi de diametre mari, ceea ce reprezint un dezavantaj al acestor asamblri; avantajul lor const n faptul c necesit o precizie de prelucrare sczut, datorit montajului cu joc al uruburilor.

Asamblri filetate ncrcate transversal, cu uruburi montate fr joc. uruburile montate fr joc, numite i uruburi de psuire, se caracterizeaz prin faptul c tija nefiletat a urubului este mai mare n diametru dect tija filetat a acestuia. Sarcina exterioar Q se transmite, prin contact fr frecare, de la o tabl la tija nefiletat a uruburilor i, n mod similar, de la tija nefiletat a uruburilor la cealalt tabl (fig.2.14).

Fig. 2.13

Fig. 2.14

Asamblri

27

Tija nefiletat a uruburilor este solicitat la forfecare, iar suprafeele de contact dintre urub i table sunt solicitate la strivire. Solicitarea de forfecare este solicitarea principal, tensiunea efectiv de forfecare avnd expresia

,

420

faf izDQ

AQ

pi

==

(2.33)

n care z reprezint numrul de uruburi, iar i - numrul seciunilor de forfecare (i = 2, pentru asamblarea din fig.2.14). Pentru dimensionare, din relaia (2.33), rezut diametrul tijei nefiletate a uruburilor

afizQDpi

=

40 , (2.34)

n funcie de care se alege un urub standardizat. Solicitarea de strivire este mai puin important, efectundu-se doar un calcul de verificare la aceast solicitare. Relaia de verificare este

,

0sa

mins

zlDQ

AQ

== (2.35)

n care lmin reprezint lungimea minim de contact dintre tija urubului i table (lmin = min(l1, l2)). Comparativ cu asamblrile cu uruburi montate cu joc, n cazul asamblrilor prin uruburi montate fr joc, se obin uruburi de dimensiuni mai mici (fiind calculate doar la fora Q), dar tehnologia este mai pretenioas (tijele uruburilor se rectific, iar gurile se alezeaz). Rezistena admisibil la forfecare af se alege n funcie de materialul urubului i de tipul solicitrii. Astfel: af = (0,20,3) 02 pentru sarcini variabile i af = 0,4 02 pentru sarcini statice.

Rezistena admisibil la strivire se alege n funcie de materialul piesei mai puin rezistente (urub sau table) as = (0,30,4) 02. 2.1.6. Elemente constructive

2.1.6.1. uruburi, piulie, aibe

uruburile se pot clasifica dup forma constructiv a capului, tijei i vrfului. Principalele forme constructive ale capului uruburilor sunt prezentate n fig.2.15, cel mai frecvent utilizat fiind urubul cu cap hexagonal (fig.2.15, a, b, c), deoarece necesit cel mai redus spaiu pentru manevrare cu cheia fix la montare, respectiv la demontare.

La montri i demontri repetate se utilizeaz uruburile cu cap ptrat (fig.2.15, d), deoarece suprafaa de contact dintre capul urubului i cheie este mai mare i se asigur o durabilitate ridicat a urubului.

Capul uruburilor poate fi prevzut cu prag intermediar (v. fig.2.15, b), pentru micorarea concentratorului de tensiuni reprezentat de trecerea de la diametrul tijei la capul urubului sau cu guler (v. fig.2.15, c), n cazul asamblrii unor piese din materiale moi (lemn, aluminiu etc.), pentru micorarea presiunii pe suprafaa de aezare. Cnd se impune un aspect exterior ct mai estetic al asamblrii, se recomand utilizarea uruburilor cu cap cilindric (fig.2.15, e i f), semirotund (fig.2.15, g), seminecat (fig.2.175, h) sau

Organe de maini

28

necat (fig.2.15, i), care se introduce, de regul, parial sau total, ntr-un loca executat n piesa de asamblat. uruburile cu cap cilindric sunt prevzute, pentru antrenare, cu hexagon interior (v.fig.2.15, e) n cazul unor fore de strngere mari sau cu cresttur pentru urubelni (v. fig.2.15, f) n cazul unor fore de strngere mici.

uruburile cu cap semirotund, seminecat i necat sunt prevzute cu loca (cresttur) pentru urubelni obinuit (v. fig.2.15, g i h), iar n cazul unor montri i demontri frecvente, cu loca pentru urubelni n form de cruce (v. fig.2.15, i), acestea folosindu-se la dimensiuni mici i la fore de strngere mici. La automobile se folosesc i uruburi cu cap

cilindric, cu loca pentru urubelni cu ase crestturi (la dispozitive-le de nchidere a uilor). Pentru a nu permite rotirea urubului, la strngerea piuliei cu cheia, uruburile cu cap bombat sunt prevzute cu o poriune de form ptrat (fig.2.15, j) sau cu o proeminen sub

form de nas (fig.2.15, k), care deformeaz materialul piesei asamblate. La fore de strngere mici, se folosesc uruburile cu cap striat (fig.2.15, l), care se strng cu mna. Forma tijei uruburilor depinde de modul de montare i de felul solicitrii acestora, principalele forme constructive fiind prezentate n figura 2.16.

Fig.2.15

Fig. 2.16

Fig. 2.17

Fig. 2.18

a

b

c

d

e

f

g

h

j

k

l i

b

c

d

e

a

a

c

d

e

b

a

b

Asamblri

29

Tija urubului poate fi: a - filetat pe toat lungimea; b - filetat pe o poriune, cu tija nefiletat egal n diametru cu diametrul nominal al filetului; c - filetat pe o poriune, cu tija nefiletat subiat (uruburi elastice); d - filetat pe o poriune, cu tija nefiletat ngroat (uruburi de psuire); e - filetat pe o poriune, cu tija nefiletat subire i lung, prevzut cu poriuni de ghidare. Forma vrfului uruburilor este aceeai cu a tifturilor filetate, i anume: a - drept; b - conic; c - cu cep i vrf conic; d cu cep cilindric; e cu gaur conic (v. fig.2.17). tifturile filetate au filet pe toat lungimea i sunt folosite pentru a mpiedica deplasarea relativ a dou piese, ele fiind solicitate la compresiune (fig.2.17). Prezoanele (fig.2.18) sunt uruburi filetate la ambele capete i se utilizeaz n cazul n care materialul piesei filetate nu asigur o durabilitate suficient filetu-lui, la montri i demontri repetate. Prezoanele pot avea tija nefiletat de acelai diametru cu tija filetat (fig.2.18, a) sau mai mic (fig.2.18, b), lungimea de nurubare, n pies, fiind funcie de materialul piesei (oel, font, aluminiu etc.). uruburile speciale, destinate unor situaii specifice, cuprind: uruburile cu cap ciocan (fig.2.19, a) i uruburile cu ochi (fig.2.19, b), utilizate la dispozitive; inele urub de ridicare (fig.2.19, c), utilizate la ridicarea i manevrarea subansamblelor i ansam-

Fig. 2.19

g h i j k Fig. 2.20

a

b

c

d e

a b c

d e f

Forma A Forma B

Organe de maini

30

blelor, cu ajutorul macaralelor; uruburile pentru fundaii (fig.2.19, d), utilizate pentru fixarea ansamblelor pe fundaie, un capt al acestora ngropndu-se n betonul fundaiei, iar cellalt capt fiind prevzut cu filet, pentru montarea unei piulie; uruburile autofiletante pentru lemn (fig.2.19,e). Piuliele se execut ntr-o mare varietate de forme constructive, principalele dintre acestea fiind prezentate n fig.2.20: a - hexagonale obinuite; b - hexagonale cu guler; c - ptrate; d - crenelate, utilizate pentru asigurarea asamblrii filetate cu plinturi; e - nfundate, pentru protejarea filetului;

f - cu suprafa de aezare sferic, pentru autocentrarea piuliei pe urub; g - canelate, pentru fixarea axial a inelelor de rulmeni; h - cu guri axiale, pentru strngere cu chei speciale; i - cu guri radiale, pentru strngere cu chei speciale; j - fluture, pentru strngere cu mna; k - striate, pentru strngere cu mna. aibele (fig. 2.21) se folosesc

pentru micorarea presiunii pe suprafaa de sprijin a piuliei, respectiv a capului urubului, sau pentru aezarea corect a acestora, cnd suprafaa de sprijin nu este prelucrat corespunztor (fig.2.21, a) sau este nclinat (aibe pentru profile I i, respectiv, L fig.2.21. b i c). 2.1.6.2. Asigurarea asamblrilor filetate mpotriva autodesfacerii Dei filetele uruburilor de fixare (metrice, cu profil triunghiular) ndeplinesc condiia de autofixare, sarcinile variabile i cu oc, vibraiile i diferenele de temperatur au ca efect reducerea frecrii din asamblare i, n final, autodesfacerea acesteia, n timp; pentru a se evita acest fenomen, asamblrile filetate se asigur suplimentar mpotriva autodesfacerii. La baza soluiilor constructive de asigurri, utilizate n construcia de maini, stau urmtoarele principii:

mrirea forelor de frecare dintre elementele asamblrii; utilizarea de elemente suplimentare, care mpiedic rotirea piuliei fa de urub; deformaiile locale ale materialului urubului i/sau piuliei sau aplicarea de adaos de

material (de regul puncte de sudur). Asigurarea asamblrilor filetate prin mrirea forei de frecare dintre elementele

asamblrii poate fi obinut prin mrirea forei de apsare axiale sau radiale, a coeficientului de frecare sau prin mrirea simultan a forei de apsare i a coeficientului de frecare.

Unul din cele mai vechi mijloace de asigurare l constituie folosirea unei contrapiulie rigide (fig.2.22, a) sau, n ultimul timp, a unei contrapiulie elastice. La strngerea cu cheia a contrapiuliei, urubul se alungete suplimentar, spirele piuliei i ale contrapiuliei apsnd n sensuri opuse asupra spirelor urubului (fig.2.22, a), mrindu-se, n acest fel, fora axial din asamblare. Contrapiulia este mai ncrcat dect piulia (fig.2.22, b), deci ar trebui sa aib o nlime mai mare; pentru evitarea inversrii lor la montaj, piulia i contrapiulia se execut de

a b c

Fig.2.21

Asamblri

31

nlimi egale. Aceast asigurare este neeconomic, datorit dublrii numrului de piulie i a mririi lungimii urubului. n cazul piuliei elastice, executat din oel de arc, fora axial suplimentar este obinut prin deformarea elastic a acesteia.

n cazul n care este necesar o for de strngere mic, de exemplu la asamblarea caroseriilor din tabl ale automobilelor, piulia i contrapiulia se nlocuiesc cu o piuli din tabl, cu autoasigurare (fig.2.22, c). Acest tip de piuli, executat din oel de arc, se deformeaz elastic la nurubarea urubului i creeaz o for axial n tija acestuia; dinii piuliei, care ndeplinesc rolul de filet, se comprim i apas pe filetul urubului.

Mrirea frecrii poate fi obinut i prin creterea forei radiale de apsare a piuliei pe urub. O astfel de asigurare se obine prin utilizarea unei piulie secionate (fig.2.22, d), strns cu ajutorul unui urub, sau prin utilizarea unei piulie care are la interior montat un inel din material plastic. Mrirea concomitent a forei axiale i a coeficientului de frecare dintre piuli i piesa pe care aceasta se sprijin se obine prin utilizarea aibelor elastice. Cea mai utilizat aib elastic

este aiba Grower (fig.2.23, a), cu capete netede varianta N sau cu capete rsfrnte varianta R. aibele elastice pot avea dini exteriori (fig.2.23, b) sau dini interiori (fig.2.23, c) i pot fi plane (v. fig.2.23, b i c) sau conice (fig.2.23, d). Utilizarea de elemente suplimentare, care mpiedic rotirea piuliei fa de urub (aibe plate, plinturi etc.). aibele plate i realizeaz funcia prin deformare (pentru fixarea aibei n piesa pe care se sprijin i pentru mpiedicarea rotirii urubului fa de aib), fiind prevzute cu nas

Fig.2.22

a b c d

Fig.2.23

a b

c d

Organe de maini

32

sau aripioare (fig.2.24); piuliele canelate, folosite la fixarea axial a inelelor de rulmeni, se asigur cu o aib special (fig.2.24, c). Asigurarea cu piuli crenelat i plint se bazeaz pe fixarea piuliei pe urub cu ajutorul unui plint, care trece printr-o gaur transversal din urub i printre crenelurile piuliei (fig.2.25, a). Grupurile de uruburi apropiate se pot asigura prin legarea lor cu ajutorul unei srme (fig.2.25, b).

Asigurarea prin deformaiile locale ale materialului urubului i/sau piuliei sau prin aplicarea de adaos de material. Filetul urubului i piuliei se pot deforma local prin chernruire sau prin aplicarea de adaos de material piulia poate fi sudat de urub; aceste metode se aplic

atunci cnd asamblarea nu trebuie demontat ulterior, transformnd asamblarea filetat demontabil ntr-o asamblare nedemontabil (fig.2.25, c i d).

2.2. ASAMBLRI PRIN PENE LONGITUDINALE

2.2.1. Caracterizare, clasificare, domenii de folosire

Penele longitudinale sunt organe de asamblare demontabile, utilizate n asamblri de tip arbore butuc, cu scopul transmiterii unui moment de torsiune i a unei micri de rotaie i uneori cu rolul de a ghida deplasarea axial a butucului fa de arbore.

a b c d

Fig.2.25

a b c

Fig.2.24

Asamblri

33

Penele longitudinale se monteaz n canale prelucrate numai n butuc sau parial n butuc i parial n arbore, direcia de montare fiind paralel cu axa asamblrii.

Asamblrile prin pene longitudinale sunt utilizate la fixarea pe arbori a roilor dinate, a roilor de lan sau de curea, a semicuplajelor etc.

n funcie de modul de montare, se deosebesc pene longitudinale montate cu strngere i pene longitudinale montate fr strngere (liber). Penele longitudinale montate cu strngere se folosesc rar, doar n cazul turaiilor mici i mijlocii, cnd nu se impun condiii severe de coaxialitate. Penele longitudinale montate liber se folosesc pe scar larg n construcia transmisiilor mecanice; din categoria asamblrilor prin pene longitudinale montate fr strngere fac parte asamblrile prin pene paralele, prin pene disc i prin pene cilindrice.

2.2.2. Asamblri prin pene paralele

Penele paralele au seciunea dreptunghiular, ntre faa superioar a penei i fundul canalului din butuc fiind prevzut un joc radial, necesar realizrii montajului (fig.2.26).

Penele paralele sunt executate n trei variante constructive: cu capete rotunde forma A; cu capete drepte forma B; cu un capt drept i unul rotund forma C, variant utilizat doar pentru capetele de arbori. Tipurile i dimensiunile penelor paralele sunt reglementate printr-un standard.

Fig.2.26

Canalul din arbore se execut cu frez deget la penele paralele cu capete rotunde (forma A sau C) i cu frez disc la penele cu capete drepte (forma B). Canalul din butuc sub forma unui canal deschis se execut prin mortezare sau prin broare, cnd numrul pieselor justific costul broei. Dup rolul funcional, asamblrile prin pene paralele se mpart n asamblri fixe i asamblri mobile. La asamblrile fixe, se folosesc pene paralele obinuite, iar la asamblrile mobile, pene paralele cu guri de fixare (fig.2.27). La asamblrile mobile, penele se fixeaz pe arbori prin intermediul a dou uruburi, pentru a anihila tendina de smulgere a penei din locaul executat n

Forma A Forma B Forma C

Fig. 2.27

Organe de maini

34

arbore. Lungimea acestor pene se alege n funcie de deplasarea necesar a butucului. Folosirea uruburilor trebuie limitat la cazurile strict necesare, prezena gurilor micornd rezistena la oboseal a arborelui. Penele paralele se execut din OL60 sau din alte oeluri, cu rezistena minim la rupere de 590 MPa.

Sarcina exterioar (momentul de torsiune) se transmite prin contactul direct, fr frecare, dintre arbore i pan, respectiv dintre pan i butuc, contacte care se realizeaz pe feele laterale ale penei. Ca urmare, suprafeele n contact sunt solicitate la strivire, iar pana la forfecare (solicitare mai puin

important). Ipotezele utilizate pentru calculul asamblrilor prin pene paralele se refer la urmtoarele aspecte (fig.2.28):

presiunea pe feele active (laterale) ale penei este distribuit uniform;

pana este montat jumtate din nlimea sa n canalul din arbore i cu cealalt jumtate n canalul executat n butuc;

braul forei rezultante F, care acioneaz asupra feelor active ale penei, este egal cu d/2. Condiia de rezisten la strivire este

,

4

2

12as

c

t

c

ts dhl

M

lhdM

AF

=== (2.36)

de unde rezult lungimea de calcul necesar a penei

.

4as

tc dh

Ml

= (2.37)

Verificarea penei la solicitarea de forfecare se efectueaz cu relaia

.

12af

c

tf bld

MAF

== (2.38)

n relaiile (2.36). (2.38), s-au notat cu: Mt - momentul de torsiune transmis de asamblare; d diametrul arborelui; b limea penei; h nlimea penei; lc lungimea de calcul a penei; as rezistena admisibil la strivire a materialului mai slab; af rezistena admisibil la forfecare a materialului penei.

La asamblrile fixe, rezistena admisibil la strivire recomandat este: as = 100120 MPa, pentru sarcini constante, fr ocuri; as = 65100 MPa, pentru sarcini pulsatorii; as = 3550 MPa, pentru sarcini alternante, cu ocuri.

n cazul asamblrilor mobile, pentru a se evita expulzarea lubrifiantului dintre suprafeele n micare relativ, se recomand valori ale presiunii admisibile pa = 1030 MPa.

Fig.2.28

Asamblri

35

Deoarece condiia de rezisten la forfecare a fost folosit la stabilirea limilor indicate n standard, iar lungimea penei se determin din condiia de rezisten la strivire, verificarea penei la forfecare nu mai este necesar.

Pentru micorarea efectelor concentratorilor de tensiuni, penele se execut cu muchiile teite, iar canalele de pan se execut cu racordri.

Algoritmul de calcul al unei asamblri prin pan paralel, pentru care se cunosc momentul de torsiune Mt care ncarc asamblarea, caracterul sarcinii (static sau variabil), tipul asamblrii (fix sau mobil) i uneori diametrul arborelui d i lungimea butucului, presupune urmtoarele etape.

Se detetermin, dac nu se cunoate, din condiia de rezisten la torsiune, diametrul arborelui

,

2,03

at

tMd

= (2.39)

unde at =15 45 MPa este rezistena admisibil la torsiune, cu valori relativ mici, pentru a se ine seama de faptul c arborele este solicitat i la ncovoiere (se lucreaz cu valori inferioare la arbori lungi, la care solicitarea de ncovoiere este mai pronunat i cu valori superioare la arbori scuri i rigizi).

n funcie de diametrul d se aleg, din standardul de pene paralele, dimensiunile seciunii transversale a penei (b i h).

Se calculeaz, din condiia de rezisten la strivire (v. relaia (2.37)), lungimea de calcul necesar lc i apoi lungimea total a penei l (l = lc + b pentru pana de forma A, l = lc pentru pana de forma B, l = lc + b/2 pentru pana de forma C), alegndu-se o lungime standardizat. Dac lungimea de calcul a penei rezult mai mare dect lungimea butucului, se monteaz dou pene identice, dispuse la 180o, cu lungimea l /2. Dac lungimea l /2 a penelor este mai mare dect limea butucului, se aleg asamblri prin caneluri. Dac este cunoscut lungimea butucului, se alege o lungime standardizat a penei n funcie de lungimea butucului i se verific asamblarea la solicitarea de strivire, cu relaia (2.36).

n cazul n care arborele este executat dintr-un material mai rezistent dect pana, asamblarea se verific i la forfecare, cu relaia (2.38).

2.2.3. Asamblri prin pene disc

Penele disc au forma unui segment de disc, partea inferioar a penei introducndu-se ntr-un canal, de aceeai form, executat n arbore, iar partea superioar, cu faa dreapt, n canalul din butuc (fig.2.29). Penele disc necesit executarea unui canal adnc n arbore, care micoreaz rezistena la ncovoiere a acestuia, motiv pentru care se recomand, cu precdere, la montarea roilor pe capetele

Fig. 2.29

Organe de maini

36

arborilor, unde solicitarea de ncovoiere este mai puin important. Canalul de pan din arbore se execut cu frez disc, iar canalul din butuc prin mortezare sau broare. Principiul de lucru i solicitrile sunt aceleai ca la penele paralele. Dimensiunile penei sunt standardizate i se aleg n funcie de diametrul arborelui d, urmnd ca asamblarea s se verifice la strivire i forfecare.

2.3. ASAMBLRI PRIN CANELURI

2.3.1. Caracterizare, clasificare, domenii de folosire

Asamblrile prin caneluri sunt asamblri de tip arbore-butuc, destinate transmiterii unui moment de torsiune i unei micri de rotaie. Aceste asamblri pot fi considerate ca asamblri prin pene paralele multiple, solidare cu arborele i uniform distribuite pe periferia acestuia.

n comparaie cu asamblrile prin pene paralele, asamblrile prin caneluri prezint o serie de avantaje:

capacitate de ncrcare mai mare, la acelai gabarit, ca urmare a suprafeei de contact mult mai mare i a repartizrii mai uniforme a presiunii pe nlimea flancurilor active;

rezisten la oboseal mai mare, datorit reducerii concentratorilor de tensiune; centrare i ghidare precis a pieselor asamblate. Dezavantajele asamblrilor prin caneluri constau n: tehnologie de execuie mai complicat; precizie de execuie mrit i, implicit, cost mai ridicat.

Clasificarea asamblrilor prin caneluri se realizeaz dup criteriile prezentate n continuare. Destinaie: asamblri fixe sau mobile. Asamblrile mobile permit deplasarea axial a

butucului pe arbore i se folosesc n cutiile de viteze cu roi baladoare. Forma proeminenelor: cu profil dreptunghiular (fig.2.30, a), cu profil n evolvent (fig.2.30,

b), cu profil triunghiular (fig.2.30, c). n cazul n care asamblrile cu profil triunghiular au un numr mare de proeminene, cu nlime redus, acestea se numesc asamblri cu dini (zimi).

a b c

Fig. 2.30

Asamblri

37

2.3.2. Asamblri canelate cu profil dreptunghiular

2.3.2.1. Caracterizare i clasificare Asamblrile prin caneluri cu profil dreptunghiular la care flancurile proeminenelor arborilor

sunt paralele cu planul median al acestora sunt cel mai frecvent folosite. Asamblrile prin caneluri cu profil dreptunghiular se mpart, dup modul de centrare, n trei

categorii: cu centrare exterioar (pe diametrul exterior), la care contactul dintre butuc i arbore are loc

pe periferia proeminenelor arborelui, cu diametrul exterior D, ntre celelalte suprafee existnd mici jocuri (fig.2.31, a); se folosete n cazul n care butucul nu este tratat, rectificarea suprafeelor funcionale fiind uor de realizat;

cu centrare interioar (pe diametrul interior), la care contactul dintre butuc i arbore are loc pe periferia arborelui cu diametrul interior d (fig.2.31, b); este cea mai frecvent folosit, fiind i cea mai precis, ns rectificarea suprafeelor funcionale este mai greu de realizat;

cu centrare pe flancuri, la care centrarea este realizat prin contactul dintre flancurile proeminenelor de lime b (fig.2.31, c); nu asigur centrarea precis a pieselor asamblate, dar repartizarea sarcinii ntre proeminene este mai uniform, folosindu-se n cazul momentelor de torsiune mari i/sau la schimbarea sensului de rotaie.

Standardele mpart asamblrile prin caneluri cu profil dreptunghiular, dup capacitatea de a transmite sarcina i modul de cuplare, n trei serii.

Seria uoar, care include canelurile utilizate n cazul n care momentul de torsiune transmis de asamblare, n raport cu cel transmis de arborele cu diametrul d, este inferior. Canelurile din seria uoar sunt destinate asamblrilor fixe.

Seria mijlocie, care include canelurile utilizate n cazul n care momentul de torsiune transmis de asamblare, n raport cu cel transmis de arborele cu diametrul d, este egal. Canelurile din seria mijlocie sunt destinate asamblrilor fixe sau mobile, la care cuplarea se realizeaz n gol (repaus).

Seria grea, care include canelurile utilizate n cazul n care momentul de torsiune transmis de asamblare, n raport cu cel transmis de arborele cu diametrul d, este egal. Canelurile din seria grea sunt destinate asamblrilor mobile, la care cuplarea se realizeaz sub sarcin.

2.3.2.2. Materiale i elemenete de tehnologie

Arborii i butucii canelai se execut, de regul, din oel. n cazul asamblrilor mobile, acetia se supun unui tratament termic sau termochimic, n vederea creterii duritii superficiale i implicit a

a b c

Fig. 2.31

Organe de maini

38

rezistenei la uzur. Dup tratament, suprafeele de centrare se rectific. Arborii canelai se execut prin frezare, prin metoda divizrii (cu ajutorul capului divizor) sau prin rulare. Frezarea cu ajutorul capului divizor, din cauza erorilor de divizare i a uzurii sculei, nu este indicat pentru fabricaia precis sau producia de serie mare, ntruct i productivitatea este sczut. La procedeul de prelucrare prin rulare, scula este o frez melc; se obin arbori canelai mai precii i ntr-un timp mai scurt. Butucii canelai pot fi prelucrai prin mortezare sau broare (numai n cazul produciei de serie mare, care s justifice costul ridicat al broei).

2.3.2.3. Elemente de calcul

Sarcina exterioar (momentul de torsiune) se transmite de la arbore la butuc (sau invers) prin contactul direct, fr frecare, ce are loc pe feele laterale ale proeminenelor arborelui i butucului canelat.

Solicitrile care apar n asamblarea canelat sunt: strivirea suprafeelor n contact (flancurilor active), care este de fapt solicitarea principal; forfecarea proeminenelor.

Calculul asamblrilor prin caneluri este standardizat, schema de calcul fiind prezentat n fig.2.32. Ca ipoteze de calcul se consider:

presiunea este repartizat uniform pe flancurile active; din cauza impreciziilor de execuie, nu se poate realiza o distribuie uniform a sarcinii pe

toate proeminenele, fiind necesar introducerea unui coeficient de corecie, denumit coeficient de reducere a suprafeei portante; n majoritatea cazurilor, se adopt pentru acest coeficient valoarea 0,75, considerndu-se c numai 75% din caneluri particip efectiv la transmiterea sarcinii.

Suprafaa portant necesar pentru transmiterea momentului de torsiune nominal Mtn se determin din condiia de rezisten la strivire

,

1'

asm

tn

r

MS

= (2.40)

unde raza medie are expresia

4dD

rm+

= . (2.41)

Suprafaa portant efectiv a flancurilor tuturor canelurilor, corespunztoare unitii de lungime de contact dintre arbore i butuc, se determin cu relaia

== cdD

zhzs 22

75,075,0' 1 , (2.42)

n care: 0,75 este coeficientul datorat neuniformitii distribuiei sarcinii pe cele z proeminene; h1 nlimea efectiv de contact; D - diametrul exterior; d - diametrul interior; c - nlimea teiturii (c = g conform notaiilor din standarde). Lungimea minim necesar a butucului canelat este

Fig. 2.32

Asamblri

39

'

'

s

SLnec = . (2.43)

Valoarea rezistenei admisibile la strivire este indicat n standard, n funcie de felul asamblrii, modul de cuplare i condiiile de lucru; n cazul asamblrilor mobile, se pune problema strivirii peliculei de lubrifiant (s p i as pa). 2.3.2.4. Algoritm de proiectare

Cunoscnd momentul de torsiune nominal (Mtn = Mt), felul asamblrii (fix sau mobil), modul de cuplare (n gol sau sub sarcin) i condiiile de lucru (uoare, mijlocii sau grele), calculul asamblrilor canelate presupune urmtoarele etape:

deteterminarea, dac nu se cunoate, din condiia de rezisten la torsiune, a diametrului interior al arborelui canelat

,

2,03

at

tMd

= (2.44)

unde at =15 45 MPa este rezistena admisibil la torsiune, convenional, mult micorat, pentru a se ine seama de faptul c arborele este supus i solicitrii de ncovoiere (se lucreaz cu valori inferioare la arbori lungi, la care solicitarea de ncovoiere este mai pronunat i cu valori superioare la arbori scuri i rigizi);

n funcie de felul asamblrii (fix sau mobil) i de modul de cuplare (n gol sau sub sarcin), se alege seria asamblrii canelate;

din standardul seriei alese, n funcie de diametrul calculat d, se aleg: diametrul interior d, diametrul exterior D, limea b, numrul de caneluri z, nlimea teiturii c = g i modul de centrare;

se determin, n continuare, suprafaa portant necesar S, cu relaia (2.40), suprafaa portant efectiv s, corespunztoare unitii de lungime de contact, cu relaia (2.42) i lungimea minim necesar a butucului canelat Lnec, cu relaia (2.43); dac se cunoate lungimea butucului canelat, se efectueaz un calcul de verificare, cu relaia

astn

s

LcdDzdD

M

+

=

22

75,0

1

4

. (2.45)

2.4. ASAMBLRI PRIN TIFTURI

2.4.1. Caracterizare, clasificare, domenii de folosire

tifturile sunt organe de asamblare demontabile, utilizate n urmtoarele scopuri: asigurarea poziiei relative precise a dou piese (tifturile de centrare); transmiterea unor sarcini relativ mici (tifturile de fixare); asigurarea elementelor componente ale unei transmisii mecanice mpotriva suprasarcinilor

(tifturile de siguran); aceste tifturi se foarfec la o valoare stabilit a suprasarcinii, fiind ntlnite la cuplajele de siguran cu tifturi de forfecare.

Organe de maini

40

tifturile se pot clasifica dup form, n tifturi cilindrice, conice sau conico-cilindrice, iar dup forma suprafeei exterioare, n tifturi cu suprafa neted sau crestat. Principalele tipuri de tifturi sunt prezentate n fig.2.33. tifturile cilindrice pline (fig.2.33, a) se monteaz cu strngere, domeniul de folosire al acestora fiind limitat, datorit micorrii strngerii n urma montrilor i demontrilor repetate i a necesitii unor precizii de execuie ridicate, att la prelucrarea tiftului ct i a alezajului pieselor asamblate. Se folosesc pentru fixare i mai rar pentru centrare. Se execut n trei variante: cu capete sferice, teite sau drepte i sunt standardizate. tifturile cilindrice tubulare (fig.2.33, b) se execut din band de oel de arc, prin rulare. Datorit elasticitii mari, obinut prin clire, pot fi montate n guri cu tolerane mari, prelund bine sarcinile cu oc i rezistnd la montri i demontri repetate, fr ca strngerea s se micoreze.

tifturile conice netede (fig.2.33, g) se execut cu capete sferice sau teite, avnd conicitatea 1/50, i sunt standardizate. n cazul gurilor nfundate, se folosesc tifturile conice prevzute cu cep filetat (fig.2.33, h), demontarea realizndu-se cu ajutorul unei piulie. tifturile conice permit montri i demontri repetate, folosindu-se pentru centrarea carcaselor reductoarelor sau pentru transmiterea unor sarcini mici, n cazul asamblrilor de tip arbore-butuc. tifturile conice cu un capt spintecat (fig.2.33, i) permit desfacerea uoar a captului spintecat, dup montarea tiftului, protejnd, n acest fel, asamblarea

mpotriva ieirii tiftului. Se folosesc n cazul solicitrilor variabile, a vibraiilor i la asamblarea pieselor aflate n micare de rotaie cu viteze mari.

a b c

d e f

g h i

j k l Fig. 2.33

a b Fig. 2.34

Asamblri

41

tifturile crestate realizeaz o fixare sigur i durabil, putnd prelua i sarcini dinamice, fr ca strngerea s se micoreze; nu necesit mijloace suplimentare de asigurare i nici execuie foarte precis, folosindu-se, n special, pentru transmiterea sarcinilor. Se execut cu trei crestturi, dispuse la 120o, pe toat lungimea (fig.2.33, c, f i j) sau numai pe o poriune din lungime (fig.2.33, d, e, k i l), crestturile obinndu-se prin refulare. La montaj, tiftul se introduce forat n alezajul pieselor care trebuie asmablate; materialul refulat la realizarea crestturii se deformeaz elasto-plastic n sens invers, apsnd puternic asupra pereilor gurii (fig.2.34, b). n fig.2.35 sunt prezentate cteva exemple de utilizare a asamblrilor prin tifturi: a centrarea a dou piese prin intermediul tifturilor conice netede; b asamblarea a dou piese prin intermediul unui tift conic cu cep filetat; c asamblarea a dou piese prin intermediul unui tift conic spintecat la un capt; d asamblarea unei roi dinate conice pe arbore prin intermediul unui tift conic crestat pe ntreaga lungime. tifturile se execut din OL 50, OL 60, OLC 15, OLC 35, OLC 45 etc., uneori tratndu-se termic, pentru mrirea duritii superficiale.

2.4.2. Elemente de calcul

Dimensiunile tifturilor se aleg constructiv, din gama de valori existent n standarde. Pentru tifturile de fixare, trebuie s se efectueze calculul de verificare la solicitri; schema de calcul este prezentat n fig.2.36 i este ntocmit n ipoteza montrii tiftului cu strngere n butuc i cu joc n

arbore. n acest sens, s-a admis distribuia uniform a presiunii ntre tift i butuc i distribuia triunghiular a presiunii ntre tift i arbore.

a b c

d Fig. 2.35

Fig. 2.36

Organe de maini

42

Sarcina exterioar (momentul de torsiune) se transmite prin contact direct, fr frecare, de la arbore la tift i de la tift la butuc (sau invers), solicitrile care apar n asamblare fiind forfecarea tiftului i strivirea suprafeelor n contact. Verificarea tiftului la forfecare se efectueaz cu relaia

.

4

42

12

122

1af

ttf Dd

MdD

MAF

pipi

=== (2.46)

Verificarea suprafeelor de contact dintre tift i butuc la strivire se efectueaz cu relaia

( ) astts DDdM

DDdDD

MAF

=

+== 2

1221221

2 4

22

1

4

. (2.47)

Condiia de rezisten la strivire a suprafeelor de contact dintre tift i arbore, innd seama de distribuia triunghiular a presiunii (n calcule se consider o tensiune medie de strivire

20+

=s

meds

), este

astt

s dDM

DdDM

AF

=== 2111

1 6

22

1

232

2 . (2.48)

n relaiile (2.46) (2.48), s-au folosit notaiile: Mt - momentul de torsiune care solicit asamblarea; d - diametrul tiftului; D1 - diametrul arborelui; D2 - diametrul exterior al butucului; af - rezistena admisibil la forfecare a tiftului; as - rezistena admisibil la strivire a materialului mai slab. De regul, diametrul tiftului se alege constructive, n funcie de diametrul arborelui d = (0,20,3)D1, iar apoi se verific asamblarea la solicitri. Rezistenele admisibile recomandate sunt: as < 0,8 02; af = (0,2 ... 0,3) 02; pa = 10 ... 13 MPa (02 reprezint limita de curgere a materialului).

2.5. ASAMBLRI PRIN BOLURI

2.5.1. Caracterizare, clasificare, domenii de folosire

a b c d e f g h

Fig. 2.37

Asamblri

43

Bolurile sunt tifturi cilindrice de dimensiuni mai mari, folosite ca elemente de legtur n articulaii. Din punct de vedere constructiv, bolurile pot fi: fr cap (fig.2.37, a, b, c); cu cap mic sau mare (fig.2.37, d, e, f, g, h); cu suprafaa lis (fig.2.37, a); cu guri pentru plinturi (fig.2.37, c, d, f, h); cu canale pentru inele elastice de rezemare excentrice pentru arbori (fig.2.37, b, e); cu cep filetat (fig.2.37, g).

Bolurile se execut din OL 50, OL 60, OLC 15, OLC 35, OLC 45 etc., uneori tratndu-se termic pentru mrirea duritii superficiale. Bolurile sunt standardizate.

2.5.2. Elemente de calcul

Sarcina exterioar (fora F) se transmite de la tirant la bol i de la bol la furc (sau invers) prin contact direct, fr frecare. Solicitrile care apar n asamblare sunt: forfecarea i ncovoierea bolului (n cazul unui joc radial mrit ntre bol i tirant) i strivirea suprafeelor n contact; solicitarea de ncovoiere este neimportant i, ca urmare, calculul se realizeaz pentru forfecare i strivire. Schema de calcul este prezentat n fig.2.38, considerndu-se ca ipoteze de calcul faptul c bolul este montat cu strngere n furc i cu joc n tirant. Condiia de rezisten la forfecare se exprim prin relaia

.

2

42

22 aff dF

dF

pipi

== (2.49)

n relaia (2.49), semnificaia notaiilor utilizate este: f tensiunea efectiv de forfecare; F fora din asamblare; d- diametrul bolului; af rezistena admisibil la forfecare. Condiiile de rezisten la strivire se refer la:

strivirea suprafeei de contact dintre bol i furc (n acest caz se strivete materialul piesei mai slabe)

ass dbF

=2

; (2.50)

strivirea peliculei de lubrifiant dintre bol i tirant (n scopul micorrii frecrilor i uzurii, ntre bol i tirant trebuie s existe o pelicul de lubrifiant)

apdaFp = . (2.51)

n relaiile (2.50) i (2.51), semnificaia notaiilor utilizate este: s tensiunea efectiv de strivire; b limea ochiului furcii; a- limea tirantului; as rezistena admisibil la strivire; p presiunea care apare n pelicula de lubrifiant; pa presiunea admisibil pentru strivirea peliculei de lubrifiant.

Fig. 2.38

Furc

Bol

Tirant

Organe de maini

44

Rezistenele admisibile recomandate sunt: as < 0,8 02; af = (0,2 ... 0,3) 02; pa = 10 ... 13 MPa (02 reprezint limita de curgere a materialului). Fixarea axial a bolurilor se poate realiza i cu inele elastice de rezemare excentrice pentru arbori sau alezaje. n fig.2.39 sunt prezentate variantele standardizate ale acestora (pentru arbori n fig.2.39, a i pentru alezaje n fig.2.39, b), iar n fig.2.40, a i, respectiv, fig.2.40, b, exemple de utilizare.

Fig.2.39

a

b

a b Fig.2.40