ASAMBLARI DEMONTABILE PRIN PENE SI STIFTURI
4.1.ASAMBLARI PRIN PENE
Penele sunt organe de masini care prin forma lor si locasului in care sunt introduce asigura asamblarea necesara.
Dupa rolul lor functional penele pot fi:de asamblare sau de reglare.
Dupa modul de realizare a imbinarii,penele pot fi:cu strangere sau fara strangere.
Dupa pozitia lor fata de axa pieselor imbinate penele pot fi:transversale (cu una sau ambele fete laterale inclinate ) sau longitudinale (cu laturile paralele sau cu una din laturi inclinata,fata superioara a penei ).
In prezentul capitol se vor trata numai penele longitudinale care sunt cele mai frecvent utilizate.Pentru a avea o imagine asupra asamblarilor cu pana trasversala,se prezinta la sfarsitul capitolului si aceste imbinari,fara indicatiile de calcul.
In sectiune penele longitudinale pot fi dreptunghiulare sau patrate.Clasificarea penelor longitudinale este data in STAS 430-74.
4.1.1.PENE LONGITUDINALE DE STRANGERE
Penele longitudinale inclinate realizeaza imbinarea prin strangere.Pana se introduce in locasul ei prin batere si ca urmare pe suprafata de fund a canalului de pana din butuc,respectiv din arbore se exercita forta de apasare si de frecare,corespunzatoare fortei de batere.Principalele consecinte sunt realizarea unei imbinari rigide a rotii pe arbore,ceea ce s-a si dorit,dar si o modificare a pozitiei relative a axei geometrice a rotii fata de axa geometrica a arborelui in sens radial,deci o dezaxare nedorita a carei marime este corespunzatoare jocului initial din ajustaj,la care se adauga deformatiile provocate prin strangere.Efectul dezaxarii este cu atat mai daunator cu cat vitez 13313l1123n a de rotatie a arborelui este mai mare.La imbinarile care nu permit dezaxari radiale,imbinareacu pana de strangere trebuie evitata.
Momentul de torsiune care urmeaza a fi transmis de o imbinare cu pana de strangere este preluat de fortele de frecare din imbinare.Din categoria penelor longitudinale de strangere fac parte penele inalte,penele inguste,penele concave si cele tangentiale.
In figura 4.1 sunt prezentate formele de pana inclinata,stabilita prin STAS 1008-71 si 1009-71,in figura 4.2,a,o asamblare cu pana inclinata,iar in figura 4.2,b,se arata ca la asamblarile prin pene cu nas (calcai) trebuie luate masuri de protectie a muncii,prin acoperirea nasului (calcaiului) penei cu manson.
4.1.1.1.ELEMENTE CONSTRUCTIVE SI DE CALCUL A ASAMBLARILOR PRIN PENE LONGITUDINALE DE STRANGERE.
In figura 4.3 se arata cum sunt repartizate presiunile de strangere pe suprafetele penei.In figura 4.3,a,asamblarea este considerate in repaus,presiunile date de forta Q sunt repartizate uniform pe cele doua suprafetele de strangere.In exploatare,ca urmare a momentelor-motor si rezistent precum si a geometriei penei si canalului,repartitia presiunilor se modifica.Intr-o imbinare corecta ca repartitia este triunghiulara ca in figura 4.3,c.Repartitia din figura 4.2,b,corespunde cazului cand s-a realizat o strangere initiala este deficitara.In acest din urma caz la schimbarea de sens a miscarii,respective a momentului in imbinare,apar socuri.
In figura 4.4 se reprezinta sistemul fortelor intr-o imbinare cu pana inclinata.Forta de batere F,va trebui sa invinga fortele de frecare dintre pana si butuc,respective dintre pana si arbore,precum si componenta orizontala data de inclinarea penei.Pentru echilibru,dup ace s-a inlocuit coeficientul de frecare μ cu unghiul de frecare Φ,forta de batere a penei F va fi:
F = Q · tg (α + j) + Q · tg · j = Q [ tg(α + j) + tg · j
Forta necesara pentru scoaterea penei F' va fi:
F' = Q [tg(α - j) - tg · j
Q = ½ b · l · pa ,
In care Q este forta de strangere maxima admisibila,b-latimea penei,l-lungimea active a penei,iar presiunea admisibila.
Conditia ca imbinarea sa nu se autodesfaca este data de relatia (4.2) din care rezulta ca va fi nevoie de forta F',de sens contrar celei de batere,pentru scoaterea penei daca α<2Φ.
In tabelul 4.1 sunt cuprinse recomandari pentru presiunile admisibilela asamblarile prin pene.
4.1.1.2.PANA INCLINATA.
In STAS 1007-71 si STAS 1008-71 sunt date sectiunile penelor si canalelor de pana respective dimensiunile penelor inclinate.In STAS 1009-71 se dau dimensiunile penelor inclinate cu calcai (nas).
In figura 4.5 este reprezentat sistemul de forte la oimbinare cu strangere,realizata du o pana longitudinala inclinata.Datorita frecari data de strangere imbinarea poate transmite de la arbore la butuc,sau,invers,un moment de torsiune care poate fi determinat cu relatia:
Mt,f = μ · Q · y + Q · x + T d/2 ,
in care:
Y ~ d/2 , X = b/6 ; iar T = 4/π · μ · Q ,
rezultat din integrarea presiunilor elementare dintre arbore si butuc.Daca se admite y=0,15 si se inlocuieste Q din relatia (4.3) si T#μ·Q,se obtine:
Mt,f = 1/12 b · l · p(b+d).
Cand forta de frecare,data de strangerea pienei,nu poate realize momentul de transmisie,ceea ce este totusi contraindicat,se produce o alunecare a arborelui in butuc pana cand fetele laterale ale penei iau contact direct cu peretii canalului de pana din butuc,respective din arbore.Totodata are loc si un contact lateral intre butuc si arbore ca in figura 4.6.
Ca urmare,imbinarea poate prelua si momentul M ,obtinut cu relatia:
Mt,2 = Q´· y + μ · Q´· z = Q´(y+μz),
in care Q´=1/2 h·l·p este forta preluata de suprafata laterala h a penei y=d/2 iar z=b/2+d/2.
Momentul total ce poate fi transmis de imbinare va fi:
Mtot = Mtf + Mt2
4.1.1.3.PANA INCLINATA SUBTIRE.
Prin STAS 431-71 si STAS 432-71 sunt stabilite formele penelor inclinate subtiri si dimensiunile canalelor de pana.Deosebirea dintre imbinarile cu aceste pene si cele inalte este ca pna nu e ingropata in arbore,asa-zisul canal este o fateta de latime egala cu cea a penei,asa cum se arata in figura 4.7.Prin aceasta masura constructive se elimina concentratori de eforturi unitare dati de existenta canalului din arbore.
In figura 4.7. este prezentata o imbinare cu pana inclinata subtire.Momentul de torsiune ce poate fi transmis de o asemenea imbinare se determina cu relatia (4.5).
4.1.1.4.PANA CONCAVA.
Pana concave se deosebeste de celelalte pene longitudinale de strangere prin aceea ca in arbore nu se practica nici un fel de canal.Una dintre fetele penei (cea dinspre arbore) are forma
unui arc de cerc de raza egala ce cea a arborelui.In figurile 4.8 si 4.9 se prezinta forma penelor,respective schita de principiu a imbinarii,Relatiile de calcul sunt:
Mtf = μ · Q · y + 4/π μ · Q · d/2,
in care
Y ~ d/2 iar Q = b · l · pa
sau
Mtf = 1,14 μ· b · l · pa · d ~ μ · b · pa · d,cand T~μ·Q.
Penele concave pot constitui si elemente de siguranta.In acest caz la aparitia unor momente de torsiune superioare celor pentru care s-a calculat imbinarea,pana va patina pe arbore si restul sistemului va fi protejat.
In STAS 433-73 se dau dimensiunile penelor concave fara calcai,iar in STAS 434-73 ale celor cu calcai.
4.1.1.5.PENE TANGENTIALE.
Imbiarea cu pana tangentiala se deosebeste de celelalte imbinari cu pene longitudinale de strangere prin cateva elemente constructive din care se mentioneaza:
─ canalul de pana din arbore sic el din roata au o forma care tine seama de sensul de rotatie.Pentru a transmite miscarea in ambele sensuri trebuie executate 2 canale de pna,la interval de 120º si in sens opus;
─ pana propriu-zisa se compune din 2 bucati-pana si contrapana-alaturate pe fetele inclinate;
─ asamblarea asigura un contact in 3 zone ale periferiei arborelui si produce in elementele imbinarii o ovalizare (dezaxare) relative mai mica si fara jocuri in canal.
In STAS 1010-74 stabileste dimensiunile canalelor de pana pentru pene tangentiale normale,iar STAS 1011-74 face acelasi lucru pentru pene tangentiale solicitate alternant sau cu socuri.In figura 4.10 este reprezentata o imbinare cu pana tangentiala.Daca se noteaza cu Q forta tangentiala exercitata pe fetele laterale ale penelor de strangere si se introduce notatiile din figura 4.11,conditiile de rezistenta vor fi:
Q = (t-a) l · pa
in care a este reducerea latimii care tine seama de racordari.
Momentul de torsiune este dat de relatia:
Mt = Q d-t/2 + 4/π · μ · Q · d/2
sau
Mt ~ Q · d/2 (1+ 4/π · μ).
Admitind: Q ~ l · t · pa si d-t/2 ~ d/2 ,deoarece t=0,1d si inlocuind pe Q in relatia (4.9),se obtin lungimea minima a penei.
4.1.2.PENE PARALELE.
Penele paralele realizeaza asamblarea fara strangere.In figura 4.12 sunt prezentate formele de pene stabilite prin ISO/R 773-69 iar figura 4.13 sunt prezentate formele si dimensiunile penelor cu gauri de fixare,stabilite prin STAS 1006-71.Prin STAS 1004-71 sunt date sectiunile penelor paralele si ale canalelor de pana iar prin STAS 1005-71,dimensiunile acestor pene.In figura 4.14 sunt prezentate penele de ghidare pentru canalele T stabilite prin STAS 8322/1-69.
Penele paralele transmit momentul detorsiune prin contactul direct dintre peretii canalelor de pana si fetele laterale ale penei.
Daca asamblarea trebuie sa permita o deplasare axiala se adopta un ajustaj alunecator.Fortele tangentiale care sunt preluate de fetele laterale ale canalului de pana din arbore si butuc formeaza un cuplu care tinde sa smulga pana de la locul ei.Pentru ameliorarea acestui neajuns penele se ajusteaza pe inaltime sau se pot fix ape suruburi in canalele de pana.Intrucat gaurile de prindere provoaca slabirea sectiunii arborelui si aparitia de noi concentratori de eforturi unitare se recomanda ca asemenea solutii sa se aplice numai dupa verificari orin calcule de rezistenta in cazurile strict necesare.
Calculu imbinari consta in determinarea lungimii penei solicitata la strivire pe fetele laterale si la forfecare in planul de separatie dintre cilindrul exterior al arborelui si alezajul butucului.Astfel,cu notatiile din figura 4.15,conditile de rezistenta ale penei vor fi:
Q = ½ h · l · pa ─ pentru strivire,
-pentru strivire,iar
Mt = Q · y´~ Q d/2 = 1/4 h · l · d · pa
Τf =2Mt/b · l · d < τaf ,
-pentru forfecare.
Canalele de pana se executa l masinile de frezat,cu freze disc sau cu freze deget,ca in figura 4.16,pe masinile de rabotat sau la strung.
Muchiile penelor sunt tesite,iar fundurile canalelor se reacordeaza cu peretii laterali.Valorile tesiturilor si racordarilor sunt stabilite prin standarde.
Penele se executa din otel cu:
σ =60danN/mm.
4.1.3.PENE DISC(fig.4.16,c)
Momentele de torsiune ce pot fi transmise de penele disc se calculeaza la fel ca in cazul penelor paralele.Canalele de pana se executa,in arbore,cu freze disc cu raza egala cu cea a penei,iar in butuc prin mortezare.Forma si dimensiunile penelor disc si a canalelelor pentru aceste pene sunt date in STAS 1012-71.
4.1.4.PENE INELARE
Imbinarea consta din strangerea pe directia axiala a doua inele elastice care au fiecare cate o suprafata tronconica.Asa cum se arata in figura 4.17 fixarea butucului pe arbore se realizeaza prin deformatia elastica radiala a inelelor,prin efectul de pana,provocat de strangerea axiala data de piulita.Suprafetele cilindrice ale inelului interior si ale celui exterior exercita o apasare asupra arborelui,respective asupra butucului care asigura forta de frecare necesara transmiterii momentului de torsiune dorit.
Principalele avantaje ale imbinarii cu pene inelare sunt:
─ prlucrarea arborelui si a butucului se simplifica si se ieftineste deoarece nu se mai executa canale de pana;precizia de prlucrare poate fi mai mica,consecintele unor abateri in limite mai largi sunt compensate de deformatiile elastice ale inelelor;
─ se asigura o imbinare fara dezaxari si ovalizari,inevitabile in cazul imbinarilor cu pene longitudinale de strangere.Se exclude totodata operatia de batere a penei atat la montare cat si la demontare;
─ coeficientul de concentrare a eforturilor unitare este mai mic la aceste imbinari decat la cele cu canal de pana.
Dintre dezavantaje se remarca:
─ executia inelelor este mai pretentioasa si mai scumpa.Deasemenea,impune consumul unui volum mai mare de otel si de calitate superioara celui pentru pene.Acest dezavantaj se poate ameliora prin posibilitatile de automatizare a productiei,iar prin asemanare cu cele ale inelelor de rulmenti;
─ necesita prlucrari suplimentare pentru asigurarea conditiilor de strangere-filet,piulite etc;
─ gabaritul imbinarii este mai mare decat cel al imbinarii cu pana.
Transmiterea momentului de torsiune este asigurata de forta axiala de stragere a inelelor Q si forta radiala repartizata pe suprafetele de contact.
Cu notatiile din fig.4.18,a,b,calculul simplificat se desfasoara astfel:
Tinand seama de eventualele suprasarcini,momentul de calcul va fi:
Mtc = β · Mtn.
Forta axiala necesara pentru realizarea strangerii fara a tine seama de rezistentele de deformatii a inelelor va fi:
Q1 = N[tg(α+ j) + tgj
Fig(4.13.)
Forta axiala necesara pentru realizarea deformatiei elastice radiale in inele Q ,se determina cu relatiile din rezistenta materialelor considerand sectiunile inelelor solicitate la tractiune.Astfel:
Q0 = 2 · j · A · E/dm tg(α + j) = N0 tg(α + j
Fig.(4.14.)
Forta axiala totala:
Q = Q1 + Q0
Fig(4.15.)
Mt c = (Q - Q0) μ · d/2[tg(α + j) + tgj
Fig(4.16.)
Q = 2Mt c/μ · d [tg(α+j) + (tgj] + Q0.
Fig(4.17)
In functie de presiunea admisibila si necesara pe arbore (care este maxima) momentul de frecare se calculeaza cu relatia:
Mt c = μ · pa· π · d · l · d/2.
Fig.(4.18)
In care j este jocul radial initial care trebuie anulat prin deformatie,A-sectiunea inelului intr-un plan diametral,d -diametrul mediu al inelului(fig.4.18),β =1,1.1,5-coeficientul de suprasarcina,M -momentul nominal iar d-diametrul arborelui.
In cazul cand sunt necesare mai multe perechi de inele de strangere,se recomanda amplasarea lor cate o pereche de fiecare parte a butucului,cu strangere separata.Utilizarea mai multor perechi de inele cu strangere pe aceeasi parte nu este rationala din punct de vedere al momentului de frecare total obtinut,deoarece o pereche de inele are aproximativ 50% din capacitatea perechii precedente.Astfel,in cazul a patru perechi de inele,relatie de calcul arata ca nu se ajunge nici macar la dublarea momentului total:
Mtotatl = Mf2 + 0,5 Mf2 + 0,25 Mf2 + 0,125 Mf = 1,875 Mf1.
In figura 4.19 sunt aratate cateva exemple de imbinare cu mai multe inele de strangere.
4.5.PENE TRANSVERSALE
In figura 4.36 se prezinta o pana de reglare.Pana 3 are forma unei prisme cu o fata inclinata.Dimensiunile penei sunt in functie de marimea subansamblului.Ea are un alezaj filetat si lucraza ca o piulita montata pe surubul 4.Prin reglarea surubului,pana se fixeaza in pozitia dorita,realizand totodata reglarea jocului in lagarul compus din cuzinetii 1si 2.Surubul este asigurat impotriva autodesfacerii prin contrapiulite.
In figura 4.37 se prezinta o pana de fixare transversala tronconica,asemanatoare cu un stift conic,care nu trece transversal prin axele geometrice ale celor 2 piese ci lateral,blcand intr-o anumita pozitie butucul fata de arbore.
In figurile 4.38,4.39 si 4,40 se prezinta trei solutii constructive de asamblare cu pana transversala de strangere,iar in figura 4.41 trei solutii constructive ale penelor.Se observa ca (fig.4.41,a)pana poate fi cu muchiile rotunjite sa drepte.De asemenea,penele pot avea o singura muchie inclinata (fig.4.41,a),ambele muchii inclinate cu unghiuri diferite ca in figura 4,41,c.Solutia 4.41,a este mai economica iar cand pana are muchiile rotunjite asamblarea asigura o mai buna comportare in exploatare.
In figura 4.42 se reprezinta sistemul de forta care actioneaza aupra penei,la montare,in cazul unei asmblari ca in figura 4.38.Forta F este forta de batere a penei,P - forta de prestrangere iar P-forta de exploatare care poate lucra in ambele sensuri.
|
