Click here to load reader

2. asamblări

  • View
    214

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of 2. asamblări

  • 2. ASAMBLRI [1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14]

    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, 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);

  • Organe de maini 16

    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).

    Transmisiile urub-piuli sunt transmisii mecanice care transform micarea de rotaie n micare de translaie, concomitant 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.

    Transformarea micrii de rotaie n micare de translaie poate fi realizat prin:

    urubul execut micarea de rotaie, iar piulia micarea de translaie (maini unelte; cricuri cu prghii etc.);

    urubul execut ambele micri, de rotaie i de translaie (cricul simplu; cricul telescopic;

    urubul secundar al cricului cu dubl aciune; presele cu urub acionate manual etc.);

    piulia execut micarea de rotaie, iar urubul micarea de translaie (cricul cu piuli rotitoare; urubul principal al cricului cu dubl aciune etc.);

    piulia execut ambele micri, de rotaie i de translaie (la construcii care necesit

    rigiditate mrit, obinut prin ncastrarea urubului).

    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

    a b c d

    Fig. 2.1

  • Asamblri

    17

    (fig.2.2, a). Dac pe elicea directoare alunec un profil oarecare, numit profil generator, urma lsat de acesta definete spira filetului (fig.2.2, b).

    nurubarea

    deurubarea const, practic, n deplasa-

    rea piuliei pe eli-

    cea directoare, care

    este, de fapt, un plan nclinat, nf-

    urat pe o suprafa

    de revoluie; rezul-t, deci, analogia

    funcional dintre

    nurubare de-

    urubare 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 al filetului; - 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

    = . (2.1)

    a b

    Fig. 2.2

    Fig. 2.3

    Fig. 2.4

  • Organe de maini 18

    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 elemente).

    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 nceputuri, ntre pasul real p al unei spire i pasul aparent pal filetului (v. fig.2.5)

    exist relaia p = i p, 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 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 spirei filetului, se deosebesc filete triunghiulare, filete ptrate, filete trapezoidale, filete rotunde i filete ferstru.

    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

    a b

    Fig.2.6

    Fig. 2.5

    Fig. 2.7

  • Asamblri

    19

    (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 variabile. 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 ptrat (fig.2.7) se utilizeaz ca filet de micare, profilul filetului fiind un ptrat (=0o) cu latura egal cu jumtate din pasul filetului. Dei are cel mai ridicat randament, se utilizeaz

    numai pentru transmiterea unor sarcini mici, deoarece spira are rigiditate i rezisten reduse. Un alt

    dezavantaj al filetului ptrat l constituie centrarea nu prea bun a piuliei fa de urub. Se execut numai prin strunjire, cu productivitate relativ sczut; poate avea pas mare, normal sau fin (se

    simbolizeaz prin Pt dxp). Filetul trapezoidal (fig.2.8) se utilizeaz ca filet de micare, profilul filetului fiind un trapez,

    obinut prin teirea unui triunghi

    isoscel, cu unghiul =30o. Are

    randamentul mai redus dect filetul

    ptrat i se utilizeaz pentru

    transmiterea unor sarcini mari, spira filetului fiind mai rigid i mai

    rezistent dect a filetului ptrat.

    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.

    Filetul rotund (fig.2.9) are profilul format din drepte racordate cu arce de cerc, fiind

    obinut din profilul trapezoidal

    (=30o), prin rotunjirea

    vrfului i fundului filetului.

    Acest profil asigur filetului o rezisten sporit la oboseal,

    fiind utilizat datorit acestui

    avantaj ca filet de micare, n

    cazul unor sarcini variabile, n condiii grele de exploatare

    (cuplele vehiculelor feroviare, armturi hidraulice etc.). Se execut cu pas mare, normal sau fin,

    fiind simbolizat prin R dxp.

    Fig. 2.8

    Fig. 2.9

  • Organe de maini 20

    Un caz particular al filetului rotund l constituie filetul Edison, format numai din arce de cerc (lipsesc poriunile rectilinii), al crui profil are, comparativ cu al filetului rotund, nlimea mai

    mic. Se obine prin deformarea

    plastic a pieselor cu perei subiri i se utilizeaz la instalaii electrice (becuri,

    sigurane etc.).

    Filetul ferstru (fig.2.10) se utilizeaz ca filet de micare, profilul filetului fiind o combinaie ntre

    profilul ptrat, trapezoidal i rotund;

    cumuleaz avantajele acestora: randament relativ ridicat, spir rigid

    i rezistent, concentrator redus de

    tensiuni la baza spirei. Dezavantajul

    acestui filet const n transmiterea sarcinii ntr-un singur sens. Se utilizeaz n cazul unor sarcini mari, cu oc (dispozitive de strngere ale laminoarelor, n construcia preselor etc.). Se execut cu

    pas mare, normal sau fin (se simbolizeaz prin S dxp), nclinarea de 3o a flancului activ al spirei permind executarea filetului urubului prin frezare.

    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.2.11), 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

    Fig.2.10

    Fig. 2.11

  • Asamblri

    21

    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.2.12) se face cu respectarea urmtoarelor condiii:

    unghiul planului nclinat este egal cu unghiul mediu de nclinare al spirei filetului 2;

    greutatea corpului de pe planul nclinat este egal cu fora axial care ncarc asamblarea F.

    Schema de calcul (v. fig.2.12) 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 care coboar corpul pe planul nclinat;

    N - reaciunea normal a planului nclinat;

    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 micarea uniform de urcare pe planul nclinat (fig.2.12, b),

    este reprezentat de ecuaia

    d e

    Fig. 2.12

    a

    b c

    nurubare - urcare

    Deurubare - coborre

  • Organe de maini 22

    0=F ; 0=++ RHF . (2.4) Poligonul forelor (fig.2.12, 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

    ( ).d

    Fd

    HM ins 222 tg

    22+== (2.6)

    Ecuaia de echilibru a corpului, n micarea uniform de coborre pe planul nclinat (fig.2.12, d), este

    0=F ; 0' =++ RHF . (2.7) Pe baza acestei ecuaii, s-a construit poligonul forelor, prezentat n fig. 2.12, e. Mrimea forei H rezult din poligonul forelor

    ( )2tg = F'H , (2.8) iar expresia momentului de deurubare devine

    ( ).tg22

    ' 222 ==

    dF

    dHM 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.2.13), rezultnd

    ,'

    2cos2

    2 FF

    F f == (2.10)

    unde

    2cos

    '

    = reprezint coeficientul de frecare aparent; valoarea acestuia crete cu mrimea

    unghiului . Acest fapt determin utilizarea filetelor metrice ( = 600) ca filete de fixare.

    Corespunztor coeficientului de frecare aparent , se definete i unghiul de frecare aparent , care se determin cu relaia

    .2

    cos/arctg'arctg'

    == (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.

    Fig. 2.13

  • Asamblri

    23

    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.2.12, 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

    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 depinznd de soluia constructiv existent: diametrul interior d0 este egal cu diametrul gurii de

    trecere, iar diametrul exterior este egal cu deschiderea cheii S,

    ambele standardizate (fig.2.14). 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

    ( ).const

    420

    2=

    =

    dS

    Fp (2.16)

    Momentul de frecare elementar dMf rezult, innd seama

    de schema de calcul din fig.2.14, b, egal cu

    .2 211 drrprdAprFddM ff === (2.17)

    innd seama de ipotezele adoptate, momentul de frecare se obine prin integrarea relaiei momentului de frecare

    elementar

    b

    Fig. 2.14

    a

  • Organe de maini 24

    ( ).12

    2 303

    12

    2

    21

    0dSpdrrpdMM

    S

    dA

    ff

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

    20

    2

    30

    3

    13

    1

    dS

    dSFM f

    = . (2.19)

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

    ( ) .3

    1'tg

    2 202

    30

    3

    122

    +==

    dS

    dSdFLFM mm (2.20)

    Pentru valori medii statistice ale parametrilor din relaia (2.20) i utiliznd chei standardizate

    (L 12d), rezult c F 80Fm, 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.

    2.1.4. Materiale i 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 STAS, 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 OLC65A.

  • Asamblri

    25

    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 ambelor piese 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 i apar, de regul, ca urmare a

    prelucrrii mecanice necorespunztoare a pieselor filetate sau a montrii i demontrii incorecte a acestora.

    n figura 2.15 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 aceast

    zon se explic prin distribuia neuniform

    a sarcinii ntre spirele n contact ale urubului i piuliei comprimate, prima spir 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.

    Fig. 2.15

    Frecvena ruperilor, n %

  • Organe de maini 26

    Organele de maini filetate se pot deteriora i datorit unor sarcini suplimentare, cauzate de impreciziile de execuie i montaj.

    Pentru a se prentmpina deterioarea organelor de asamblare filetate, trebuie s se calculeze,

    conform regimului de solicitare, att tija urubului ct i spirele filetului; 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 a uruburilor, frecvent ntlnit n practic, cuprinde uruburile de fixare montate cu joc n timpul montajului (v. fig.2.15). 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

    ,4

    21

    ,d

    Fct

    = (2.21)

    iar tensiunea de torsiune cu relaia

    .16

    31d

    M

    W

    M t

    p

    tt

    == (2.22)

    Tensiunile de traciune (compresiune) i torsiune aprnd simultan, se determin o tensiune

    echivalent, dup teorei a III-a de rupere, rezultnd

    2

    121

    31

    2

    21

    22,

    441

    4164

    44

    +

    =

    +

    =+=

    dF

    M

    d

    F

    d

    M

    d

    F tttcte (2.23)

    sau

    .4

    ,,21

    ctacted

    F=

    = (2.24)

    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 , pentru uruburile de fixare

    montate cu prestrngere, permite ca tija acestora s fie calculat numai la traciune, dar cu o for

    majorat numit for de calcul (Fc = F) rezultnd

    ,3,14421

    21

    tac

    td

    F

    d

    F

    =

    = (2.25)

    pentru verificare i

  • Asamblri

    27

    ,4

    1at

    Fd

    = (2.26)

    pentru dimensionare.

    Rezistena admisibil at se determin n funcie de materialul urubului i de importana

    asamblrii, cu relaia

    ,02c

    at

    = (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 c = 1,25.

    2.1.5.3. Calculul spirei filetului

    Calculul spirei filetului are ca scop s prentmpine deterioarea spirelor filetului, datorit solicitrilor de strivire, ncovoiere sau forfecare.

    Calculul spirei filetului se face pe baza unor ipoteze simplificatoare:

    sarcina axial exterioar F acioneaz n axa urubului; sarcina axial exterioar F se

    repartizeaz uniform pe spirele n

    contact dintre urub i piuli;

    sarcina ce revine unei spire F/z se repartizeaz uniform pe suprafaa de

    contact a acesteia;

    se neglijeaz unghiul de nclinare al

    spirei filetului (2 = 0);

    se neglijeaz unghiul profilului

    spirei filetului ( = 0).

    Solicitarea la strivire. Suprafaa de strivire a unei spire este o coroan circular,

    cu diametrul exterior egal cu diametrul

    nominal al urubului d, iar diametrul interior egal cu diametrul interior al filetului piuliei

    D1 (fig.2.16).

    Tensiunea de strivire a spirei filetului se determin cu relaia

    ( ) ( ).

    4

    4

    /2

    12

    21

    2ass

    Ddz

    F

    Dd

    zF

    =

    = (2.28)

    Solicitarea la ncovoiere. Pentru acest calcul, se consider spira ca o grind ncastrat, cu sarcina n consol (fig.2.17, a). Sarcina F/z este rezultanta presiunilor de contact i se consider

    concentrat la raza d2/2, iar seciunea periculoas este seciunea de ncastrare a spirei pe tija urubului sau n corpul piuliei (suprafaa lateral a unui cilindru); prin desfurarea cilindrului

    corespunztor diametrului de ncastrare a spirei, se obine un dreptunghi (fig.2.17, b).

    Fig. 2.16

  • Organe de maini 28

    Dac urubul i piulia sunt executate din acelai material, se verific la ncovoiere spira filetului urubului, cu relaia

    ( ).

    3

    6

    22

    1

    122

    1

    12

    ai

    z

    ii

    zhd

    ddF

    hd

    dd

    z

    F

    W

    M

    =

    == (2.29)

    Dac piulia se execut dintr-un material mai slab dect al

    urubului, se verific spira piuliei, cu relaia

    Fig.2.17

    ( ).

    3

    6

    22

    22

    2

    ai

    z

    ii

    zhD

    dDF

    hD

    dD

    z

    F

    W

    M

    =

    == (2.30)

    Rezistena admisibil la ncovoiere depinde de materialul urubului, respectiv piuliei, lund

    valorile ai = 6080 MPa - pentru oel i ai = 4045 MPa - pentru bronz sau font.

    Solicitarea la forfecare este o solicitare de mic importan. Tensiunea de forfecare, pentru spira filetului urubului, se determin cu relaia

    .1

    fafzhd

    F

    A

    F

    == (2.31)

    Pentru spira filetului piuliei, expresia tensiunii de forfecare este

    .fafzhD

    F

    A

    F

    == (2.32)

    Rezistena admisibil la forfecare depinde de materialul urubului, respectiv piuliei, lund

    valorile af = 5065 MPa - pentru oel i af = 3035 MPa - pentru bronz sau font.

    2.1.5.4. Calculul asamblrilor filetate ncrcate transversal

    La aceste asamblri, sarcina exterioar acioneaz perpendicular pe axele uruburilor. n funcie de modul de montare a uruburilor, n practic se ntlnesc dou cazuri distincte, i anume:

    uruburi montate cu joc;

    uruburi montate fr joc (uruburi de psuire).

    a

    b

  • Asamblri

    29

    Asamblri filetate ncrcate transversal, cu uruburi montate cu joc. n cazul acestor asamblri (fig.2.18), 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, (2.33) n care Ff reprezint fora de frecare dintre table.

    Pentru ndeplinirea inegalitii (2.33), 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, (2.34)

    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.2.18).

    Introducnd relaia (2.34) n inegalitatea (2.33) i impunnd un coeficient de siguran la

    alunecarea tablelor , rezult fora necesar de prestrngere pentru un urub

    .0iz

    QF

    = (2.35)

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

    ,3,14

    21

    0tat

    d

    F

    = (2.36)

    iar pentru dimensionare

    .3,14 0

    1ta

    Fd

    = (2.37)

    Relaia (2.35) 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.

    Pentru a prentmpina solicitarea suplimentar a uruburilor la ncovoiere, prin alunecarea

    relativ a tablelor, se iau unele msuri constructive: montarea unei buce sau a unui inel, n alezajul

    pieselor de asamblat; montarea, n planul de separaie al tablelor, a uni tift sau a unei pene paralele; executarea, n planul de separaie, a unui prag. La aceste construcii, sarcina exterioar se transmite

    de la o tabl la cealalt prin intermediul bucei, inelului, tiftului, penei paralele, respectiv pragului.

    Fig. 2.18

  • Organe de maini 30

    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

    direct 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.2.19).

    Tija nefiletat a uruburilor este

    solicitat la forfecare, iar suprafeele de

    contact dintre urub i table sunt solicitate la strivire.

    Solicitarea principal este solicitarea la

    forfecare; condiia de rezisten la forfecare are expresia

    ,4

    20

    fafizD

    Q

    A

    Q

    == (2.38)

    n care z reprezint numrul de uruburi, iar

    i - numrul seciunilor de forfecare (i = 2, pentru asamblarea din fig. 2.19).

    Pentru dimensionare, din relaia (2.38), rezut diametrul tijei nefiletate a uruburilor

    afiz

    QD

    =

    40 , (2.39)

    n funcie de care se alege un urub standardizat.

    Solicitarea la strivire este mai puin important, efectundu-se doar un calcul de verificare la

    aceast solicitare. Relaia de verificare este

    ,0

    sa

    min

    szlD

    Q

    A

    Q== (2.40)

    unde 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. 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 cu cap se pot clasifica dup forma constructiv a capului, tijei i vrfului. Principalele forme constructive ale capului uruburilor sunt prezentate n fig.2.20, cel mai

    frecvent utilizat fiind urubul cu cap hexagonal (fig.2.20, a, b, c), deoarece necesit cel mai redus

    spaiu pentru manevrare cu cheia fix la montare, respectiv la demontare.

    Fig. 2.19

  • Asamblri

    31

    La montri i demontri repetate se utilizeaz uruburile cu cap ptrat (fig.2.20, 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.2.20, b), pentru micorarea concentratorului de tensiuni reprezentat de trecerea de la diametrul tijei la capul urubului sau cu

    guler (v. fig.2.20, 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.2.20, e i f), semirotund (fig.2.20, g),

    seminecat (fig.2.20, h) sau necat (fig.2.20, 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.2.20, e) n cazul unor fore de strngere mari sau cu

    cresttur pentru urubelni (v. fig.2.20, f) n cazul unor fore de strngere mici. La cele cu hexagon interior, rezistena cheii este mai

    redus dect a tijei urubului, eliminndu-se astfel posibilitatea ruperii

    acestuia. uruburile cu cap semirotund, seminecat i necat sunt

    prevzute cu loca (cresttur) pentru urubelni obinuit (v. fig.2.20, g i h), iar n cazul unor montri i demontri frecvente, cu loca pentru

    urubelni n form de cruce (v. fig.2.20, 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 dispozitivele 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.2.20, j) sau cu o proeminen sub form de nas (fig.2.20, k), care

    deformeaz materialul piesei asamblate.

    La fore de strngere mici, se folosesc uruburile cu cap striat (fig.2.20, l), care se strng cu mna.

    Fig. 2.21

    Fig.2.20

    a

    b

    c

    d

    e

    a

    b

    c

    d

    e

    f

    g

    h

    j

    k

    l i

  • Organe de maini 32

    Forma tijei uruburilor depinde de modul de montare i de felul solicitrii

    acestora, principalele forme constructive

    fiind prezentate n fig. 2.21. Tija urubului (fig.2.21) 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.2.22).

    tifturile filetate au filet pe toat lungimea i sunt folosite pentru a mpiedica deplasarea relativ a dou piese, ele fiind solicitate la compresiune (fig.2.22).

    Prezoanele (fig.2.23) sunt uruburi filetate la ambele capete i se utilizeaz n cazul n care materialul piesei nu asigur o durabilitate

    suficient filetului, la montri i demontri

    repetate. Prezoanele pot avea tija nefiletat de

    acelai diametru cu tija filetat (fig.2.23, a) sau mai mic (fig.2.23, 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.2.24, a) i uruburile cu ochi (fig.2.24, b),

    utilizate la dispozitive; inele urub de ridicare (fig.2.24, c), utilizate la ridicarea i

    manevrarea subansamblelor i ansamblelor, cu

    ajutorul macaralelor; uruburile pentru fundaii (fig.2.24, d), utilizate pentru fixarea

    ansamblelor pe fundaie, un capt al acestora

    ngropndu-se n betonul fundaiei, iar cellalt

    fiind prevzut cu filet, pentru montarea unei piulie; uruburile autofiletante pentru lemn (fig.2.24, e).

    Fig. 2.22

    Fig. 2.23

    Fig. 2.24

    a

    b

    c

    d

    e

    a b

    c

    d e

    a

    b

  • Asamblri

    33

    Piuliele se execut ntr-o mare varietate de forme constructive, principalele fiind prezentate n fig. 2.25: 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

    frontale, pentru strngere cu

    chei speciale; j - fluture,

    pentru strngere cu mna; k - striate, pentru strngere cu

    mna.

    aibele (fig. 2.26) 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.2.26, a) sau este nclinat (aibe pentru profile I i,

    respective, L) fig.2.26 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 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:

    g h i j k

    Fig. 2.25

    a b c

    Fig.2.26

    a b

    c

    d e f

    Forma A Forma B

  • Organe de maini 34

    mrirea forei de frecare dintre elementele asamblrii; utilizarea de elemente suplimentare, care mpiedic rotirea piuliei fa de urub;

    deformaii locale ale materialului urubului i/sau piuliei sau aplicarea de adaos de

    material (de regul puncte de sudur). 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.2.27, 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 (v. fig.2.27, a), mrindu-se, n acest fel, fora axial din

    asamblare. Contrapiulia este mai ncrcat

    dect piulia (fig.2.27, b), deci ar trebui s aib

    o nlime mai mare; pentru evitarea inversrii lor la montaj, piulia i contrapiulia se execut

    de 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 contrapiuliei. 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.2.27, c). Acest tip de piuli,

    Fig.2.27

    d b c d

    Fig.2.28

    a b

    c d

  • Asamblri

    35

    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.2.27, 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 uzual aib elastic este aiba

    Grower (fig.2.28, a), cu capete netede varianta N sau cu capete rsfrnte varianta R. aibele elastice pot avea dini exteriori (fig.2.28, b) sau interiori (fig.2.28, c) i pot fi plane (v. fig.2.28, b i

    c) sau conice (fig.2.28, d).

    Utilizarea de elemente suplimentare, care mpiedic rotirea piuliei fa de urub (aibe plate, plinturi etc.). aibele plate de asigurare i realizeaz funcia prin deformare (pentru fixarea

    aibei n piesa pe care se sprijin i pentru mpiedicarea rotirii urubului sau piuliei fa de aib),

    fiind prevzute cu nas sau aripioare (fig.2.29); piuliele canelate, folosite la fixarea axial a inelelor de rulmeni, se asigur cu o aib special (fig.2.29, 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

    a b c

    Fig.2.29

    a b c d

    Fig.2.30

  • Organe de maini 36

    urub i printre crenelurile piuliei (fig.2.30, a). Grupurile de uruburi apropiate se pot asigura prin legare cu ajutorul unei srme (fig.2.30, b).

    Deformaii locale ale materialului urubului i/sau piuliei sau aplicarea de adaos de material. Filetul urubului i piuliei se pot deforma local prin chernruire, prin deformarea local a materialului urubului i/sau piuliei, 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.2.30, c, respectiv

    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.

    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.2.31).

    Forma A Forma B Forma C

    Fig.2.31

  • Asamblri

    37

    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 (v. fig. 2.31), variant utilizat

    doar pentru capetele de arbori.

    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, care se execut n aceleai forme ca i penele paralele

    obinuite (fig.2.32). 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 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.2.33):

    presiunea pe feele active

    (laterale) ale penei este distribuit uniform;

    pana este montat cu

    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

    t

    sdhl

    M

    lhd

    M

    A

    F=== (2.41)

    de unde rezult lungimea de calcul necesar a penei

    Fig. 2.32

    Fig. 2.33

  • Organe de maini 38

    .4

    as

    t

    cdh

    Ml

    = (2.42)

    Verificarea penei la solicitarea de forfecare se efectueaz cu relaia

    .12

    af

    c

    t

    fbld

    M

    A

    F== (2.43)

    n relaiile (2.41). (2.43), 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.

    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 a unei asamblri prin pan paralel, pentru care se cunosc sarcina

    exterioar (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 urmtoarele etape:

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

    arborelui

    ,2,0

    3

    at

    tMd

    = (2.44)

    unde at =15 55 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 ale penei (b i h);

    se calculeaz, din condiia de rezisten la strivire (v. relaia (2.42)), lungimea de calcul

    necesar lc i apoi lungimea total a penei (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 rezult mai mare dect lungimea butucului, se

    monteaz dou pene identice, dispuse la 180o, cu lungimea lc /2. Dac lungimea lc /2 este

    mai mare dect limea butucului, se aleg asamblri prin caneluri. Dac este cunoscut

  • Asamblri

    39

    lungimea butucului, se alege o lungime standardizat a penei n funcie de lungimea

    butucului i se verific asamblarea la solicitarea de strivire, cu relaia (2.41);

    n cazul n care arborele este executat dintr-un material mai rezistent dect pana, asamblarea

    se verifica la forfecare, cu relaia (2.43).

    2.2.3. Asamblri prin pene disc i cilindrice

    2.2.3.1. Asamblri prin pene disc

    Penele disc au forma unui segment de disc; partea inferioar a penei se introduce ntr-un canal,

    de acceai form, executat n arbore, iar partea superioar, cu faa dreapt, n canalul din butuc

    (fig.2.34). Penele disc necesit executarea unui

    canal adnc n arbore (acesta ducnd la

    micoarea rezistenei la ncovoiere a arborelui), fapt care determin utilizarea

    acestor tipuri de pene cu precdere la

    montarea roilor pe capetele arborilor,

    deoarece aceste poriuni sunt mai puin solicitate la ncovoiere; principalele

    domenii de utilizare se refer la:

    construcia de maini unelte, de autovehicule, maini gricole etc.

    Canalul de pan din arbore se execut

    prin frezare cu frez disc, iar canalul din butuc prin mortezare sau broare, n cazul produciilor de

    serie mare. Sarcina exterioar

    (momentul de torsiune Mt)

    se transmite prin contactul direct, fr frecare, dintre

    pan i arbore pe de o parte

    i dintre pan i butuc pe de

    alt parte. Ca urmare, ca i n cazul asamblrilor prin

    pene paralele, suprafeele n

    contact sunt solicitate la

    strivire, iar pana la forfecare. n fig.2.35 este prezentat schema de calcul a asamblrii prin pan disc.

    Dimensiunile penei se aleg, din standardul pentru pene disc, n funcie de diametrul d al

    arborelui, iar asamblarea se verific la solicitarea de strivire, cu relaia

    ( ),

    1212

    1as

    tts

    thDd

    M

    lcd

    M

    == (2.45)

    iar la solicitarea de forfecare, cu relaia

    Fig. 2.34

    Fig. 2.35

  • Organe de maini 40

    af

    tt

    fDbd

    M

    lbd

    M==

    1212. (2.46)

    n relaiile (2.45) i (2.46), s-au notat cu: Mt momentul de torsiune transmis de asamblare; d

    diametrul arborelui; b limea penei; h nlimea penei; D diametrul discului penei; t1

    adncimea canalului din arbore; as rezistena admisibil la strivire a materialului mai slab; af

    rezistena admisibil la forfecare a materialului penei.

    Valorile rezistenelor admisibile sunt aceleai ca i n cazul asamblrilor prin pene paralele.

    2.2.3.2. Asamblri prin pene cilindrice

    Penele cilindrice sunt tifturi cilindrice montate longitudinal, locaul pentru tift fiind executat

    jumtate n arbore i jumtate n butuc (fig.2.36). Domeniul utilizrii asamblrilor prin pene cilindrice este limitat: n cazul amplasrii butucilor pe capete de arbori, pentru momente de torsiune

    mici; n cazul ajustajelor presate, ca elemente

    de siguran.

    Asamblrile prin pene cilindrice se verific la solicitarea de strivire i de forfecare,

    conform schemei de calcul din fig.2.36, cu

    relaiile:

    as

    tt

    szldd

    M

    zldd

    M==

    '

    4

    2

    '12

    , (2.47)

    ,'

    12af

    tf

    zldd

    M= (2.48)

    n care: Mt este momentul de torsiune transmis de asamblare; d diametrul arborelui; d diametrul

    penei; l lungimea penei: z numrul de pene; as rezistena admisibil la strivire a materialului

    mai slab; af rezistena admisibil la forfecare a materialului penei.

    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 a 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.

    Fig. 2.36

  • Asamblri

    41

    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.2.37, a), cu profil n evolvent (fig.2.37,

    b), cu profil triunghiular (fig.2.37, 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).

    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.2.38, 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.2.38, 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.2.38, c); nu asigur centrarea precis a pieselor asamblate,

    a b c

    Fig. 2.37

    a b c

    Fig. 2.38

  • Organe de maini 42

    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 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 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. Seria grea 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 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

    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.2.39. 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

    Fig. 2.39

  • Asamblri

    43

    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

    = (2.49)

    unde raza medie are expresia

    4

    dDrm

    += . (2.50)

    Suprafaa portant efectiv a flancurilor tututror canelurilor, corespunztoare unitii de

    lungime de contact dintre arbore i butuc, se determin cu relaia

    == c

    dDzzhs 2

    275,075,0' 1 , (2.51)

    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

    '

    '

    s

    SLnec = . (2.52)

    Valoarea rezistenei admisibile la strivire este indicat n standardul cu algoritmul de calcul, 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, a diametrului interior al arborelui canelat, din condiia

    de rezisten la torsiune

    ,2,0

    3

    at

    tMd

    = (2.53)

    unde at =20 35 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;

  • Organe de maini 44

    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 (2.49), suprafaa

    portant efectiv s, corespunztoare unitii de lungime de contact, cu relaia (2.51) i

    lungimea minim necesar a butucului canelat Lnec, cu relaia (2.52); dac se cunoate

    lungimea butucului canelat, se efectueaz un calcul de verificare, cu relaia

    as

    tn

    s

    LcdD

    zdD

    M

    +=

    22

    75,0

    1

    4

    . (2.54)

    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.

    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.2.40

    tifturile cilindrice pline (fig.2.40, a) se monteaz cu strngere, domeniul de folosire al acestora

    fiind limitat, datorit micorrii strngerii n urma montrilor i demontrilor repetate i a

    a b c

    d e f

    g h i

    j k l

    Fig. 2.40

  • Asamblri

    45

    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.2.40, 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.2.40, g) sunt folosite, n special, pentru centrare i 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.2.40, 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 capt spintecat (fig.2.40, 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, la viteze mari.

    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.2.40, c, j i f) sau numai

    pe o poriune din lungime (fig.2.40, d, 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 (fig2.41).

    n fig.2.42 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.

    a b

    Fig. 2.41

    a b c

    d

    Fig. 2.42

  • Organe de maini 46

    tifturile se execut din OL 50, OL 60, OLC 15, OLC35, 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.2.43 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.

    Sarcina exterioar (momentul de torsiune Mt) se transmite prin contact direct, fr frecare, de la arbore la tift i de la tift la butuc (sau invers), solicitrile principale 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

    tt

    fDd

    M

    dD

    M

    A

    F

    === (2.55)

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

    ( ) astt

    sDDd

    M

    DDd

    DD

    M

    A

    F

    =

    +==

    21

    221221

    2 4

    22

    1

    4

    . (2.56)

    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

    2

    0+= smeds

    ), este

    as

    tt

    sdD

    M

    DdD

    M

    A

    F ===

    21

    11

    1 6

    22

    1

    23

    22 . (2.57)

    n relaiile (2.55), , (2.57), 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.

    Fig. 2.43

  • Asamblri

    47

    De regul, diametrul tiftului se alege constructiv, 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

    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.2.44, a, b, c); cu cap mic sau mare

    (fig.2.44, d, e, f, g, h); cu suprafaa lis (fig.2.44, a); cu guri pentru plinturi

    (fig.2.44, c, d, f, h); cu canale pentru

    inele elastice de rezemare excentrice

    pentru arbori (fig.2.44, b, e); cu cep filetat (fig.2.44, 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.2.45, 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 affd

    F

    d

    F

    == (2.58)

    n relaia (2.58), 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)

    assdb

    F =

    2; (2.59)

    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)

    a b c d e f g h

    Fig. 2.44

  • Organe de maini 48

    apda

    Fp = . (2.60)

    n relaiile (2.59) i (2.60), 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 a peliculei de

    lubrifiant.

    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).

    2.5.3. Inele elastice de rezemare excentrice pentru arbori i alezaje

    Inelele elastice de rezemare excentrice pentru arbori i alezaje se folosesc pentru a mpiedica

    deplasarea axial relativ a pieselor asamblate. n figurile 2.46 i 2.47 sunt prezentate exemple de

    utilizare a inelelor elastice de rezemare execentrice pentru arbori i, respectiv, alezaje.

    Standardele prevd variante constructive de inele elastice de rezemare excentrice pentru arbori

    i, respectiv, alezaje, n variantele cu urechi (pentru diametre pn la 165 mm) i fr urechi (pentru

    diametre peste 165 mm); acestea sunt prezentate n fig.2.48 i, respectiv, fig.2.49. Inelele elastice se execut prin tanare, din tabl de oel de arc, i preiau fore axiale relativ

    mari.

    Fig. 2.45

    Furc

    Bol

    Tirant

    Fig. 2.46

    Fig. 2.47

  • Asamblri

    49

    Valorile acestor fore sunt indicate n standarde i se aleg n funcie de tipodimensiunea inelului. Pentru aplicaii n care forele axiale sunt neglijabile, se folosesc inele de siguran din srm

    (fig.2.50)

    2.6. ASAMBLRI PRIN STRNGERE PROPRIE

    2.6.1. Asamblri presate

    2.6.1.1. Modul de realizare

    Asamblrile presate sunt asamblri de tip arbore-butuc la care piesa cuprins (arborele) i cea

    cuprinztoare (butucul) formeaz un ajustaj presat, executat pe baza toleranelor prevzute n standarde.

    n timpul procesului tehnologic de presare la asamblarea dintre un manon cilindric (butuc),

    avnd diametrul interior (iniial) db i o buc cilindric (arbore), cu diametrul exterior (iniial)

    da>db se produce o mrire a diametrului alezajului butucului, cu cantitatea b i o micorare a

    Fig. 2.49

    Fig. 2.48

    Fig. 2.50

  • Organe de maini 50

    diametrului arborelui, cu cantitatea a. Dup montare,

    se ajunge la un diametru final (comun) d al suprafeelor de contact, mrimea acestuia fiind cuprins ntre cele

    dou diametre iniiale, db

  • Asamblri

    51

    pentru asamblarea solicitat de fora axial Fa (v. fig.2.53, a)

    pldFa = i deci ;ld

    Fp a

    (2.62)

    pentru asamblarea solicitat de momentul de torsiune Mt (v. fig.2.53, b)

    2

    dpldM t i deci

    ld

    Mp t

    2 . (2.63)

    n relaiile (2.62) i (2.63), s-a notat cu: d diametrul suprafeelor de contact ale pieselor

    asamblate; l lungimea de contact dintre piese; - coeficientul de frecare de alunecare, a crui

    valoare depinde de materialele pieselor asamblrii i de starea de ungere a suprafeelor.

    Calculul strngerii teoretice necesare. Strngerea teoretic necesar se calculeaz cu relaia lui Lam, stabilit pentru suprafee cilindrice netede,

    [ ].m103dE

    K

    E

    KpS

    b

    b

    a

    a

    += (2.64)

    Coeficienii adimensionali Ka i Kb se determin cu relaiile:

    aadd

    ddK

    +=

    21

    2

    21

    2

    ; (2.65)

    .22

    2

    222

    bbdd

    ddK +

    += (2.66)

    n relaiile (2.64) ... (2.66), s-a notat cu: d - diametrul nominal al ajustajului, d1 - diametrul

    interior al piesei cuprinse; d2 - diametrul exterior al piesei cuprinztoare; a,b - coeficientul de

    contracie transversal al materialului arborelui, respectiv butucului; Ea,b modulul de elasticitate

    longitudinal al materialului arborelui, respectiv butucului.

    Calculul strngerii corectate necesare. Strngerea teoretic necesar trebuie corectat, pentru a ine seama de condiiile reale de execuie, montaj i exploatare ale asamblrii. Strngerea

    corectat necesar se determin cu relaia Sc = S + Sn + St + Sd, (2.67)

    n care:

    Sn ine seama de faptul c neregularitile

    existente, iniial, pe suprafeele pieselor se distrug n timpul presrii. Diametrele d'a i d'b ale

    arborelui i, respectiv, butucului, se msoar

    peste vrfurile neregularitilor; dup distrugerea neregularitilor, n timpul presrii, aceste

    diametre vor avea mrimile da i, respective, db

    (fig.2.54) Corecia Sn se calculeaz cu relaia

    Sn 1,2 (Ra max + Rb max) [m] , (2.68)

    n care Ra max i Rb max reprezint nlimile maxime ale neregularitilor suprafeelor

    arborelui, respectiv butucului, dependente de felul prelucrrii suprafeei (Rmax = 6Ra, unde

    Fig. 2.54

  • Organe de maini 52

    Ra este rugozitatea suprafeei). Aceast corecie este foarte important pentru piese de diametere mici i cu rugoziti mari ale suprafeelor.

    St compenseaz efectul dilataiilor termice diferite ale pieselor asamblate, care apar n timpul

    funcionrii, i se calculeaz cu relaia

    ( ) ( )[ ] [ ],m10) 300 dttttS aabbt = (2.69)

    n care: a,b sunt coeficienii de dilatare termic liniar ai materialului arborelui, respectiv

    butucului; ta,b - temperatura de funcionare a arborelui, respectiv butucului, t0 - temperatura la care s-a fcut msurarea diametrelor da i db. Dac temperatura n timpul funcionrii

    asamblrii este aceeai sau apropiat de temperatura la care s-a fcut msurarea, St nu

    intervine n calcul.

    Sd ine seama de deformaiile elastice ale pieselor, sub aciunea sarcinilor exterioare, iar valoarea ei este egal cu valoarea deformaiilor pieselor; de regul se neglijeaz.

    Alegerea ajustajului standardizat i a toleranelor de execuie ale pieselor. n funcie de valoarea strngerii corectate necesare Sc, se alege tipul ajustajului cu strngere, iar n funcie de

    acesta i de diametrul nominal d al ajustajului, se aleg din standarde toleranele de execuie ale celor dou piese ce urmeaz s se asambleze.

    Pentru realizarea asamblrilor presate, se recomand urmtoarele cmpuri de toleran, n

    sistemul alezaj unitar: H6/s5; H7/s6; H8/s7 pentru ajustaje cu strngeri mari;

    H6/t5; H7/t6; H7/t7 pentru ajustaje cu strngeri foarte mari;

    H6/u5; H7/u6; H8/u7 pentru ajustaje cu strngeri extrem de mari.

    n urma prelucrrii pieselor, pot rezulta diametre cuprinse ntre da min i da max, pentru arbore i ntre db min i db max, pentru butuc. Strngerile maxim, minim i medie se determin cu relaiile

    (fig.2.55):

    Smax = (da max - db min) 103 [m], (2.70)

    Smin = (da min - db max) 103 [m], (2.71)

    .2

    minmax

    med

    SSS

    += (2.72)

    Pentru ca toate asamblrile realizate - dintr-un lot de piese (arbori i butuci)

    executate n cadrul aceluiai cmp de

    toleran s fie bune, trebuie ndeplinit

    condiia Smin Sc. De regul, se admite ca

    strngerea minim a ajustajului ales s fie

    mai mic dect strngerea corectat necesar, deoarece procentul asamblrilor cu strngere minim este extreme de mic; ntruct

    predomin asamblrile cu strngeri medii, condiia devine Smed > Sc. Dac nu este ndeplinit

    condiia, se alege un alt ajustaj, cu strngere mai mare sau mai mic.

    Verificarea asamblrii la deformaii plastice. Datorit unor strngeri prea mari, piesele asamblate se pot deforma plastic; din aceast cauz, se impune o verificare la deformaii plastice a

    Fig. 2.55

    F

    Cmpul de toleran H

    Cmpuri de toleran r, s, t etc.

  • Asamblri

    53

    celor dou piese asamblate. Verificarea la deformaii plastice are rolul de a asigura meninerea deformaiei pieselor asamblate n domeniul elastic i const n impunerea condiiei ca tensiunile

    care apar n piesele asamblate s nu depeasc tensiunile de curgere ale materialelor.

    Verificarea deformaiilor pieselor asamblate. Este necesar s se calculeze deformaiile elastice rezultate n urma presrii la interiorul piesei cuprinse i la exteriorul piesei cuprinztoare

    deoarece aceste deformaii pot provoca defeciuni n funcionarea ansamblului din care face parte

    asamblarea presat. Astfel, la presarea rulmenilor (inelelor interioare) pe fusurile arborilor, se

    modific jocul radial din rulment, putndu-se ajunge, n cazuri limit, la blocarea lagrului; acelai lucru se poate ntmpla i la presarea inelului exterior al rulmentului n alezajul carcasei.

    Deformaiile elastice diametrale ale pieselor asamblate se calculeaz cu relaia lui Hooke, din teoria

    elasticitii.

    Calculul forelor axiale, necesare la presare i la depresare. Fora necesar la presare se calculeaz cu relaia

    Fp = 1 l p , (2.73)

    iar fora necesar la depresare, cu relaia

    Fd = 2 l p , (2.74)

    n care, 1 i 2 sunt coeficienii de frecare la presare, respectiv depresare, dependeni de cuplul de

    materiale al asamblrii i de starea de ungere a suprafeelor; au valori diferite i diferite de valorile

    coeficientului de frecare de calcul .

    2.6.2. Asamblri fretate

    La asamblrile fretate realizate prin nclzirea piesei cuprinztoare (butucul) sau prin rcirea

    piesei cuprinse (arborele) se obin strngeri sporite fa de asamblrile presate la rece,

    micorndu-se considerabil forele axiale, necesare la montaj.

    Temperatura de nclzire a butucului, respectiv de rcire a arborelui, se determin innd seama

    de strngerea maxim Smax a ajustajului ales, de coeficientul de dilatare termic liniar a,b, de

    diametrul nominal al ajustajului d i de temperatura mediului ambiant t0. Dac se consider nclzirea butucului, condiia de montaj, fr necesitatea unei fore axiale de

    presare, este

    Smax + j = b (t - t0) d 103 , (2.75)

    temperatura necesar de nclzire a butucului rezultnd

    [ ].C10 o03max td

    jSt

    b

    +

    += . (2.76)

    Dac se consider rcirea arborelui, condiia devine

    Smax + j = a (t0 - t) d 103 . (2.77)

    respectiv

    [ ].C10 o3max0 +

    =d

    jStt

    a. (2.78)

  • Organe de maini 54

    La valorile calculate ale temperaturilor se mai adaug cteva zeci de grade, avnd n vedere rcirea, respectiv nclzirea piesei n timpul manipulrii. n relaiile (2.75) ... (2.78), prin j s-a notat

    jocul care trebuie s existe ntre piese, n urma nclzirii butucului, respectiv rcirii arborelui.