Cuplaje , Organe de Masini

8/13/2019 Cuplaje , Organe de Masini

1/12

ORGANE DE MAINI PENTRU PROFIL ENERGETIC - TEORIE

- 149 -

Capitolul 11

CUPLAJE

/1, 3, 5, 8/


2/12


- 150 -

11.1. GENERALITI

a) Caracterizare

Cuplajele sunt organe de maini care fac legtura dintre doi arbori aflai nprelungire transmind puterea P i turaia n (deci momentul de torsiune Mt) de launul la cellalt.Observaii Cuplajele mai pot ndeplini i alte roluri funcionale:

compensarea abaterilor de poziie reativ dintre cei doi arbori: radiale (v.fig.11.1.a), axiale (v.fig. 11.1.b), unghiulare (v.fig. 11.1.c) sau combinaii aleacestora;

amortizarea de ocuri i/sau vibraii; limitarea sarcinii de funcionare.

Deobicei, funcionarea cuplajelor se face fr pierdere de putere (randamentul estehc= 100%) i fr modificarea turaiei (raportul de transmitere este ic), dar existi excepii.

Fig.11.1.Abateri de poziie relativ.

Fig.11.2.Schia de principiu a unui cuplaj.

n general, un cuplaj esteformat din dou semicuple montate

pe capetele celor doi arbori printr-oasamblare arbore-butuc demontabil

(v. fig. 11.2) i legate ntre ele prinelemente de legtur (boluri,tifturi, uruburi, gheare, discuri,fore de frecare etc.).

b) Clasificare

Conform clasificrii standardizate cuplajele sunt: Mecanice transmit momentul prin contactul unor corpuri solide:

permanente ntreruperea legturii dintre arbori se poate face numai prindemontarea cuplajului:


3/12


- 151 -

- fixe (necompensatoare) nu pot compensa abaterile de poziie relativdintre arbori (radiale i/sau unghiulare);

- mobile (compensatoare) pot compensa abaterile de poziie relativdintre arbori prin elementele de legtur rigide sau elastice:

- rigide elementele de legtur sunt rigide;

- elastice elementele de legtur sunt elastice. intermitente (ambreiaje) ntreruperea legturii dintre arbori se poate face

fr demontare:- comandate decuplarea se face printr-o comand exterioar;- automate decuplarea se face automat.

Hidraulice transmit momentul prin intermediul unui fluid. Electromagnetic transmit momentul prin intermediul unui cmp electromag-

netic.

c) Principii de calcul pentru cuplajele standardizate sau tipizate

Sunt foarte multe tipodimensiuni de cuplaje standardizate sau tipizate.Proiectarea acestora se rezum la stabilirea tipului i alegerea din standard saucatalog a mrimii necesare transmiterii momentului de torsiune Mt.

Tipul cuplajului se stabilete n funcie de cerinele funcionale. Astfel,cuplajul poate fi permanent sau intermitent, compensator (mobil) sau fix, amortizorsau nu, limitator sau nu etc.

Mrimea cuplajului se alege prin compararea momentului de torsiune decalcul Mtccu cel nominal Mtn(garantat de firma productoare i precizat n standardsau catalog, ca putnd fi transmis n condiii normale de funcionare, adic fr ocurii vibraii):

tnsttc MCMM = (11.1)

n relaia (11.1), Cseste coeficientul de serviciu, supraunitar, care depinde decaracteristicile de funcionare ale mainii motoare i a celei de lucru.

n concluzie, la cuplajele standardizate sau tipizate, calculele de rezistensunt facultative.

11.2. CUPLAJE PERMANENTE FIXE

11.2.1. Cuplaje cu manon

a) Cuplajul monobloc

Acest cuplaj nestandardizat, foarte simplu din punct de vedere constructiv,este schiat n figura 11.3. Practic, momentul de torsiune se transmite prin intermediulcelor dou tifturi transversale. Arborii trebuie s fie perfect aliniai, iar la montaj

unul dintre ei trebuie s fie deplasabil axial. Calculele aferente pentru momentul detorsiune de calcul Mtc= MtCs, sunt cele prezentate n paragraful 3.1.4.


4/12


- 152 -

Fig.11.3.Cuplajul manon monobloc.

b) Cuplajul din dou buci

Acest cuplaj, standardizat, este prezentat schematic n figura 11.4. Cele dou

semimanoane sunt strnse pe capetele celor doi arbori prin intermediul unorasamblri filetate. Arborii trebuie s fie perfect aliniai, dar montajul este mai facildect n cazul cuplajului monobloc.

Fig.11.4.Cuplajul manon din dou buci.

11.2.2. Cuplaje cu flane

a) Cuplajul cu uruburi montate fr joc

Aceasta este varianta standardizat a cuplajului cu flane (v.fig. 11.5). Arboriitrebuie s fie perfect aliniai, unul dintre ei fiind i deplasabil axial. Flanele celordou semicuple sunt prinse cu ns uruburi psuite plasate echidistant pe cercul dediametru D1. Momentul de torsiune se transmite prin form. Calculul unuia dintrecele nsuruburi (care are diametrul brului de centrare d0i cotele de contact s1i s2)se face cu relaiile prezentate n paragraful 2.6.2, pentru fora transversal F1:

s1

st1

nD

CM2F

= (11.2)


5/12


- 153 -

Fig.11.5.Cuplajul cu flane cu uruburi montate fr joc.

b) Cuplajul cu uruburi montate cu joc

Aceasta este varianta nestandardizat a cuplajului cu flane (v.fig. 11.6). i nacest caz arborii trebuie s fie perfect aliniai, iar unul dintre ei i deplasabil axial.Prinderea flanelor se face cu ns uruburi, montate cu joc, plasate echidistant pecercul de diametru D1. Momentul de torsiune se transmite prin frecarea dintresuprafeele frontale ale celor dou flane, caracterizat de coeficientul de frecare de

alunecare . Calculul unuia dintre cele ns uruburi se face cu relaiile din paragraful2.6.1, pentru fora axial F01:

=

s1

St01

nD

CM2F (11.3)

Fig.11.6.Cuplajul cu flane cu uruburi montate cu joc.

11.3. CUPLAJE PERMANENTE MOBILE RIGIDE

11.3.1. Cuplajul cu disc intermediar (Oldham)

Un astfel de cuplaj, nestandardizat, dar tipizat, compensator radial, este schiatn figura 11.7. Semicuplele montate pe capetele celor doi arbori, au practicate pesuprafeele lor frontale cte un canal diametral. Discul intermediar are dou


6/12


- 154 -

proeminene (perpendiculare ntre ele) de form conjugat canalelor. Astfel nfuncionare, discul se rotete iar proeminenele sale culiseaz n canalelesemicuplelor. Datorit acestor frecri, cuplajul cu disc intermediar nu transmiteintegral puterea puterea primit (are randament subunitar). Abaterea radial

compensat este Dr.

Fig.11.7.Cuplajul cu disc intermediar.

11.3.2. Cuplajul cu gheare

Un astfel de cuplaj, nestandardizat, compensator axial, n varianta cu ng

= 3gheare, este schiat n figura 11.8. n general se utilizeaz cuplaje la care fiecaresemicupl are ng = 36 gheare. Cele dou semicuple sunt centrate ntre ele prinintermediul unei buce.

Fig.11.8.Cuplajul cu gheare.


7/12


- 155 -

Ghearele sunt caracterizate de diametrul interior Dii diametrul exterior De.Lungimea circumferenial a unei gheare, pe diametrul mediu Dm= (De+ Di)/2, esteh = pDm/(2ng). Grosimea unei gheare este b = (De - Di)/2. Ghearele celor dousemicuple sunt n contact pe lungimea a, compensarea axial propriu-zis fiindDa.

n ipoteza c ghearele sunt uniform ncrcate, fora F1g(tangent la cercul de

diametru mediu Dm) corespunztoare unei gheare este:

gm

stg1 nD

CM2F

= (11.4)

Verificarea la solicitarea de contact se face cu relaia:

sag1

s ab

Fs=s (11.5)

Pentru calculul la ncovoiere, se consider c din punct de vedere axial fora F1gacioneaz la mijlocul lungimii contactului:

ia2

g1

i

6

bh

a2

aF

s

D+

=s (11.6)

11.3.3. Cuplajul cardanic

Acest cuplaj, compensator unghiular, nu este standardizat. n figura 11.9 este

reprezentat schematic un cuplaj cardanic simplu. Legtura dintre furcile cardanice1 i 3 se face prin intermediul crucii cardanice 2.

Fig.11.9.Cuplajul cardanicsimplu. Fig.11.10.Cuplajul cardanic dublu.

ntre axa furcii conductoare 1 i cea a furcii conduse 3, abaterea unghiular,pe care cuplajul o compenseaz estea13. Se poate arta c dac viteza unghiular afurcii conductoare 1 estew1= ct, atunci cea a furcii conduse 3 este variabil:


8/12


- 156 -

aw

aww13

11313 cos

;cos (11.7)

Rezult c un cuplaj cardanic simplu modific turaia (ic 1). Mai mult dectatt, exist frecare n cele patru lagre prin care se face legtura dintre crucea

cardanic i cele dou furci. Deci exist i pierderi de putere (hc


9/12


- 157 -

11.4. CUPLAJE PERMANENTE MOBILE ELASTICE

Sunt foarte multe tipuri de astfel de cuplaje standardizate: cu boluri, cuprisme, cu lamele, cu rozet etc.

Mt

f (sauj)0

Mtm= (Mt+Mtd)/2

jmax

Mt max

AB

C

D

= = = =

Fig.11.12.Caracteristica defuncionare static.

Aceste cuplaje sunt compensatoare

universale, iar caracteristicile lor defuncinare, static i respectiv dinamic,

prezint bucle de histerezis. De aceea,cuplajele elastice au i capacitatea de aamortiza ocuri i vibraii.

De exemplu, n figura 11.12 estereprezentat caracteristica de funcionarestatic a unui cuplaj elastic cu rozet.Practic, aceast caracteristic se determin

experimental prin msurarea momentului dersucire Mt la ncrcare (Mt) i respectivdescrcare (Mtd) n patru puncte echidistante:

A, corespunztor unghiului de rotirejA=jmax/4;B, corespunztor unghiului de rotirejB=jmax/2;C, corespunztor unghiului de rotirejC= 3jmax/4;D, corespunztor unghiului de rotirejD=jmax

Metodologia de stabilire a rigiditii statice a cuplajului, presupune mai ntideterminarea caracteristicii de funcionare mediane n cele patru puncte:

2MMM )D,C,B(A,td)D,C,B(A,ti)D,C,B(A,tm += (11.8)

Apoi se calculeaz rigiditile statice corespunztoare celor patru puncte:

)D,C,B(A

)D,C,B(A,tm)D,C,B(A

Mc

j= (11.9)

n final se determin rigiditatea static csta cuplajului ca medie aritmetic arigiditilor corespunztoare elor patru puncte:

4

ccccc DCBAst

+++= (11.10)

O alt caracteristic de funcionare a unui cuplaj elastic este amortizareastatic. Aceasta se determin ca raport ntre aria buclei de histerezis i aria de subcaracteristica de ncrcare:

( )

j

j

j

j-=

max

max

0 ti

0 tdti

st

dM

dMMA (11.11)

n figura 11.13 este reprezentat cel mai utilizat cupaj permanent mobil elastici anume cel cu boluri. Acest cuplaj, are montate echidistant pe cercul de diametruD1, nbboluri de diametru db, n manoane de cauciuc de lungime lm.


10/12


- 158 -

Fig.11.13.Cuplajul cu boluri.

Fora transversal F1bcare solicit un bol este:

b1

stb1 nD

CM2F

= (11.12)

Verificarea la solicitarea de contact bol-manon se face cu relaia:

samb

b1s ld

Fs

=s (11.13)

Dei nu exist jocuri, datorit elasticitii manonului de cauciuc, bolul estesolicitat la ncovoiere i nu la forfecare. Considernd c fora F1beste concentrat lamijlocul lungimii lma manonului, se poate scrie:

ia3b

mb1i

32

d

2/lFs

p

=s (11.14)

11.5. CUPLAJUL INTERMITENT (AMBREIAJUL)

MONODISC PLAN

Acest cuplaj nu este standardizat, dar exist variante tipizate (cu suprafa defrecare tronconic, respectiv cu mai multe suprafee de frecare plane).

O variant simplificat a unui cuplaj monodisc plan este schiat n figura11.14. Contactul frontal dintre cele dou semicuple este inelar fiind mrginit spreinterior de diametrul Di, iar spre exterior de diametrul De. Fora de apsare axial F,necesar pentru ambreiere (cuplare), este asigurat prin intermediul unui arc cilindricelicoidal de compresiune care este tensionat cu ajutorul unei asamblri filetate.Debreierea (decuplarea) se realizeaz manual prin acionarea manetei de comand.

n absena manetei, cuplajul funcioneaz ca limitator de sarcin. Astfel, ntimpul funcionrii normale, el transmite momentul de torsiune Mt corespunztorforei axiale F, dar la apariia unei suprasarcini ncepe s patineze.


11/12


- 159 -

Fig.11.14.Ambreiajul monodisc plan.

Ca i la asamblrile demontabile prin frecare, calculul are la baz condiia defuncionare:

tf MM (11.15)

La cuplaje, trecerea de la inegalitate la egalitate se face prin intermediulcoeficientului de serviciu Cs:

stf CMM = (11.16)

Dac este coeficientul de frecare de alunecare dintre suprafeele frontale ale celordou semicuple, atunci momentul de frecare Mfse scrie:

2

DFM mf = (11.17)

Observaie - Considernd c presiunea de contact pc, corespunztoare forei deapsare F, este uniform distribuit pe suprafaa inelar delimitat decercurile de diametre Dii De, diametrul mediu Dmse calculeaz ca n

paragraful 2.2.2:

2i

2e

3i

3e

mDDDD

32D

-

-= (11.18)

Din relaiile (11.16) i (11.17) rezult c fora axial F pe care trebuie s oasigure arcul este:

m

st

D

CM2F

= (11.19)

Este evident c din punctul de vedere al arcului i al asamblrii filetate este

bine ca fora F s fie ct mai mic. Pentru realizarea acestui lucru, conform relaiei11.19, rezult c sunt posibile mai multe soluii.

pc= ct


12/12


- 160 -

Mrirea diametrului Dm. n general, aceast soluie se evit pentru c ea nseamnpractic creterea gabaritului radial al cuplajului.

Creterea coeficientului de frecare de alunecare . Aceasta se poate face prinutilizarea unui cuplu de materiale de friciune.

Observaie - La ambreiaje, cel mai utilizat cuplu de materiale este oel/ferodou

(estur de azbest impregnat cu rini sintetice) la care coeficientul defrecare este ridicat, dar presiunea de contact admisibil pca estesczut. Dac este nevoie de o presiune de contact ridicat, se utilizeazcuplul oel/font, care este ns caracterizat de un coeficient de frecaremai sczut.

Mrirea numrului de suprafee de frecare, deci trecerea la un cuplaj multidisc. Laun astfel de cuplaj, cu i suprafee de frecare fora axial necesar F este:

iD

CM2F

m

St

= (11.20)

Att la cuplajul monodisc, ct i la cel multidisc (la care discurile suntnseriate), verificarea la solicitarea de contat se face cu relaia:

( ) ca

2i

2e

c pDD

4

Fp

-p

= (11.21)

Documents

Cuplaje , Organe de Masini