ASAMBLARI PRIN CANELURI - dreptunghiulare, evolventice

ASAMBLARI PRIN CANELURI

1. Definire si clasificare

Asamblarile prin caneluri sunt asamblari de tip arbore-butuc destinate transmiterii unui moment de torsiune si unei miscari de rotatie. Ele se pot asimila ca asamblari prin pene paralele multiple, solidare cu arborele si distribuite uniform pe circumferinta acestuia.

In comparatie cu asamblarile prin pene paralele, asamblarea prin caneluri prezinta o serie de avantaje:

capacitate mai mare de incarcare, datorita suprafetei active de contact mai mare;

rezistenta mai mare la oboseala, datorita micsorarii concentratorului de tensiune si maririi sectiunii efective a arborelui;

centrare si ghidare mai precisa a butucului pe arbore,

dar si de dezavantaje:

tehnologie mai pretentioasa;

precizie de executie mai ridicata si implicit cost mai ridicat.

Asamblarile prin caneluri se clasifica dupa criteriile prezentate in continuare.

Rolul functional imparte asamblarile canelate in asamblari fixe (fara miscare relativa intre butuc si arbore) si asamblari mobile (cu deplasare axiala a butucului pe arbore).

Forma proeminentelor imparte canelurile in caneluri cu profil dreptunghiular (fig. 1, a), cu profil in evolventa (fig. 1, b) si cu profil triunghiular (fig. 1, c). Un caz particular al asamblarilor prin caneluri triunghiulare sunt asamblarile cu dinti, dintii fiind proeminente triunghiulare cu inaltimea redusa.

Arborii si butucii se executa, de regula, din otel. Materialul arborilor si butucilor canelati se stabileste din alte considerente legate de constructiea acestora. Totusi, la asamblarile mobile se urmareste obtinerea unei rezistente sporite la uzura, ceea ce implica un tratament termic sau termochimic, in vederea cresterii duritatii superficiale. Dupa tratament suprafetele de centrare se rectifica.

Arborii canelati se prelucreaza prin frezare, prin metoda divizarii sau prin metoda rostogolirii. Frezarea prin divizare se aplica la canelurile dreptunghiulare, frezele deget sau disc avand profilul corespunzator formei canelurii. Aceasta metoda de frezare este mai putin productiva si nu este suficient de precisa datorita erorilor de divizare. Frezarea prin metoda rostogolirii, cu freze melc, este mai productiva si mai precisa. Pentru executia canelurilor evolventice se utilizeaza masini de danturat si freze melc modul. O metoda cu randament sporit pentru prelucrarea canelurilor pe arbore este aceea de deformare plastica la rece prin rulare, metoda care necesita instalatii speciale de putere ridicata.

Butucii canelati se executa prin mortezare sau, la productie de serie mare (care sa justifice costul sculei), prin brosare. Butucii cu caneluri in evolventa se executa numai prin brosare, ceea ce implica utilizarea canelurilor evolventice doar la productii de serie mare.

Asamblari prin caneluri dreptunghiulare

2.1. Caracterizare, clasificare

Asamblarile prin caneluri dreptunghiulare sunt cele mai raspandite dintre asamblarile canelate.

In cazul canelurilor dreptunghiulare standardele prevad: modul de centrare, seriile de marimi si dimensiunile corespunzatoare acestora, tolerante si ajustaje, metodologia de calcul si modul de reprezentare in desenul tehnic.

In functie de modul de centrare, canelurile dreptunghiulare se impart in trei categorii (fig. 2):

a - cu centrare pe diametrul exterior D, caz in care contactul dintre butuc si arbore are loc pe exteriorul proeminentelor de pe arbore, intre celelalte suprafete existand mici jocuri; este mai putin precisa si se foloseste cand butucul nu este durificat superficial si se poate realiza rectificarea acestuia pe diametrul exterior;

b - cu centrare pe diametrul interior d, cazul fiind cel mai frecvent folosit datorita preciziei ridicate, desi rectificarea suprafetelor functionale este mai greu de realizat, arborele necesitand degajari speciale la baza canelurilor pentru rectificare;

Dupa capacitatea de incarcare si modul de cuplare, standardele impart canelurile dreptunghiulare in trei serii de marimi, diferite prin inaltimea canelurilor, prin numarul acestora si prin modul de centrare.

Seria usoara include caneluri care nu transmit integral momentul de torsiune capabil al arborelui cu diametrul d. Aceste caneluri se utilizeaza la asamblari fixe putin incarcate.

c - cu centrare pe flancuri, caz folosit doar la asamblari care preiau momente de torsiune in ambele sensuri, centrarea nefiind insa precisa si constructia necesitand degajari la baza canelurilor arborelui, pentru rectificare.

Dupa capacitatea de incarcare si modul de cuplare, standardele impart canelurile dreptunghiulare in trei serii de marimi, diferite prin inaltimea canelurilor, prin numarul acestora si prin modul de centrare.

Seria mijlocie cuprinde caneluri care, la acelasi diametru d, au acelasi numar de proeminente, dar inaltimea acestora este mai mare decat la canelurile din seria usoara. Canelurile din seria mijlocie transmit integral momentul de torsiune capabil al arborelui cu diametrul d si sunt destinate asamblarilor fixe sau celor mobile cu deplasare axiala in absenta sarcinii.

Seria grea cuprinde caneluri care, la acelasi diametru d si acelasi diametru D, au numar mai mare de proeminente decat canelurile din seria mijlocie. Aceste caneluri transmit integral momentul de torsiune capabil al arborelui cu diametrul d si sunt destinate asamblarilor mobile cu deplasare axiala sub sarcina.

Elemente de calcul

Momentul de torsiune se transmite de la arbore la butuc prin contactul pe fetele laterale ale proeminentelor arborelui si butucului canelat. Solicitarile asamblarilor prin caneluri sunt: strivirea flancurilor active, forfecarea si incovoierea preominentelor. Incovoierea proeminentelor apare doar daca exista joc intre flancuri astfel incat sa faca posibile deformatiile de incovoiere. Solicitarea periculoasa este strivirea, celelalte solicitari fiind neglijabile.

Schema de calcul a asamblarilor prin caneluri dreptunghiulare este prezentata in fig.

Calculul se bazeaza pe prescriptii standardizate [90], parametrii de calcul prevazuti in acestea fiind prezentati in continuare.

Suprafata portanta necesara pentru transmiterea momentului de torsiune nominal M_tn

unde

este raza medie a profilului canelat, iar s_as - rezistenta admisibila la strivire, prevazuta in standard in functie de conditiile de lucru ale asamblarii (usoare, mijlocii sau grele) si modul de functionare si cuplare (asamblare fixa sau mobila, cu cuplare in gol sau in sarcina), la asamblari mobile tensiunea s_as inlocuindu-se cu presiunea admisibila p_a, maxim admisa pentru evitarea indepartarii peliculei de lubrifiant.

Suprafata portanta efectiva a flancurilor pe unitatea de lungime de contact arbore-butuc se determina cu relatia

in care: 0,75 este un coeficient datorat neuniformitatii distributiei sarcinii pe cele z proeminente, introdus prin considerarea ca circa 75% dintre acestea participa efectiv la transmiterea sarcinii; D - diametrul exterior; d - diametrul interior; c - inaltimea tesiturii.

Lungimea minima necesara a butucului canelat este

.

Verificarea asamblarii canelate se poate efectua cu una din relatiile:

L L_nec,

sau

in care L este lungimea comuna de contact arbore-butuc canelat si M_{t cap} este momentul de torsiune capabil al asamblarii canelate.

2. Algoritm de proiectare

Dimensionarea unei asamblari prin caneluri dreptunghiulare porneste, de regula, de la cunoasterea momentului de torsiune nominal M_tn, rolului functional al asamblarii (fixa sau mobila) si a conditiilor de lucru (usoare, mijlocii sau grele) si se desfasoara in etapele prezentate in continuare.

Daca nu se cunoaste diametrul interior al arborelui canelat, se predimensioneaza din conditia de rezistenta la torsiune

unde t_at = 15.55 MPa [14, 16] este rezistenta admisibila la torsiune, conventional micsorata pentru a tine seama si de existenta solicitarii de incovoiere a arborelui; se lucreaza cu valori mai mici daca arborele este lung, cu preponderenta a solicitarii de incovoiere si cu valori mai mari daca arborele este scurt si rigid.

Se alege seria de marime a asamblarii canelate (usoara, mijlocie sau grea), in functie de felul asamblarii si de conditiile de cuplare.

Se aleg, in functie de diametrul interior d de la predimensionare, din standardul seriei alese: diametrul interior d, diametrul exterior D, latimea b, numarul de caneluri z, inaltimea tesiturii c si modul de centrare.

Se determina, in ordine, suprafata portanta necesara S , suprafata portanta efectiva s pe unitatea de lungime a asamblarii si lungimea necesara L_nec a canelurilor. Daca se cunoaste lungimea butucului canelat, se efectueaza un calcul de verificare.

Asamblari prin caneluri evolventice

Caracterizare, clasificare

Asamblarile prin caneluri evolventice sunt rezistente, in special la solicitari variabile, datorita concentratorului de tensiuni micsorat prin forma rotunjita a interiorului canelurii de pe arbore. Se utilizeaza la constructia de autovehicule, unde sunt justificate si de seria mare de fabricatie.

Dupa modul de centrare se deosebesc caneluri evolventice cu centrare pe flancuri (CEF) si caneluri evolventice cu centrare pe diametrul maxim (CED). Fiind asemanatoare cu danturile, canelura evolventica se caracterizeaza prin modulul standardizat si prin deplasari negative de profil, care determina o sectiune a proeminentelor apropiata de forma dreptunghiulara.

Standardele prevad dimensiunile canelurilor de pe arbore si butuc (in functie de modul), modul de centrare, tolerante si ajustaje si modul de reprezentare in desenul tehnic.

Elemente de calcul

Principiul de lucru si solicitarile asamblarii prin caneluri evolventice sunt aceleasi ca la asamblarile prin caneluri dreptunghiulare.

Pe baza schemei de calcul prezentata in fig. 4, relatia de verificare la strivire este

in care: D_d este diametrul de divizare al canelurii; d_e - diametrul exterior al canelurii de pe arbore; D_e - diametrul interior al canelurii de pe butuc; L - lungimea asamblarii; z - numarul de caneluri; 0,75 - coeficientul de neuniformitate a distributiei sarcinii pe cele z caneluri.

Pentru dimensionare, relatia de calcul este

Rezistentele admisibile la strivire se aleg din standard [90], in functie de aceleasi conditii ca in cazul calculului asamblarilor prin caneluri dreptunghiulare (v. subcap. 2.2).

Algoritm de proiectare

Pornind de la aceleasi date de intrare ca si in cazul asamblarilor prin caneluri dreptunghiulare (v. subcap. 2.3), calculul de dimensionare al asamblarilor prin caneluri evolventice se desfasoara in urmatoarele etape:

Se determina diametrul interior d_i al canelurii arborelui, daca nu este cunoscut, din conditia de rezistenta la torsiune (v. subcap. 2.3).

Din standarde se alege modulul m al canelurii, in functie de diametrul d_i, iar in functie de m si d_i, calculat anterior, se aleg dimensiunile reale, necesare in calcul: d_i - diametrul interior al canelurii de pe arbore; d_e - diametrul exterior al canelurii de pe arbore; D_e - diametrul interior al canelurii de pe butuc; D_d - diametrul de divizare; z - numarul de caneluri si modul de centrare.

Se dimensioneaza asamblarea, determinand lungimea necesara L sau se verifica asamblarea, daca se cunoaste lungimea butucului.