ASAMBLARI

ASAMBLARI

Definiri, clasificari

Elementele constructive, din componenta unui sistem mecanic, luate ca entitati distincte, executabile independent, se pot afla in interactiune directa mobila (cu viteza relativa) sau fixa (fara viteza relativa).

Legaturi mobile, care transmit sarcini (forte si/sau momente) prin contacte de tip cupla cinematica (angrenaje, lagare cu alunecare) sau policupla cinematica (rulmenti, ghidaje cu rostogolire).

Legaturile fixe dintre elementele constructive fara miscare relativa, dar cu transmitere de sarcini (forte si/sau momente), sunt legaturi nedemontabile (prin nituire, sudare, lipire), fara posibilitati de separare nedistructiva, si demontabile, cu posibilitatea separarii ori de cate ori este nevoie.

Legaturile nedemontabile, numite si imbinari, constitue solutii, in general ieftine, de realizare a elementelor constructive comparativ, cu cele demontabile, datorita formei constructive si a naturii operatiilor tehnologice mai simple. Imposibilitatea separarii elementelor imbinate pentru    operatii de intretinere si reparatii constitue principalul dezavantaj.

Legaturile demontabile, numite si asamblari, realizeaza conectarea a doua elemente constructive cu indeplinirea functiei principale de transmitere a fortelor si momentelor, asigurand continuitatea fluxurilor asociate. In plus, in unele situatii practice, asamblarile implica indeplinirea si functii secundare ca: univocitatea pozitiilor relative, etansare a mediilor cu fluide diferite, izolare termica si/sau electrica.

Transmiterea sarcini (forte si momente) prin legaturi, din punctul de vedere al efectelor fizice utilizate, se poate face integral prin forma - prin contactul direct intre doua suprafete active perpendiculare pe directia sarcinii - prin frecare, ca rezultanta a fortelor de frecare in directia de actiune a sarcinii ( si mixt (prin forma si frecare), ca o combinare a fortelor normale si de frecare care apar in zonele de contact permanent

Valoarea fortei transmisa de o asamblare prin forma, data de relatia

este dependenta de presiunea admisa p_a in zona de interactiune a suprafetelor in contact, de arie A.

Valoarea fortei transmisa de o asamblare prin frecare, data de relatia,

este dependenta de coeficientul de frecare μ dintre suprafetele in contact si forta normala F_N de apasare reciproca a acestora.

1 Asamblari de tip arbore-butuc

Transmiterea momentului de torsiune intre doua elemente constructive de revolutie - unul cu partea de la interior cuprinzatoare, numita butuc si altul cuprins, numit arbore - separate de suprafete cilindrice sau conice, se poate realiza prin forma sau prin frecare.

1.1 Asamblari de tip arbore-butuc prin forma

1.1.1 Asamblari cu pane paralele

Penele paralele ca elemente de asamblare paralelipipedice montate in paralel cu axa arborelui, intr-un canal prelucrat, de obicei, atat in arbore cat si in butuc, servesc la fixarea impotriva rotirii relative a arborilor in raport cu elementele constructive montate pe acestea (roti dintate, semicuplaje, volanti etc.).

Penele paralele in corelatie cu posibilitatea tehnologica de prelucrare a canalului din arbore, pot avea ambele capete rotunjite, un capat drept si unul rotunjit, pentru canale prelucrate cu freza deget, si ambele capete drepte, pentru canale prelucrate cu freza disc.

Transmiterea momentului de torsiune se realizeaza prin presiunea (strivirea) exercitata de arbore si butuc pe semifetele laterale opuse ale penei.

Dimensiunile penelor paralele si ale canalelor din arbore si butuc sunt standardizate in functie de diametrul arborelui. De obicei, penele paralele se executa din OL50 sau OL60 si mai rar din oteluri aliate.

Algoritm de proiectare a asamblarilor cu pene paralele

Date initiale

Sarcina de calcul (momentul de torsiune M_t ce trebuie transmis de asamblare), tipul sarcinii (constanta sau variabila) si uneori diametrul arborelui si lungimea butucului

A. Determinarea diametrului arborelui, cand este cazul, din conditia de rezistenta la torsiune cu relatia,

,

in care τ_at = 2035 MPa este rezistenta admisibila conventionala la torsiune.

B. Alegerea dimensiunilor sectiunii transversale a penei b si h, in functie de de diametrul arborelui, din standardul specific

C. Calculul lungimii penei, din conditia de rezistenta la strivire, cu relatia

,

in care σ_as este rezistenta admisibila la strivire a cuplului de materiale in contact, cu valori de 100120 MPa pentru sarcini constante fara socuri; 65100 MPa pentru sarcini pulsatorii; 3550 MPa pentru sarcini alternante cu socuri.

D. Alegerea lungimii standardizate a penei in functie de lungimea totala l (l = l_c+b, pentru pana care are capete rotunde, l = l_c +0,5b pentru pana care cu un capat drept si unul rotunjit, l = l_c pentru pana care are capetele drepte). Daca lungimea de calcul a penei rezulta mai mare decat lungimea butucului, se alege o lungime standardizata a penei, in functie de lungimea acestuia si se adopta doua pene identice, dispuse la 180^o.

E. Verificarea penei la forfecare cu relatia

,

in care τ_at = 100 MPa, in cazul cand arborele este executat dintr-un otel mai rezistent decat pana.

G. Adoptarea dimensiunilor constructive si tehnologice, din standardul specific, pentru canalul de pana din arbore, respectiv din butuc.

OBS. Folosirea frecvent in practica a asamblarilor arbore-butuc cu pene paralele, justificata prin eficienta economica, ca rezultat al tehnologiilor de prelucrare, este diminuata pentru sistemele mecanice ale produselor mecatronice de existenta jocurilor radiale si unghiulare, mai ales in cazul ajustajelor cu joc.

1.1.2 Asamblari prin caneluri

Pentru sarcini mai mari sau lungimi ale butucului mult micsorate, la proiectarea unei asamblari cu pene paralele se impun mai mult decat doua pene dispuse echiunghiular pe circumferinta; in astfel de cazuri, din considerente de eficienta tehnologica, se pot adopta asamblarile prin caneluri, ca fiind legaturi directe cu pene 'solidarizate' echiunghiular cu arborele, respectiv cu butucul

Proeminentele, care alterneaza cu canalele atat pe periferia arborelui cat si pe cea a butucului, patrund in canalele butucului si, respectiv, ale arborelui, asigurand transmiterea uniforma a momentului de torsiune si buna pozitionare radiala (centrare) a pieselor asamblate.

Asamblarile prin caneluri care realizeaza transmiterea fortei prin forma direct, se pot executa cu caneluri dreptunghiulare, la care flancurile sunt paralele cu planul median al canelurii, triunghiulare sau evolventice.

Centrarea dintre arbore si butuc, la asamblarile cu profil dreptunghiular, poate fi interioara - cu precizie marita, in conditii tehnologice simplificate - exterioara sau laterala, pe flancuri - recomandata pentru asamblari care transmit sarcini in ambele sensuri.

Datorita avantajelor de precizie si de tehnologicitate, in practica se intalnesc frecvent canelurile dreptunghiulare cu centrare interioara. Dimensiunile in sectiune transversala a acestor caneluri, sintetizate in standardul specific prin tripletele numar de dinti/diametrul interior/diametrul exterior pentru arbori si butuci canelati cu profil dreptunghiular seria usoara (momentul de torsiune transmis de asamblare este inferior celui transmis de arborele cu diametrul d), seria mijlocie (momentul de torsiune transmis de asamblare este egal cu cel transmis de arborele cu diametrul d) seria grea (momentul de torsiune transmis de asamblare este cu oscilatii si socuri mari).

Arborii si butucii canelati, in majoritatea cazurilor practice, sunt executati din oteluri prelucrabile prin frezare si eventual rectificare si, respectiv, prin mortezare.

Algoritmul de proiectare a asamblarilor prin caneluri dreptunghiulare.

Date initiale

Momentul de torsiune transmis M_tn,

Conditiile de lucru,

A. Calculul diametrului interior, cand este cazul, din conditia de rezistenta la torsiune, cu relatia

,

in care τ_at = 2035 MPa este rezistenta admisibila conventionala la torsiune.

B. Alegerea seriei asamblarii si a dimensiunilor canelurii, in sectiune transversala din standardul specific, tinand cont de conditiile de lucru si, respectiv, diametrul interior.

C. Determinarea suprafetei portante necesare, din conditia de rezistenta la strivire

,

unde: D este diametrul exterior, d - diametrul interior, σ_as - rezistenta admisibila la strivire, cu valorile 80150 MPa pentru conditii de lucru usoare (functionare lina fara socuri), 60100 MPa pentru conditii de lucru mijlocii, 4070 MPa pentru conditii de lucru grele (socuri in doua sensuri, vibratii marite).

D. Determinarea suprafetei portante efective a flancurilor tuturor canelurilor, corespunzatoare unitatii de lungime de contact, cu relatia

,

in care z reprezinta numarul canelurilor, h₁ = (D+d)/2+2c - inaltimea efectiva de contact (fig. 9.8,c) = g - inaltimea tesiturilor.

E. Lungimea minima necesara a butucului canelat este

.

Daca lungimea lungimea butucului canelat este impusa, se verifica asamblarea canelata cu relatia

.

sau se determina din aceasta relatie momentul capabil.

Asamblarile prin caneluri se folosesc frecvent, chiar in sistemele mecatronice, datorita balantei dintre avantaje (fata de asamblarile prin pene): portanta marita la acelasi gabarit, rezistenta la oboseala mai mare, centrare si ghidare mai buna a pieselor asamblate, repartizare mai buna a sarcinii pe circumferinta si dezavantaje: tehnologicitate pretentioasa si costuri mai ridicate.

1.1.3 Asamblari prin stifturi

Stifturile cilindrice, folosite in special pentru fixari s/sau, uneori, pentru pozitionari, pot fi rigide, cu sectiune plina sau elastice, din tabla rulata sau infasurata. Uneori, pentru asigurare impotriva iesirii din asamblare, stifturile rigide au practicate crestaturi longitudinale. In cazul stifturilor rigide, atat stiftul cat si locasul necesita precizie ridicata, spre deosebire de cazul asamblarilor cu stifturi elastice, cand preciziile de prelucrare pot fi mai scazute, abaterile geometrice fiind compensate de deformatiile elastice ale stiftului.

Asamblarile cu stifturi de tip arbore-butuc se diferentiaza prin pozitia de montaj a stiftului, care poate fi transversal, cu dispunerea acestuia in plan perpendicular pe axa arborelui, sau longitudinal, cu axa acestuia paralela cu axa arborelui.

Algoritm de proiectare a asamblarilor arbore-butuc cu stifturi montate transversal.

Date initiale

Momentul de torsiune transmis,

Dimensiuni constructive initiale

A. Calculul diametrului arborelui, cand este cazul, din conditia de rezistenta la torsiune, cu relatia

,

in care τ_at = 2035 MPa este rezistenta admisibila conventionala la torsiune. Deoarece gaura transversala prin arbore micsoreaza rezistenta la torsiune, in aceasta relatie, se considera valori minime ale rezistentei admisibile conventionale la torsiune (τ_at = 2035 MPa).

B. Adoptarea constructiva a dimensiunilor stiftului si butucului, tinand cont de recomandarile d₁/d = 0,20,3 si D_e/d = 22,5.

C. Verificarea interactiunilor (contactelor) dintre stift si arbore, cu relatiile:

,

pentru solutia constructiva din fig. a,

,

pentru varianta din fig. b si

,

pentru solutia constructiva din fig. c.

C. Verificarea interactiunilor (contactelor) dintre stift si butuc, cu relatia

,

in care, pentru solutia constructiva fig. a, k = 4, si pentru varianta din fig. b, k = 8. In relatiile de mai sus, , si sunt valorile rezistentelor admisibile la strivire ale materialelor arborelui, stiftului si, respectiv, butucului.

D. Verificarea rezistentei stiftului la forfecare cu relatia

,

in care, pentru solutia constructiva din fig. a, k = 4, pentru variantele din fig. b si c, k = 8 si τ_af este rezistenta admisibila la forfecare a materialului stiftului.

E. Stabilirea ajustajelor si a aspectelor tehnologice specifice se face urmarind asigurarea preciziei de pozitionare si evitarea iesirii stiftului din asamblare. De obicei, ajustajele arbore-stift sunt cu jocuri mici sau intermediare, spre deosebire de ajustajele butuc-stift, care sunt cu strangere.   

Algoritmul de proiectare a asamblarilor arbore-butuc cu stifturi montate longitudinal.

Date initiale

Momentul de torsiune transmis,

Dimensiuni constructive initiale

A. Calculul diametrului arborelui, cand este cazul, din conditia de rezistenta la torsiune, cu relatia

,

in care τ_at = 2035 MPa este rezistenta admisibila conventionala la torsiune

B. Dimensionarea asamblarii, pornind de la rezistenta la solicitarea de strivire, data de relatiile

,

pentru solutia constructiva din fig. d si

,

pentru varianta din fig. e,f. In aceste relatii, considerand cunoscute valorile rezistentelor admisibile la strivire ale materialelor arborelui, stiftului si butucului (, , ), si adoptand, dupa caz, valori pentru doi din parametrii z (numarul de stifturi), d, l (pentru solutia din fig. d) sau l_a,b (lungimile zonelor de contact ale stiftului cu arborele, respectiv cu butucul, fig. e,f), se determina cel de-al treilea parametru.

In cazul solutiei constructive din fig. f asamblarea filetata cu surub longitudinal are scopul de a asigura asamblarea cu stifturi si, eventual, pentru a prelua forte axiale.

C. Adoptarea dimensiunilor stiftului din standardul specific.

D. Verificarea rezistentei stiftului la forfecare, cu relatiile

,

pentru solutia constructiva din fig. d si

pentru variantele din fig. e,f. In aceste relatii, τ_af este rezistenta admisibila la forfecare a materialului stiftului.

E. Stabilirea ajustajelor si a aspectelor tehnologice specifice se face urmarind asigurarea preciziei de pozitionare si evitarea iesirii stiftului din asamblare. In acest caz, ajustajele arbore-stift-butuc din fig. d, butuc-stift din fig. e si arbore-stift din fig. f sunt cu strangere, spre deosebire de ajustajele arbore-stift din fig. e si butuc-stift din fig. f sunt cu jocuri mici sau intermediare.