PROIECT

pentru certificarea competentelor

profesionale

Asamblari cu pene si caneluri

Asamblari si organe de asamblare

1. Prezentare generala:

Asamblarea este operatia de reuniune, intr-o succesiune bine determinata, a elementelor constituente ale unui sistem tehnic, in scopul de a indeplini cerintele tehnologice impuse.

Rezutatul fizic al operatiei de asamblare poarta numele tot de asamblare.

Dupa modul in care se pot demonta cu sau fara deteriorarea a cel putin unuia dintre elementele componente, se pot defini urmatoarele grupe de asamblari:

- prin nituire

- prin sudare

1. Nedemontabile:

- prin lipire

- prin presare

Asamblari:

- prin filet

- cu pene

2. Demontabile:

- canelate

- cu elemente elastice

Asamblarile nedemontabile se caracterizeaza prin faptul ca nu se pot demonta fara deteriorare cel putin a unuia dintre elementele asamblarii. La asamblarile prin presare, forta de frecare ce apare intre cele doua suprafete creeaza o presiune de contact. Cand deformatiile suprafetelor in contact sunt elastice, asamblarea este demontabila. Daca apar si deformatii plastice, asamblarea va intra in categoria asamblarilor nedemontabile.

2. Penele longitudinale pot fi:

a) De fixare (cu prestrangere) (Figura 1).

Pene inclinate cu nas

Pene fara nas (a)

Pene plate (b)

Pene concave (c)

Pene tangentiale (d)

Sunt utilizate la transmiterea momentelor mari si a turatiilor joase.

b) De ghidare (fara prestrangere) ( Figura 2).

Pene paralele: - Obijnuite (Figura 9)

- Drepte (Figura 3)

Penele paralele au fetele opuse paralele. Efortul se transmite numai pe fetele laterale fara efect de impanare.

Uneori se fixeaza pe arbore cu ajutorul surubburilor. Se calculeaza la fel ca penele inclinate cand transmit efortul numai pe fetele laterale.

Cand este necesara o mai mare capacitate de transmitere se folosesc doua sau trei pene, montate pe arbore in acelasi plan si decalate cu 120 grade.

Lungimea aproximativa a penei este de (1,1..1,3)d.

• Pene disc (Figura 4)

Penele disc se folosesc la imbinari cu arbori avand diametrul d < 40 mm si se monteaza dupa cum se indica in Fig. 11. Lungimea " l " se determina pentru a rezista la strivire pe suprafata laterala si la forfecare

Penele transversale pot fi :

Cu o fata inclinata

Cu doua fete inclinate

Cu sectiune rotunjita

Cu sectiune dreptunghiulara

2. ASAMBLARI PRIN PENE LONGITUDINALE

Penele longitudinale - organe de asamblare demontabile care transmit momente de torsiune - se folosesc la fixarea pe arbori a rotilor dintate, rotilor de curea sau de lant, semicuplajelor, volantilor, etc.

3. Asamblari prin pene longitudinale

4. Asamblari prin pene longitudinale montate cu strangere. La penele longitudinale montate cu strangere suprafetele active sunt fata superioara - inclinata cu 1:100 - si fata inferioara, intre fetele laterale ale penei si canalul de pana existand jocuri, fac exceptie penele tangentiale. Ca urmare a montarii prin batere se obtine o asamblare capabila sa preia fortele axiale. Se folosesc numai la turatii mici si medii, cand nu se impun conditii severe de coaxialitate, deoarece - prin batere - se produce o dezaxare a pieselor asamblate.

Pene longitudinale cu strangere se clasifica in:

inalte, denumite si inclinate (figura 6a);

plate (figura 6b);

concave (figura 6c);

tangentiale (figura 6d).

Figura 6

Pot fi cu sau fara calcai (nas), calcaiul usurand montarea si demontarea; sunt standardizate.La penele inalte cu capetele rotunjite (figura 7a), canalul din arbore are forma si dimensiunile penei, montarea obtinandu-se prin baterea sau presarea butucului.

.

Figura 7a

La penele inalte cu capetele drepte (figura 7b), montajul se poate realiza prin baterea penei in lungul canalului.

Figura 7b

Marimea fortei de batere este limitata de rezistenta la strivire a suprafetei de batere, penele cu calcai permitand forte de batere mai mari.

Q= marimea fortei de batere ;

F = forta normala rezultanta pe suprafetele active ale penei;

α = unghiul de inclinare al fetei superioare la penele cu strangere;

α = unghiul la varf al conului;

φ = unghiul de frecare.

Momentele de torsiune transmise de asamblarile prin pene plate - care se folosesc in cazul arborilor cu d≤230 mm - sunt inferioare celor transmise de asamblarea prin pana inalta.

Asamblarile cu pene concave - transmitand momente de torsiune mai mici comparativ cu asamblarile prin pene inalte sau plate - se folosesc pentru arbori cu d≤150 mm; se intrebuinteaza si in cazurile in care - din motive de rezistenta - nu se admite executarea canalului de pana in arbore. La momente mari de torsiune se pot folosi doua pene montate la 120⁰.

Penele tangentiale se monteaza perechi: pana si contrapana (vezi figura 6d).

Asamblarile prin pene tangentiale transmit momente mari de torsiune, folosindu-se in constructia de masini grele si, in special, la sarcini dinamice mari (figura 7).

Figura 8

M_{t cap} = momentul de torsiune capabil;

t = grosimea penei;

l = lungimea penei;

d = diametrul arborelui;

σ_as = rezistenta admisibila la strivire a materialului;

l_c = lungimea de calcul a penelor sau a butucului;

O pereche de pene tangentiale transmite momentul de torsiune intr-un singur sens, pentru cazul modificarii sensului de rotatie in timpul functionarii trebuind montata o a doua pereche de pene (figura 9).

Figura 9

5. Asamblari prin pene longitudinale montate fara strangere. Din aceasta categorie fac parte asamblarile prin pene paralele, pene disc si pene cilindrice (figura 10) :

Figura 10

La penele paralele momentul de torsiune se transmite prin fetele laterale ale acestora, jocul radial fiind prevazut intre fata superioara a penei si fundul canalului din butuc. Se executa cu capetele drepte sau rotunjite (figurile 11 si 12).

Figura 11

Figura 12

(pentru asamblari fixe)

(pentru asamblari mobile)

In functie de rolul lor functional, penele paralele se impart in: obisnuite, de ghidare si mobile. Penele paralele obisnuite se intrebuinteaza pentru transmiterea momentului de torsiune cand butucii sunt fixati in directie axiala. In cazul pieselor mobile - in directie axiala - se folosesc penele de ghidare, care se fixeaza pe arbore prin intermediul unor suruburi (figura 13).

Figura 13

Lungimea penelor de ghidare se alege in functie de deplasarea necesara a butucului. Folosirea suruburilor trebuie limitata la cazurile strict necesare, existenta gaurilor micsorand mult rezistenta la oboseala a arborilor.

Penele paralele se folosesc pe scara larga in constructia de masini avand avantajul neovalizarii butucului, comparativ cu penele longitudinale montate cu strangere.

Penele disc necesita executarea unui canal adanc in arbori, din acest motiv folosindu-se, mai ales, la montarea rotilor dintate sau de curea pe capetele arborilor; se intrebuinteaza in constructia de masini-unelte, autovehicule si masini agricole (figura 14).

Figura 14

σ_s = efortul unitar de strivire;

M_t = momentul de torsiune;

dc = diametrul arborelui de calcul;

l = lungimea penei;

σ_as = rezistenta admisibila la strivire a materialului;

l_c = lungimea de calcul a penelor sau a butucului;

Penele cilindrice sunt - de fapt - stifturi cilindrice dispuse longitudinal. Se folosesc in cazul amplasarii pieselor la capatul arborilor si transmit momente mici de torsiune; se intrebuinteaza si in cazul ajustajelor presate, ca element de siguranta (figura 15).

Figura 15

σ_s = efortul unitar de strivire;

M_t = momentul de torsiune;

d = diametrul arborelui de calcul;

d₁ = diametrul penei;

z = numarul de pene cilindrice;

l_z = lungimea penelor;

σ_as = rezistenta admisibila la strivire a materialului;

l_c = lungimea de calcul a penelor sau a butucului;

τ_f = efortul unitar;

τ_af = efortul unitar admisibil.

6. Penele transversale se monteaza cu axa lor perpendicular pe cea a pieselor asamblate. Ele pot avea sectiune dreptunghiulara cu una sau ambele fete inclinate sau pot avea muchiile rotunjite. In figura 16 sunt aratate cateve tipuri de pene transversale. Se pot utiliza atat la asamblare, exemplu: tija pistonului in capul de cruce la compresoare; la tiranti, cat si pentru reglajul jocului intre piesele supuse uzurii, exemplu: jocul dintre fus si cuzinet.

A - A

Figura 16

Figura 17

Figura 17 prezinta reglajul jocului in lagar. Se observa ca, prin strangerea contrapiulitei 2, pana 1 lucreaza ca o piulita montata pe surub si inainteaza pe verticala in sus, producand o forta de presare asupra lagarului compus din cuzinetii 3 si 4. Atunci cand realizarea penelor transversale si a canalelor este mai costisitoare, se vor utiliza stifturile transversale simple sau crestate cum sunt cele din figura 18. Pentru a impana prin autoblocare elementele supuse asamblarii, penele si stifturile traversale se executa cu o conicitate sau o inclinare de 1:50 pana la 1:100.

Figura 18

7. Calculul si proiectarea asamblarilor prin pene longitudinale

Alegerea unui anumit tip de pana este o problema foarte complexa, recomandarile avand doar un caracter orientativ.

In cazul in care este nepermisa deplasarea circulara relativa - in timpul functionarii - a pieselor asamblate nu se recomanda folosirea penelor cu strangere. In afara de aceasta, penele longitudinale montate cu strangere transmit momente de torsiune relativ mici. Dezavantajul general al penelor cu strangere consta in slabirea - cu trecerea timpului - a strangerii initiale, ca urmare a actiunii sarcinilor variabile.

Penelor tangentiale nu le sunt proprii aceste dezavantaje din care cauza se recomanda folosirea acestora la arborii cu diametre mari, care functioneaza in conditii grele; penele tangentiale slabesc, insa - la fel ca si celelalte pene cu strangere - rezistenta la oboseala a asamblarii, prin canalele de pana.

La penele longitudinale montate fara strangere nu se intalnesc dezavantajele mentionate, existand totusi slabirea rezistentei la oboseala a asamblarii si fiind necesara o fixare suplimentara axiala a pieselor asamblate.

Penele longitudinale se executa din OL 60 si foarte rar din oteluri aliate. Calculul unei asamblari prin pene longitudinale se poate desfasura dupa urmatoarea schema:

a)    in functie de diametrul arborelui se aleg din standardele dimensiunile transversale a penei b - latimea penei si h - inaltime penei;

b)    la penele cu strangere se poate determina momentul de torsiune pe care trebuie sa-l transmita asamblarea, M_{t cap}, alegand in prealabil o lungime standardizata a penei, in functie de dimensiunea cunoscuta a butucului; acest moment se compara cu momentul de torsiune M_t necesar de transmis. Adoptand rezistenta admisibila la strivire σ_as, se poate determina lungimea penei, alegandu-se apoi o lungime standardizata. La penele paralele se calculeaza - din conditia de rezistenta la strivire - lungimea de calcul a penei l_c, alegandu-se o lungime standardizata, in functie de lungimea calculata. Daca lungimea l_c va fi mai mare decat lungimea butucului se pot monta doua pene identice, dispuse la 180⁰;

c)    la penele paralele se efectueaza un calcul de verificare la forfecare, in cazul in care arborele este executat dintr-un otel mai rezistent decat otelul din care este executata pana.

8. Asamblari prin caneluri

Asamblarile prin caneluri este un caz particular al asamblarilor cu pene logitudinale, diferenta fiind ca in acest caz penele sunt fixe, monobloc formand corp comun cu angrenajul cu caneluri.

Comparativ cu asamblarile prin pene au urmaroarele avantaje:

capacitatea de incarcare mai mare la aceleasi dimensiuni de gabarit;

rezistenta la oboseala mai mare; centrare si ghidare precisa a pieselor asamblate;

evitarea ovalizarii butucului.

Dintre dezavantajele acestor asamblari se mentioneaza tehnologia de executie mai pretentioasa si pretul de cost mai ridicat decat al asamblarilor prin pene paralele. Sunt folosite la cutiile de viteze ale autovehiculelor si masinilor-unelte, la cuplaje etc.

Asamblarile prin caneluri pot fi fixe sau mobile, caracterul fix sau mobil reflectandu-se asupra formei si dimensiunilor profilului si asupra modului de centrare. Asamblarile mobile se folosesc la cutiile de viteze roti baladoare . Profilul asamblarilor prin caneluri poate fi:

dreptunghiular (figura 19a),

triunghiular (figura 19b),

in evolventa (figura 19c).

In functie de modul de centrare asamblarile cu caneluri dreptunghiulare se impart in: cu centrare interioara (figura 20a) la care contactul dintre arbore si butuc are loc pe diametrul interior al arborelui; cu centrare pe flancuri (figura 20b) centrarea fiind realizata prin contactul lateral al proeminentelor; cu centrare exterioara (figura 20c) contactul dintre arbore si butuc avand loc pe diametrul exterior.

Figura 20

Asamblarea cu centrare exterioara este cea mai ieftina si se foloseste cand butucul nu este tratat termic; asamblarea cu centrare pe flancuri nu asigura o centrare precisa, obtinandu-se, in schimb, o repartizare mai uniforma a sarcini intre caneluri, recomandandu-se pentru momente mari de torsiune, la solicitari cu socuri si la modificarea sensului de rotatie.

Standardele clasifica asamblarile prin caneluri dreptunghiulare - in functie de capaciatea de a transmite sarcina si de modul de cuplare - in trei serii (tabelul 1.1), care difera prin dimensiuni, mod de centrare si numar de caneluri.

Tabelul 1.1

Dimensiunile asamblarilor prin caneluri pentru costructia de masini-unelte sunt stabilite prin standardele, numarul canelurilor fiind 4 si respectiv 6.

9.Asamblarile prin caneluri triunghiulare -standardele- avand o buna rezistenta la solicitarea de incovoiere - se recomanda pentru asamblarile fixe; pot prelua sarcini mari si cu socuri, centrarea realizandu-se pe flancuri.

Asamblarile zimtate pot fi considerate ca fiind asamblari cu profil triunghiular cu un numar mare de caneluri si cu o inaltime redusa a acestora; se folosesc pentru solidarizarea parghiilor si a manivelelor, obtinandu-se o foarte buna fixare.

Asamblarile prin caneluri in evolventa au o buna rezistenta, in special, la solicitari variabile; se folosesc in constructia de autovehicule, centrarea realizandu-se pe diametrul exterior al arborelui sau pe flancuri.

Arborii si butucii canelati se executa din otel; la asamblarile mobile, suprafetele active se durifica printr-un tratament termic sau termochimic pentru marirea rezistentei la uzura, rectificandu-se - dupa tratament - suprafetele de centrare.

Calculul asamblarilor canelate cu profil dreptunghiular se efectueaza conform metodicii indicate in standardele; in functie de conditiile de functionare se alege seria asamblarii canelate, iar in functie de diametrul arborelui d se aleg parametrii asamblarii, dupa care se efectueaza calculul prevazut in standarde, unde sunt indicate si rezistentele admisibile la strivire.

Calculul asamblarilor prin caneluri triunghiulare sau in evolventa se efectueaza - la fel ca la asamblarile prin caneluri dreptunghiulare - cu relatia

,

in care: k este coeficientul de repartizare a sarcinii pe caneluri, adoptandu-se    k = 1/0.5 pentru caneluri triunghiulare si k = 1/0.75 pentru canelurile in evolventa; h - inaltimea portanta a canelurii, . Rezistentele admisibile se pot adopta conform indicatiilor din STAS 1767-67.

CUPRINS

1. Prezentare generala..................1
2. Penele longitudinale.................2
3. Asamblari prin pene longitudinale............ 5
4. Asamblari prin pene longitudinale montate cu strangere....5
5. Asamblari prin pene longitudinale montate fara strangere.....9
6. Asamblari cu pene transversale..............14
7. Calculul si proiectarea asamblarilor prin pene longitudinale....16
8. Asamblarile prin caneluri................17
9. Asamblarile prin caneluri triunghiulare...........20

10. Bibliografie..................... .21

Bibliografie

Drobota V. , Atanasiu M. , Stere N. , Manolescu N. , Popovici M. , Organe de masini si mecanisme - manual pentru licee industriale si agricole, clasele a X-a, a XI-a, a XII-a si scoli profesionale, Editura didactica si pedagogica, R.A., Bucuresti, 1993.

Paizi Gh. , Stere N. , Lazar D. , Organe de masini si mecanisme, Manual pentru subingineri, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1980.

Mladinescu T. , Rizescu E. , Weinberg H. , Orane de masini si mecanisme, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1972.

Resetov D.N. , Organe de masini, Editura tehnica, 1963.

Draghici I. , Chisu E. , Jula A. , Preda L. , Organe de masini, Culegere de probleme, Editura tehnica, Bucuresti, 1975.

Aldea M. , Buzdugan Gh. , Cernea E. , Organe de masini, Editura tehnica Bucuresti, 1953.

Stere N. , Organe de masini, Manual pentru licee industriale anii II-III-IV, scoli profesionale, de maiestri si de specializare postliceala, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1977.

Paizi Gh. , Stere N. , Lazar D. , Organe de masini si mecanisme, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1980.