TOLERANTELE SI CONTROLUL SUPRAFETELOR CONICE

Asamblarile conice sunt utilizate in constructia de masini ca elemente de centrare, de etansare sau de reglare a jocurilor.

1. Cotarea suprafetelor conice

Conicitatea reprezinta raportul dintre diferenta diametrelor a doua sectiuni transversale ale conului si distanta dintre cele doua sectiuni.

(1)

unde: a - unghiul de varf al conului;

a/2 - unghiul inclinatiei generatoarei.

Inclinatia generatoarei este:

(2)

(3)

O suprafata conica este definita prin trei parametri (fig. 1):

diametrul sectiunii de referinta;

distanta L (sau l) care determina sectiunea de referinta;

conicitatea C sau inclinatia I.

Acesti trei parametri sunt afectati de abateri, motiv pentru care este necesara tolerarea lor. Tolerarea suprafetelor conice se face prin doua metode (STAS 9068 - 71): metoda conicitatii nominale si metoda conicitatii tolerate.

1.1. Metoda conicitatii nominale (a = constant)

Aceasta metoda defineste un camp de toleranta cuprins intre cele doua conuri limita coaxiale, ambele avand conicitatea nominala. Obtinerea campului de toleranta se face in doua moduri:

Prin tolerarea diametrului conului si pastrarea unghiului conului a si a distantei l drept cote de referinta (dimensiuni incadrate - fig. 2);

Prin tolerarea distantei l a planului de cotare si mentine-rea unghiului conului a si a diametrului ca dimensiuni de referinta (dimensiuni incadrate - fig. 3).

Variatia conicitatii la aceasta metoda este limitata de pozitiile diagonalelor campului de toleranta    (fig. 4).

1.2. Metoda conicitatii tolerate

(sau unghiului tolerat)

La aceasta metoda se prevad tolerante atat pentru dimensiuni (diametrul sau distanta planului de cotare), cat si pentru unghiul conului sau conicitatea (fig. 5).

Relatii intre parametrii asamblarilor conice

Pozitia relativa a pieselor conice dintr-o asamblare depinde atat de abaterile diametrelor, cat si de abaterile unghiulare ale acestora. Astfel, daca se considera o asamblare conica la care arborele este realizat la dimensiunea nominala, iar alezajul la dimensiunea minima, pozitia relativa este data de o anumita cota. Daca insa alezajul este realizat la dimensiunea maxima, pastrarea contactului dintre cele doua suprafete conice este posibila prin deplasarea axiala IT_A a uneia dintre ele (fig. 6). Relatia dintre deplasarea axiala si variatia dimensionala este data de formula:

(4)

in care IT_D este toleranta diametrului alezajului conic.

2. Mijloace pentru masurarea unghiurilor si

conicitatilor

Mijloacele pentru masurarea unghiurilor se clasifica astfel:

I.       masuri si mijloace cu valoare fixa pentru masurarea sau verificarea unghiurilor (cale unghiulare, echere, sabloane, calibre);

II.            instrumente si aparate pentru masurarea directa a unghiurilor prin metode goniometrice (raportoare, nivele, microscoape de atelier si universale, capete divizoare, goniometre, mese rotative etc.);

III.          instrumente si aparate pentru masurarea indirecta a unghiurilor prin metode trigonometrice (rigla de sinus, rigla de tangenta etc.).

2.1. Masuri si mijloace cu valoare fixa pentru masurarea sau

verificarea unghiurilor

Calele unghiulare sunt masuri unghiulare cu valoare fixa care au forma de placi triunghiulare - cazul celor cu un singur unghi activ, sau dreptunghiulare - cazul celor cu toate unghiurile active (fig. a).

Calele unghiulare se executa in doua clase de precizie: clasa I, cu eroarea tolerata de 10 secunde si clasa a II-a, cu eroarea tolerata de 20 secunde. Sunt confectionate din otel aliat, tratat termic, avand rugozitatea suprafetelor active R_a = 0,025 mm, iar abaterea de la planietate este de maxim 0,3 mm.

Pentru realizarea blocurilor de cale se folosesc diferite accesorii, cum ar fi: suportul 1, pe care se fixeaza calele cu ajutorul suruburilor 2 si a penelor 3 (fig. b).

Calele unghiulare se livreaza in truse, care contin 19, 36 sau 94 de bucati cu diferite valori ale unghiurilor. Exista si truse cu numai 5 cale triunghiulare cu valorile 15 si 60

Controlul unghiurilor cu ajutorul calelor se face prin doua metode:

prin metoda fantei de lumina;

prin metoda abaterii de la paralelism

Metoda fantei de lumina - consta in asezarea calei unghiulare cu valoarea prescrisa a unghiului masurandului pe acesta si observarea fantei de lumina. Daca aceasta se formeaza la varful calei, atunci a_p < a_c, iar daca aceasta se formeaza la baza calei, atunci a_p > a_c

Metoda abaterii de la paralelism - consta in determinarea abaterii de la paralelism a suprafetei superioare a calei unghiulare care, initial, a fost asezata pe generatoarea superioara a masurandului aflat pe platoul de control (fig. 8). Cu ajutorul optimetrului vertical se efectueaza doua masuratori la distanta cunoscuta, obtinand astfel abaterea de la paralelism. Prin metode geometrice se determina abaterea unghiului masurandului.

Echerele sunt mijloace utilizate la masurarea, controlul si trasarea unghiurilor exterioare si interioare. In combinatie cu comparatoarele si diverse accesorii, ele pot fi utilizate pentru controlul paralelismului si perpendicularitatii unor suprafete plane precise.

Echerele au, in general, unul sau doua unghiuri active, care pot fi de 45 sau 120 . Cele mai raspandite sunt echerele cu un singur unghi activ de 90 care pot fi simple sau cu talpa (fig. 9).

Calibrele conice sunt masuri terminale, cu forma unor dornuri conice (pentru verificarea alezajelor) sau alezaje conice (pentru verificarea arborilor), utilizate pentru controlul suprafetelor conice precise (conuri morse). Calculul principalelor dimensiuni ale calibrelor conice se prezinta in subcapitolul 4.

2.2. Instrumente si aparate pentru masurarea directa a

unghiurilor

Raportoarele sunt instrumente cu care se masoara direct marimea unghiului in grade sexagesimale. Raportoarele pot fi:

mecanice simple;

mecanice cu vernier;

optice.

Raportorul mecanic cu vernier se compune dintr-un semidisc 1 cu scara gradata de la 0 la 180 pe care se monteaza o rigla 2 (fig. 10). Solidar cu vernierul 3 se afla rigla 4, iar acest ansamblu se roteste in jurul articulatiei 5. Vernierul cuprinde 30 de diviziuni corespunzatoare unui unghi de 29 , cifrate cu 0, 10, . 60.

Citirea unghiului consta dintr-un numar intreg de grade, lecturate pe semidiscul 1 in dreapta reperului zero de pe vernier si dintr-un numar de minute obtinut prin inmultirea ordinului reperului de pe vernier aflat in coincidenta cu unul de pe sector, cu valoarea de citire a diviziunii vernierului (diviziunile vernierului cifrate 0, 10, ., 60 sunt deja inmultite).

Raportorul optic (fig. 11.a) se compune din: rigla 1 pe care se afla scara gradata, formata din patru domenii de cate 90 fiecare, cu valoarea diviziunii de 1 ; rigla mobila 2 pe care se afla vernierul cu valoarea diviziunii de 5' si ocularul 3 care este o lupa cu grosismentul de 40 ; surubul 4, de blocare a celor doua rigle si parghia de fixare 5 a sistemului in timpul masurarii. In figura 11.b este dat un exemplu de citire (86

Nivelele servesc la verificarea orizontalitatii, verticalitatii, rectilinitatii si planietatii suprafetelor prelucrate prin aschiere a diferitelor piese. Nivela este constituita dintr-un suport si una sau doua fiole de sticla de forma sferica sau cilindru curbat umplute cu eter etilic sau alcool, astfel incat sa ramana o bula de aer saturata in vapori. Pozitia bulei de aer, la partea superioara a fiolei depinde de pozitia acesteia. Pentru stabilirea relatiei dintre deplasarea bulei b si unghiul de inclinare q obtinut prin deplasarea h a unei extremitati, se considera doua pozitii ale nivelei (fig. 12).

Astfel: si

Eliminand q, deplasarea b are expresia:

(5)

Raportul R / l - da valoarea amplificarii nivelei.

Daca deplasarea b se citeste cu ajutorul microscopului, se pot obtine nivele de mare precizie, cum ar fi nivela ELAG (construita in Franta) - care poate masura cu precizia q = 27 secunde.

Nivela cu cadru (fig. 13) este constituita din:    1 - rama-cadru; 2 - fiola longitudinala si 3 - fiola transversala. Laturile ramei sunt executate cu precizie, la 90 una fata de alta.

Nivela digitala (C-Zeiss-Oberkochen).

Are domeniul de masurare 0 si precizia citirii de 6'.

Microscoape de atelier si universale

Acestea sunt echipate cu mese rotative care ofera posibilitatea masurarii unghiurilor. In afara de aceasta, mai sunt prevazute si cu oculare goniometrice, cu precizia citirii de 1'.

Capul divizor optic este utilizat pentru masurari unghiula-re, cat si pentru realizarea diviza-rii in procesele de prelucrare a pieselor (fig. 14). Se compune: 1 - sursa de lumina; 2 - scara gradata unghiulara, fixata pe arborele 7; 3 - roata melcata solidara cu arborele 7; 4 - scara gradata din campul vizual al ocularului; 5 - surub de reglare a scarii gradate; 6 - microscop; 7 - arborele principal al capului divizor; 8 - melc de antrenare, actionat de roata de mana 9; 10 - tambur gradat al axului principal pentru masurari grosiere; 11 - varf pentru asezarea masurandului; 12 - antrenor.

Interferometrul cu laser pentru masurarea unghiurilor. In figura 15 se prezinta schema de principiu a interferometrului cu laser pentru masurarea unghiurilor, avand domeniul si precizia de masurare 0,1'. Conform schemei din figura, la rotirea mesei cu unghiul j, se modifica diferenta de drum, .

Goniometrul se foloseste in industria optica pentru masurarea cu inalta precizie a unghiurilor prismelor.

2.3. Instrumente si aparate pentru masurarea indirecta a

unghiurilor

Rigla de sinus este un instrument de constructie speciala cu ajutorul caruia se masoara indirect unghiul de conicitate a al pieselor conice, precum si alte operatii de control. Riglele de sinus (fig. 16) sunt constituite din placa 1, rolele 2 cu diametre egale cunoscute - fixate de placa, avand distanta intre axe L. Poate fi prevazuta cu placa frontala de reazem 4 si cu placa laterala 3.

Controlul unghiului unui calibru conic cu ajutorul riglei de sinus - aceasta operatie de control consta in: se aseaza rigla de sinus pe platoul de control, iar pe rigla este asezat calibrul-dorn conic (fig. 17). Sub una din rolele riglei se introduc cale plan-paralele pana cind indicatiile comparatorului in cele doua pozitii situate la o anumita distanta sunt identice.

Valoarea unghiului a se determina cu relatia

, , (6)

in care:a unghiul de conicitate al calibrului;

H - dimensiunea blocului de cale;

L - distanta dintre axele celor doua role ale riglei de sinus [mm].

Rigla de tangenta este un ansamblu format din placa 1, rolele 2 si 3 cu diametre diferite (D, d) si platoul de control 4 (fig. 18). Pentru a masura unghiul a de conicitate al calibrului, acesta se aseaza pe placa 1, apoi intre rolele 2 si 3 se introduc cale plan-paralele pana cand genera-toarea superioara a calibrului conic devine paralela cu suprafata platoului de control. Valoarea unghiului a se determina cu relatia:

(7)

in care:;    (8)

d, D - diametrele rolelor;

H - valoarea blocului de cale la realizarea paralelismului

generatoarei superioare a dornului cu platoul de control.

3. Metode de masurare si control a unghiurilor si

conicitatilor

Controlul unui arbore conic cu ajutorul rolelor calibrate (fig. 19)

Se masoara L₁ - lungimea peste rolele asezate in sectiunea mica, apoi se masoara L₂ - lungimea peste rolele situate la distanta H de platoul de control, realizata cu ajutorul calelor plan-paralele.

(9)

Controlul unghiului a al suprafetelor conice interioare cu doua bile. In alezaj se introduc pe rand bilele cu diametre diferite si cunoscute D si d, iar cu ajutorul unui micrometru de adancime se masoara dimensiunile H si h (fig. 20). Unghiul a se determina cu relatia:

(10)

In cazul in care bila mare nu patrunde complet in alezajul conic, dimensiunea h este negativa si relatia de calcul devine

(11)

Controlul unghiului a cu ajutorul inelelor calibrate pentru suprafete exterioare (fig. 21), sau cu ajutorul discurilor calibrate pentru suprafetele interioare (fig. 22).

Metoda consta in determinarea distantei L intre doua sectiuni cu diametrele D si d    si efectuarea calculului:

(12)

Masurarea unui arbore conic cu ajutorul microscopului de atelier

Conicitatea poate fi masurata cu ajutorul microscopului de atelier. Pentru aceasta, este necesar sa se determine D si d, la distanta L (fig. 23). Dimensiunile D, d, L rezulta fiecare din diferenta a doua citiri: D = C₄ - C₃ si d = C₂ - C₁ si tot astfel si L. Pentru stabilirea mai precisa si mai comoda a lui L, se poate folosi o cala plan-paralela cu valoarea L.

Cunoscandu-se D, d si L, conicitatea va avea valoarea:

(13)

4. Calculul calibrelor pentru controlul suprafetelor

conice netede

Cu ajutorul calibrelor conice cu sectiune circulara se executa un control complex, (controlul simultan al tuturor parametrilor geometrici) al pieselor la fabricatia de serie mare si masa.

Toleranta la diametru a suprafetelor conice se poate transforma intr-o toleranta axiala a carei limite pot fi materializate prin repere sau o treapta practicata pe calibru.

Considerand IT_D = D_max - D_min toleranta axiala IT_A (fig. 6) se poate calcula cu relatia:

(13)

La utilizare, calibrele conice sunt supuse uzurii, de aceea pe langa toleranta de executie, vor fi prevazute si tolerante de uzura. Astfel:

IT_Ul - este toleranta la uzura de lucru;

IT_Uc - este toleranta la uzura de control;

IT_C - este toleranta de executie.

Toleranta totala va avea expresia:

(14)

Pentru stabilirea acestor tolerante se recomanda:

mm - pentru D I (15)

mm - pentru D I

mm - pentru D I [100, 149] si asa mai departe pentru fiecare 50 mm se adauga 0,001 mm.

mm (16)

In aceasta situatie, toleranta axiala devine:

(17)