4. ARBORI4.1. CARACTERIZARE. CLASIFICARE. DOMENII DE FOLOSIREArborii sunt organe de maini cu micare de rotaie, destinai transmiterii momentelor de torsiune de-a lungul axei lor i susinerii altor organe de maini cu micare de rotaie (roi dinate, roi de lan, roi de curea, semicuplaje etc.). Osiile sunt organe de maini cu micare de rotaie sau fixe, destinate susinerii altor organe de maini cu micare de rotaie. Deosebirea funcional dintre arbori i osii este aceea c arborii transmit moment de torsiune, n timp ce osiile nu transmit moment de torsiune. Prile componente ale unui arbore sunt: corpul arborelui, poriunile de calare i poriunile de reazem (fig. 4.1). Poriunile de calare sunt zonele de asamblare a arborelui cu organele de maini susinute de acesta (roi dinate, roi de curea, roi de lan, semicuplaje etc.). Acestea se pot executa cilindrice sau conice, utilizndu-se, de regul, suprafeele Fig. 4.1 cilindrice, a cror execuie este mai uoar. Suprafeele conice se utilizeaz n cazurile n care sunt necesare montri i demontri frecvente ale organelor susinute (roi de schimb etc.) i n cazurile n care este necesar o centrare precis a pieselor susinute n raport cu arborele. Diametrele suprafeelor de calare se aleg din seria de diametre normale, iar diametrele capetelor de arbori se aleg din STAS 8724/2-71 (pentru capete de arbori cilindrice) sau STAS 8724/4-71 (pentru capete de arbore conice). Poriunile de reazem sunt zonele necesare pentru realizarea lagrelor cu alunecare sau cu rostogolire. De regul, acestea se afl dispuse la capetele arborelui, constituind fusurile de capt. Fusurile se execut, pentru lagrele cu alunecare, cilindrice, conice sau sferice. Cele mai folosite sunt fusurile cilindrice, care se execut, de obicei, cu diametrul puin mai mic dect al treptei alturate, n scopul simplificrii montajului i al fixrii poziiei axiale a arborelui. Fusurile conice se folosesc pentru reglarea jocului n lagr i, uneori, pentru fixarea axial a arborelui. Fusurile sferice se folosesc rar, atunci cnd deformaiile unghiulare ale axei arborelui sunt mari. Fusurile pentru lagrele cu rostogolire (cu rulmeni) se execut cilindrice i au lungimea mai mic dect fusurile pentru lagrele cu alunecare, cu excepia cazurilor cnd se monteaz doi rulmeni n acelai lagr. Diametrele fusurilor se aleg n funcie de diametrul interior al rulmentului. Clasificarea arborilor se poate face dup criteriile de clasificare prezentate n tabelul 4.1.

34

Tabelul 4.1 Clasificarea arborilor Clasificarea arborilor Criteriul de clasificareForma axei geometrice Destinaia Seciunea arborelui pe lungime Forma suprafeei exterioare Forma seciunii Rigiditate Numrul reazemelor Poziia n spaiu a axei geometrice Arbori drepiArbori de transmisie Cu seciunea (diametrul) constant Arbori netezi Cu seciunea plin Arbori rigizi Cu dou reazeme

Felul arborilorArbori cotii Arbori flexibiliArbori principali ai mainilor unelte Cu seciunea (diametrul) variabil n trepte Arbori canelai Cu seciunea tubular Arbori elastici Cu mai mult de dou reazeme

Arbori orizontali

Arbori nclinai

Arbori verticali

Fig. 4.2 Arborii drepi (fig. 4.2, a...d) sunt cel mai frecvent folosii n construcia transmisiilor mecanice. Se folosesc ca arbori de transmisie, pentru fixarea organelor de transmisie (roi dinate, roi de curea, roi de lan, semicuplaje etc.) sau ca arbori principali ai mainilor unelte, unde servesc i la fixarea organelor de lucru (sculelor). Seciunea arborelui, pe lungime, care poate fi constant sau variabil n trepte, este determinat de repartiia sarcinilor (momente de torsiune, momente ncovoietoare, fore axiale) de-a lungul axei sale i de tehnologia de execuie i montaj. Pentru arborii care sunt solicitai numai la 35

torsiune i momentul de torsiune este distribuit pe toat lungimea acestora, se utilizeaz seciunea constant (fig. 4.2, a). Pentru arbori solicitai la torsiune i ncovoiere, la care, de regul, momentul de torsiune nu acioneaz pe toat lungimea arborelui, iar momentul ncovoietor este variabil pe lungimea acestuia, fiind mai mic spre capete, se utilizeaz seciunea variabil n trepte (fig. 4.2, b); acetia se apropie de grinda de egal rezisten, permit fixarea axial a organelor susinute i asigur un montaj uor. Se recomand ca piesele montate pe arborii n trepte s treac liber pn la suprafeele lor de montaj, pentru a se evita deteriorarea diferitelor suprafee i slbirea strngerii ajustajelor. Suprafeele exterioare ale arborilor pot fi netede (fig. 4.2, a i b) sau canelate (fig. 4.2, c). Arborii netezi se folosesc, cu precdere, n construcia reductoarelor, iar arborii canelai n construcia cutiilor de viteze. Arborii drepi se execut, de regul, cu seciunea plin. Atunci cnd se impun condiii severe de greutate sau atunci cnd este necesar introducerea prin arbore a unui alt arbore (arborii coaxiali ai cutiilor de viteze planetare sau arborii cutiilor de viteze cu axe fixe ale unor tractoare, prin interiorul crora trece arborele prizei de putere), acetia se execut tubulari (fig. 4.2, d). Principalele domenii de folosire a arborilor drepi sunt: reductoarele de turaie de uz general, ansamblele transmisiei automobilelor i tractoarelor (cutii de viteze, cutii de distribuie, reductoare centrale, reductoare finale, prize de putere etc.), utilajele tehnologice, arborii principali ai mainilor unelte etc. Arborii cotii (fig. 4.2, e) se folosesc n construcia mecanismelor de tip biel-manivel, pentru transformarea micrii de translaie n micare de rotaie (la motoarele cu ardere intern) sau invers (la compresoare, prese, maini de forjat). Acetia au dou sau mai multe fusuri paliere dispuse pe lungimea arborelui, pentru a asigura o rigiditate mare construciei i unul sau mai multe fusuri manetoane, de legtur cu biela (bielele) mecanismului. Arborii cotii sunt prevzui cu contragreuti, pentru echilibrarea static i dinamic, construcia i calculul lor fiind specifice domeniului de utilizare. Arborii flexibili (fig. 4.2, f, g i h) formeaz o grup special de arbori, la care axa geometric are o form variabil. Acetia se folosesc pentru transmiterea momentelor de torsiune ntre organe care i schimb poziia relativ n timpul funcionrii. Sunt confecionai din cteva straturi de srm, nfurate strns i n sensuri diferite, sensul de nfurare al ultimului strat fiind invers sensului de rotaie al arborelui, pentru a realiza, n timpul transmiterii micrii, strngerea straturilor interioare de ctre stratul exterior (fig. 4.2, f). Pentru protecia arborelui mpotriva deteriorrii i a murdriei i pentru meninerea unsorii consistente ntre spire, arborele elastic se introduce ntr-o manta metalic (fig. 4.2, g) sau executat din estur cauciucat (fig. 4.2, h). Arborele flexibil se racordeaz la elementele ntre care se transmite micarea cu ajutorul armturilor de capt. Osiile (fig. 4.2, i i j) sunt de dou feluri: rotitoare i fixe. Osiile rotitoare au, n general, axa geometric dreapt i seciunea constant sau aproape constant pe toat lungimea (fig. 4.2, j osia de la vagoanele de cale ferat). Osiile fixe au axa geometric dreapt sau curbat i se ntlnesc la punile nemotoare ale automobilelor. 36

4.2. MATERIALE I TEHNOLOGIEAlegerea materialului din care se execut arborii este determinat de: tipul arborelui, condiiile de rezisten i rigiditate impuse, modul de rezemare (tipul lagrelor), natura organelor montate pe arbore (roi fixe, roi baladoare etc.). Arborii drepi i osiile se execut, de obicei, din oeluri carbon i oeluri aliate. Oelurile aliate se folosesc numai n cazuri speciale: cnd pinionul este confecionat din oel aliat i face corp comun cu arborele, la arbori puternic solicitai, la turaii nalte, n cazul restriciilor de gabarit, la osiile autovehiculelor etc. Pentru arborii ale cror dimensiuni se determin din condiii de rigiditate, oelurile aliate, tratate termic sau termochimic, se folosesc numai n msura n care acest lucru este impus de durata de funcionare a lagrelor, canelurilor sau a altor suprafee funcionale. Asigurarea rezistenei la oboseal i a rezistenei la uzur a fusurilor i a altor suprafee funcionale se realizeaz prin forma constructiv a arborelui i prin tratamente de suprafa: mecanice, termice sau termochimice. Pentru arborii drepi i pentru osii, se recomand: - oeluri de uz general pentru construcii (OL42, OL50, OL60, STAS 500/2-80), pentru arborii i osiile care nu necesit tratament termic; - oeluri carbon de calitate de cementare (OLC15, OLC20, STAS 880-80) i oeluri aliate de cementare (13CrNi 30 .a., STAS 791-80), pentru arbori puternic solicitai i pentru arbori care funcioneaz la turaii nalte; - oeluri carbon de calitate de mbuntire (OLC45 .a., STAS 880-80) i oeluri aliate de mbuntire (40Cr 0, 41CrNi 12 .a., STAS 791-80), pentru arbori puternic solicitai, cu capacitate portant mare i durat mare de funcionare a fusurilor i a canelurilor. Ca semifabricate, pentru arborii de dimensiuni mici i medii se folosesc laminate rotunde, iar pentru arborii de dimensiuni mari se folosesc semifabricate forjate. Arborii se prelucreaz prin strunjire, suprafeele fusurilor i ale canelurilor, n cazul roilor baladoare, urmnd s se rectifice. Arborii cotii i, n general, arborii grei se execut, n ultimul timp, din font cu grafit nodular sau din font modificat, care confer arborilor sensibilitate mai redus la concentratorii de tensiuni, proprieti antifriciune i de amortizare a ocurilor i vibraiilor, concomitent cu avantajul unor importante economii de material i de manoper. Se mai folosete fonta maleabil perlitic, fonta aliat i oelul turnat. Arborii cotii se execut prin forjare sau turnare. Semifabricatele forjate se obin prin forjare n mai multe treceri i nclziri, n matrie nchise. Fusurile i manetoanele arborilor cotii se rectific. Arborii flexibili se confecioneaz din srm de oel carbon, cu diametrul de 0,3...3 mm, tras la rece. Mantaua arborilor flexibili este metalic, putnd fi prevzut i cu straturi de estur i cauciuc. Mantaua metalic se realizeaz dintr-o platband de oel zincat, cu seciune profilat, nfurat, fiind etanat cu nur de bumbac (fig. 4.2, g). Mantaua din estur cauciucat este 37

format dintr-un arc din band de oel, tratat termic, i dintr-o tres de bumbac acoperit cu cauciuc cu inserii de estur (fig. 4.2, h).

4.3. CALCULUL ARBORILOR DREPI4.3.1. Criterii de calculn procesul de transmitere a momentului de torsiune i de susinere a altor organe de maini cu micare de rotaie (roi dinate fixe sau baladoare, roi de curea, roi de lan etc.), n seciunile arborelui apar tensiuni normale i tangeniale, care variaz dup cicluri diferite iar la suprafaa arborelui, n zonele de contact al acestuia cu organele de maini sprijinite, apar tensiuni de suprafa (de strivire). Totodat, sub aciunea sarcinilor exterioare i a greutii arborelui i a pieselor montate pe acesta, arborele se deformeaz, aprnd deformaii de ncovoiere i de torsiune. De asemenea, prin funcionarea arborelui n regim continuu, la o turaie apropiat de turaia critic, apar vibraii, care pot duce la rezonan. Tensiunile de interior pot duce la ruperea arborelui, iar cele de suprafa la distrugerea suprafeelor funcionale. Caracterul variabil al solicitrilor duce la oboseala materialului. Deformaiile arborilor influeneaz puin funcionarea transmisiilor cu elemente elastice (transmisii prin curele i prin lan), dar n cazul angrenajelor, acestea duc la repartizarea neuniform a sarcinii pe lungimea de contact a dinilor i la eventuale ruperi ale acestora. n lagre, deformaiile arborilor duc la micorarea jocului funcional, mresc frecrile i uzurile, putnd produce, datorit nclzirii, griparea lagrului, sau n cazuri extreme chiar blocarea acestuia (la unghiuri mari de nclinare). De asemenea, vibraiile, prin mrimea amplitudinii lor, pericliteaz nu numai arborele, dar i ntregul ansamblu n care acesta funcioneaz. Pentru prentmpinarea aspectelor negative semnalate, arborii trebuie s fie suficient de rezisteni, pentru a putea prelua tensiunile de interior i de suprafa, s aib forme constructive care s mpiedice oboseala materialului, s fie suficient de rigizi, pentru a limita deformaiile de ncovoiere i torsionale i s nu funcioneze n regim de rezonan. Ca urmare, calculul arborilor const din: - calculul de rezisten (calculul de predimensionare i calculul la solicitri compuse); - calculul la solicitri variabile (la oboseal); - calculul la deformaii (calculul sgeilor i a unghiurilor de nclinare din lagre, calculul unghiului de rsucire); - calculul la vibraii (calculul turaiei critice).

4.3.2. Scheme de calcul, solicitrin calcule, arborele este nlocuit cu o grind pe dou (cel mai frecvent) sau pe mai multe reazeme, asupra creia acioneaz fore exterioare provenite de la roile de transmisie montate pe acesta (roi dinate, roi de curea, roi de lan etc.) i fore de reaciune reaciunile din lagre. Sub aciunea acestui sistem de fore, arborele este n echilibru. 38

Forele exterioare, considerate ca fore concentrate, acioneaz n plane normale pe axa arborelui (forele tangeniale i radiale din angrenaje i forele tangeniale din transmisiile prin curea sau lan) sau sunt paralele cu axa arborelui (forele axiale din angrenaje). Acestea se transmit arborelui fie direct prin contactul butuc arbore, fie indirect prin intermediul unui organ suplimentar (pan pentru forele tangeniale, inel de sprijin pentru forele axiale), sub forma unor fore care sunt distribuite, n general, neuniform pe suprafaa de contact (fig. 4.3, a). Pentru simplificarea calculelor, aciunea organului susinut asupra arborelui se nlocuiete, n schema de calcul a acestuia, prin sarcini concentrate, obinute prin reducerea la axa arborelui a forelor exterioare provenite de la roile de transmisie. Reducerea se face n punctul de intersecie a planului normal la ax planul n care acioneaz forele exterioare radiale i tangeniale cu axa arborelui (punctul C fig. 4.3, a, b i c). Pentru calcule mai precise, forele exterioare normale pe axa arborelui se pot modela prin dou sarcini concentrate, ca n fig. 4.3, a, la distana (0,2...0,3) lb fa de marginea butucului; la aceast schematizare, forele concentrate se vor considera mai aproape de margine n cazul butucilor rigizi i montai cu strngere i mai departe pentru butucii elastici i montai cu joc. Forele exterioare care acioneaz asupra arborilor sunt dispuse dup direcii diferite, fapt care duce la solicitarea arborelui, la ncovoiere, n plane diferite. Pentru simplificarea stabilirii diagramelor de momente ncovoietoare, se recomand descompunerea tuturor forelor n componente care produc solicitarea arborelui la ncovoiere n dou plane perpendiculare (fig. 4.3, b i c).

Fig. 4.3 Forele de reaciune din lagre rezult din interaciunea arborelui cu organele pe care se reazem. Acestea se consider, de asemenea, n schemele de calcul, sub forma unor sarcini, aplicate n punctele de rezemare ale arborelui. Poziia reazemelor arborelui este n funcie de natura lagrului. Pentru lagre cu alunecare, datorit presiunii neuniform distribuit dintre arbore i lagr, reazemul se consider amplasat la 39

distana (0,25...0,3) lf, fa de interiorul lagrului (fig. 4.4, a). n cazul lagrelor cu rulmeni, reazemele se consider amplasate astfel: - la mijlocul limii rulmentului, pentru lagre cu rulment radial cu bile sau cu role cilindrice (fig. 4.4, b); - la intersecia normalei la suprafaa de contact dintre corpurile de rulare i inelele rulmentului, cu axa arborelui, pentru lagrele cu un rulment radial-axial sau cu role conice (fig. 4.4., c); distana a este dat n catalogul de rulmeni.

Fig. 4.4 n funcie de diametrul obinut la predimensionare (v. pct. 4.3.3), de numrul i dispunerea roilor de tra reazeme, ntocmindu-se schia arborelui. Un exemplu n acest sens, pentru arborele intermediar al unui reductor cilindric cu dou trepte, este prezentat n fig. 4.5.

Fig. 4.5 40

Sub aciunea forelor exterioare, arborii sunt solicitai la torsiune, ncovoiere i compresiune sau traciune, deci, n cazul general, sunt supui la solicitri compuse. Ponderea fiecrei solicitri este determinat de mrimea forelor i de poziia acestora n raport cu reazemele arborelui. Tensiunile care apar, datorit acestor solicitri, nu sunt constante, ci variabile, ele variind dup cicluri de solicitare diferite. Astfel, tensiunea de ncovoiere variaz dup ciclu alternant simetric, deoarece dei sarcina care ncarc arborele rmne constant ca mrime, direcie, sens i punct de aplicaie prin rotirea arborelui, fibrele acestuia sunt supuse alternativ la compresiune (cnd se gsesc n partea de sus punctul A, respectiv B, dup rotire cu 1800, din fig. 4.6) i la traciune (cnd se gsesc n partea de jos punctul B, respectiv A, dup o rotire cu 1800, din fig. 4.6). Schia ciclului alternant simetric i caracteristicile acestuia sunt prezentate n tabelul 4.2. Tensiunea de torsiune este constant sau variaz dup un ciclu pulsator (considernd funcionarea cu porniri i opriri repetate). Schiele acestor cicluri i caracteristicile lor sunt date n tabelul 4.2.

Fig. 4.6 Tabelul 4.2 Cicluri de solicitare i caracteristicile lor Denumirea ciclului Caracteristici Schia ciclului Alternant simetric Pulsator Constant

Tensiunea maxim Tensiunea minim Tensiunea medie Amplitudinea ciclului Coeficientul de asimetrie al ciclului

max min = maxm = max + min =0 2 m =

max min = 0 max + min max = 2 2 max min max = 2 2

max min = max max + min = max = min 2 v = max min =0 2

m =

v =

max min = max 2

v =

R=

min = 1 max

R=

min =0 max

R=

min =1 max

41

4.3.3. Calculul de predimensionareAcest calcul const n stabilirea preliminar a diametrului necesar la ntocmirea schiei arborelui i apoi a schemei de calcul a acestuia. Predimensionarea arborilor se face din condiia de rezisten la torsiune, folosind o tensiune admisibil convenional, pentru a se ine seama, n acest fel, i de existena altor solicitri (ncovoiere, traciune sau compresiune). Din relaia care definete tensiunea de torsiune

Mt Mt Mt = at , 3 Wp d 0,2d 3 16 se obine diametrul arborelui t =d=3 16M t at3

(4.1)

Mt , 0,2 at

(4.2)

unde: Mt este momentul de torsiune (dat de proiectare); at tensiunea admisibil, convenional, la torsiune; d diametrul arborelui; Wp modulul de rezisten polar. Pentru oelurile obinuite, ntrebuinate frecvent n construcia arborilor, se recomand o tensiune admisibil la torsiune convenional at = 15...45 MPa, (4.3) valorile superioare alegndu-se pentru arborii scuri (la care solicitarea de ncovoiere are pondere mai mic), iar valorile inferioare pentru arborii lungi. La ntocmirea schiei arborelui, diametrul rezultat din calculul de predimensionare se consider n dreptul poriunii de calare a roii pe arbore (sau lng pinion, dac acesta este corp comun cu arborele).

4.3.4. Calculul la solicitri compuseEste calculul de rezisten de baz al arborilor, constnd din verificarea (sau dimensionarea) acestora la solicitri compuse, n seciunile cu solicitri maxime (seciunile periculoase). Pentru calculul la solicitri compuse, se ntocmete schema de calcul a arborelui, pe baza schiei acestuia i a forelor exterioare, considerate cunoscute. n cazul n care asupra arborelui acioneaz fore care l solicit la ncovoiere n dou plane diferite (care formeaz ntre ele un unghi mai mare de 300), se ntocmesc scheme de calcul separate pentru cele dou plane de solicitare. De regul, se ntlnete situaia n care cele dou plane de solicitare sunt perpendiculare. Folosind schemele de calcul, se determin reaciunile din reazeme, se traseaz diagramele de variaie ale momentelor ncovoietoare, de torsiune i a forelor axiale i se stabilesc seciunile cu solicitri maxime, n care se calculeaz momentul ncovoietor rezultant prin nsumarea vectorial a momentelor ncovoietoare din cele dou plane de solicitare (dac planele de solicitare sunt42

perpendiculare, momentul ncovoietor rezultant se obine prin nsumarea geometric a momentelor ncovoietoare din cele dou plane). Pentru exemplificare, n fig. 4.7 sunt ntocmite schemele de calcul ale arborelui intermediar al unui reductor cilindric cu dou trepte (pentru arborele din fig. 4.5).

Fig. 4.7

Solicitrile preponderente care se iau n considerare sunt solicitrile de torsiune i ncovoiere, iar atunci cnd forele axiale au valori nsemnate (n cazul angrenajelor cilindrice cu dantur nclinat, a angrenajelor conice sau melcate), se consider i solicitarea de traciune compresiune. Tensiunile care apar datorit acestor solicitri tensiuni i i t,c, pentru ncovoiere, respectiv traciune compresiune i tensiunea t, pentru torsiune se compun dup una din teoriile de rupere (de obicei teoria a III-a), tensiunea echivalent e pentru seciunea analizat - fiind dat de relaia e =

(

i

+ t ,c

)

2

+ 4( t )2 ,

(4.4)

n care este un coeficient care ine seama de modul de variaie, dup cicluri diferite, a tensiunilor de ncovoiere i torsiune, transformnd solicitarea de torsiune, constant sau pulsatorie, ntr-o solicitare alternant simetric; valorile acestui coeficient se determin n funcie de natura ciclurilor de variaie a tensiunilor de ncovoiere i torsiune i de tensiunile admisibile la ncovoiere ale materialului arborelui, corespunztoare ciclurilor respective de solicitare, cu relaiile din tabelul 4.3. valori orientative ale tensiunilor admisibile la ncovoiere, pentru arborii confecionai din oel, pentru diferite cicluri de solicitare, sunt date n tabelul 4.4.

43

Tabelul 4.3Relaii pentru determinarea coeficientului

Modul de variaie a tensiunii de Modul de variaie a tensiunii de ncovoiere torsiune ConstantPulsator Alternant simetric

Relaia pentru calculul coeficientului = = = ai III ai I ai III ai II =1

Alternant simetric

ai III ai III

Pentru verificarea arborelui la solicitri compuse, se calculeaz, n seciunile periculoase, cu relaiile cunoscute, tensiunile i, t(c), t, iar apoi se calculeaz tensiunea echivalent, cu relaia (4.4) i se compar cu tensiunea admisibil la ncovoiere, pentru ciclul alternant simetric, trebuind ca e ai III. (4.5) Tabelul 4.4Tensiuni admisibile pentru calculul arborilor

Tensiuni admisibile la solicitarea de ncovoiere ai, n Materialul arborelui Tensiunea de rupere r, MPa ai I Oel carbon 400 500 600 700 800 1000 400 500 130 170 200 230 270 330 100 120 MPa, pentru: solicitarea static solicitarea pulsatorie ai II 70 75 95 110 130 150 50 70 solicitarea alternant simetric ai III 40 45 55 65 75 90 30 40

Oel aliat Oel turnat

Dac arborele nu verific la solicitri compuse, se mresc diametrele acestuia i se reia calculul (sau, eventual, se execut arborele dintr-un material mai bun). Pentru dimensionarea arborelui la solicitri compuse, se pune, n seciunile periculoase, condiia e = ai III, circular sau inelar) se obine (4.6) din care nlocuind n e, dat de relaia (4.4), pe t(c) = 0 i Wp = 2Wz (pentru arborii de seciune

44

Wz nec =

1 ai III

M i2 + (M t )2 ,

(4.7)

respectiv diametrul necesar al arborelui d nec = 3 32M red ai3

M red , 0,1 ai III

(4.8)

unde, momentul redus se calculeaz cu relaiaM red = M i2 + (M t )2 .

(4.9)

Diametrul rezultat se compar cu cel obinut la predimensionare. Dac diferenele sunt mici, arborele poate rmne aa cum a fost schiat dup predimensionare; n caz contrar, se trece la modificarea dimensiunilor arborelui, n funcie de rezultatele obinute din calculul de dimensionare la solicitri compuse. Observaie: Se mai efectueaz, de regul, i verificarea la solicitri variabile i la deformaii.

4.4. ELEMENTE CONSTRUCTIVEn procesul de proiectare a arborilor i a osiilor, o atenie deosebit trebuie s se acorde o atenie deosebit proiectrii formei acestora, aceasta influennd direct rezistena la oboseal, corectitudinea fixrii axiale a organelor susinute, tehnologicitatea i costul arborelui sau osiei. Rezistena la oboseal a arborilor depinde, n cea mai mare msur, de forma acestora, fiind influenat hotrtor de concentratorii de tensiuni. Pentru mrirea rezistenei la oboseal, sunt necesare msuri constructive, care depind de tipul concentratorului. Principala surs de concentratori de tensiuni o constituie trecerile de seciune (salturile de diametre). n cazul n care saltul de diametru nu este folosit ca sprijin axial al organelor montate pe arbore, trecerea de seciune se recomand a se executa prin: - raz de racordare (STAS 406-73) ct mai mare posibil (mai mare dect 0,1d; d diametrul treptei mici), n cazul n care diferena ntre trepte este mic (fig. 4.8, a); - dou raze de racordare diferite sau racordare de form eliptic, n cazul arborilor foarte solicitai (fig. 4.8, b i c); - teirea captului treptei de diametru mare, pentru treceri mici de seciune (fig. 4.8, d); - teirea captului treptei de diametru mare, combinat cu racordarea la treapta de diametru mic, pentru treceri de seciune mai mari (fig. 4.8, e); - raz de racordare, nsoit de canal de descrcare, pe treapta de diametru mai mare (fig. 4.8, f); - raz de racordare, combinat cu executarea unei guri, pe treapta de diametru mai mare (fig. 4.8, g) etc.

45

Fig. 4.8

n cazul n care saltul de diametru se execut n scopul sprijinirii axiale a organelor montate pe arbore, caz n care este necesar prelucrarea (rectificarea) treptei de diametru mai mic, trecerea de seciune se recomand a se executa prin: - canale de trecere, executate la captul treptei de diametru mai mic a cror lime i adncime se recomand a fi: b = (2,5...3)mm i t = (0,25...0,5)mm pentru d < 50 mm, respectiv b = (4...5)mm i t = (0,5...1)mm pentru d > 50 mm (fig. 4.8, h); pentru arborii de dimensiuni mari, se recomand soluia din fig. 4.8, i, care reduce substanial concentrarea tensiunilor; - degajare interioar, executat n treapta de diametru mare (fig. 4.8, j); - canale de trecere, combinare cu degajare interioar, soluie care asigur o mrire considerabil a rezistenei arborelui la oboseal, asigur accesul pietrei de rectificat pe toat lungimea tronsonului de diametru mic i un sprijin axial corect al organelor montate pe arbore (fig. 4.8, k); - raz de racordare, soluie care, pe lng importanta concentrare de tensiuni, nu asigur accesul pietrei de rectificat la suprafaa frontal de sprijin, fapt ce necesit msuri speciale: teirea 46

piesei susinute, ntrebuinarea de piese suplimentare (fig. 4.8, l, m) etc. O alt surs important de concentrare a tensiunilor o constituie canalele de pan i canelurile. Pentru mrirea rezistenei la oboseal a arborelui, n aceste cazuri, se recomand: - canalele de pan s se execute cu capetele rotunjite (fig. 4.8, n), preferabile fiind, ns, canalele executate cu freza disc (fig. 4.8,o); - diametrul exterior al poriunii canelate s fie egal cu diametrul arborelui (fig. 4.8, p), iar trecerea de la partea canelat la restul arborelui s se execute prin raze de racordare ct mai mari posibile. Zonele de contact arbore organe susinute sunt, de asemenea, concentratori de tensiuni, care n zonele marginale (fig. 4.8) pot fi redui prin: - ngroarea poriunii de calare, prin care se micoreaz presiunile pe muchii i crete rezistena, datorit diametrului mai mare (fig. 4.8, r); - rotunjirea muchiilor butucului sau subierea marginilor butucului (fig. 4.8, s, t); - executarea canalelor de descrcare n arbore sau n butuc (fig. 4.8, u i v). n afara msurilor constructive, rezistena la oboseal poate fi mrit i prin executarea unor tratamente de suprafa: mecanice (rulare cu role, ecruisare cu jet de alice), termice (clire superficial cu flacr sau cu cureni de nalt frecven) sau termochimice (cementare, nitrurare, cianurare). Rezistena la oboseal se poate mri i prin rectificarea suprafeei arborilor (este cazul arborilor bar de torsiune). Toate msurile constructive urmresc micorarea coeficientului efectiv de concentrare a tensiunilor, iar tratamentele de suprafa i rectificarea suprafeei arborelui urmresc mrirea valorii coeficientului de calitate a suprafeei n scopul creterii coeficientului efectiv de siguran la solicitri variabile, deci a rezistenei la oboseal.

47