Colegiul Tehnic Costin D. Neniţescu

PROIECT DE ABSOLVIREA ŞCOLII DE MAIŞTRI

Nivel 3 Avansat Maistru mecanic

Prof. Îndrumator: Ing. Păun Larisa

Absolvent:Popescu Aurelian Sorin

CRAIOVA - 2011

1

Colegiul Tehnic Costin D. Neniţescu

CUPLAJE

Prof. Îndrumator: Ing. Păun Larisa

Absolvent:Popescu Aurelian Sorin

CRAIOVA - 2011

2

CUPRINS

Argument........................................................................................4

Cap.1. Generalitati..........................................................................5

Cap.2. Cuplaje permanente............................................................8

2.1. Cuplaje fixe.......................................................................8

2.2. Cuplaje mobile.................................................................11

Cap.3. Cuplaje intermitente...........................................................21

3.1. Cuplaje intermitente rigide..................................................21

3.2. Cuplaje intermitente elastice..............................................23

Cap.4. Alegere, executie, montare...............................................29

Cap.5. Norme de tehnica securitatii muncii..................................30

Bibliografie....................................................................................31

3

ARGUMENT

Cuplajele sunt organe de asigurare a legaturii intre doi arbori care-si pot transmite reciproc miscarea si puterea.

Prin aceste elemente se asigura legatura intre tronsoanele (partile) aceluiasi arbore sau intre arbori diferiti. De exemplu, unii arbori de transmisie cu lungime mare 10, 20, 30m s-ar executa foarte greu dintr-o singura bucata sau nu s-ar putea realizea. Executia din tronsoane separate si legarea acestora prin organe speciale de legatura, numite cuplaje, nu prezinta dificultati constructive sau functionale. Cuplul motor al unui automobil se transmite rotilor de rulare prin intermediul unui cuplaj cu functionare intermitenta, numit si ambreiaj.

Axele de rotatie ale arborilor legati prin cuplaje sau prin ambreiaje pot fi paralele sau neparalele.

Principalele conditii pe care trebuie sa le indeplineasca cuplajele pentru o buna functionare sunt:

- capacitatea de transmitere totala a momentului de rasucire al arborelui;

- dimensiuni constructive cat mai reduse- capacitate de atenuare a socurilor provenite din variatia

regimului de functionare a masinilor;- asigurarea interschimbabilitatii necesare inlocuirii elementelor

uzate.Clasificarea cuplajelor are in vedere conditiile de functionare

ale celor doi arbori ca criteriu de baza. Astfel variatele tipuri de cuplaje se grupeaza in doua categorii: cuplaje cu functionare permanenta; cuplaje cu functionare intermitenta sau ambreiaje.

La cuplajele cu functionare permanenta, transmiterea miscarii intre cei doi arbori nu poate fi intrerupta in timpul functionarii decat prin oprirea masinilor si demontarea cuplajelor. Prin cuplare-decuplare, ambreiajele pot intrerupe sau relua transmiterea chiar sub sarcina, fara oprirea elementului (arborelui) de la care ea este primita.

4

Cap.1. GENERALITATI

Cuplajele sunt organe de masinI care asigura legatura si transferul de energie mecanica intre doua elemente consecutive, obisnuit coaxiale, ale unui lant cinematic, fara a avea posibilitatea modificarii legii de miscare.

Fig.1. Legarea arborilor diferitelor masini prin intermediul cuplajelor si pozitiile relative

posibile ale axelor

Pe langa functia importanta de transmitere a miscarii si a momentului de torsiune cuplajele mai pot indeplini urmatoarele functii:

- comanda a miscarii- compensare a erorilor de executie si montaj;- amortizare a socurilor si vibratiilor;- limitare a unor parametrii functionali (sens si viteza de rotatie,

moment de torsiune).Ca rezultat al acestei diversitati de conditii functionale exista

astazi o mare varietate de forme constructive de cuplaje. Principial, cuplajele pot fi mecanice, hidraulice si electromagnetice.

Cuplajele hidraulice realizeaza transmiterea energiei prin intermediul unui fluid, putand fi hidrodinamice sau hidrostatice, dupa cum utilizeaza energia cinetica sau presiunea fluidului. Cuplajele electromagnetice transmit momentul de torsiune utilizand fortele de interactiune electromagnetice.

In functie de natura legaturii realizate intre elemente, cuplajele pot fi permanente sau intermitente, la ultimele legatura putand fi stabilita, sau intrerupta, in timpul functionarii. In functie de posibilitatea compensarii abaterilor de montaj intre elementele legate, cuplajele permanente pot fi fixe si mobile. La randul lor, cuplajele permanete mobile se impart in rigide si elastice, functie de capacitatea de amortizare a socurilor si vibratiilor torsionale. In functie de modul de asigurare a legaturii (cuplare), ori de intrerupere a acesteia (decuplare), cuplajele intermitente pot fi fi comandate sau automate.

5

Parametrul principal al cuplajelor este momentul de torsiune nominal, alti parametri caracteristici fiind: masa, momentul de inertie masic, caracteristicile elastice si de amortizare, suprasarcina admisa, dimensiunile de gabarit, etc.

Sarcina de lucru

Valoarea maxima a momentului de torsiune posibil a fi preluat si transmis de cuplaj in conditii de functionare stationara (fara socuri si suprasarcini), reprezinta momentul de torsiune Mn si este indicat pentru fiecare tipodimensiune de cuplaj in standarde sau cataloagele

6

Cuplaje

Permanente

Automate

Comandate

De sarcina

De viteza

De sens

Electromagnetic

Hidraulic, pneumatic

Mecanic

Fixe

Mobile

Rigide

Elastice

Cu element elastic nemetalic

Cu element elastic metalic

Intermitente(ambreiaje)

firmelor constructoare. Momentul de torsiune nominal poate fi de asemenea determinat pentru o anumita constructie de cuplaj pe baza conditiilor de rezistenta a elementelor componente.

Variatia in timp a momentului de torsiune transmis de cuplaj Mt, are un caracter variabil, dinamic al solicitarii cuplajelor, ca rezultat al suprapunerii peste momentul de torsiune de calcul Mc a unor solicitari suplimentare, datorate unor cause diverse: sarcini de inertie, fenomene de soc si rezonanata mecanica, deformarea fortata a elementelor cuplajului datorita necoaxialitatii arborilor, frecarea intre elementele cuplajului. Dependenta solicitarilor suplimentare de un complex de factori – tipul si caracteristicile masinii motoare, regimul de functionare al masinii de lucru, tipul cuplajului, comportarea la vibratii torsionale a lantului cinematic antrenat etc. – face foarte dificila aprecierea pe cale analitica a valorii maxime a momentului de torsiune. Practic se utilizeaza un moment de torsiune de lucru Mt, obtinut prin multiplicarea valorii momentului de calcul Mc cu un coeficient de serviciu Cs:

Mt =CsMc = CsP/w<=Mn,Unde P este puterea de transmis iar w este viteza unghiulara.In general, cuplajele sunt fabricate de uzine specializate, fiind prezentate ca tipodimensiuni si caracteristici functionale in standarde si cataloage. Uzual, cuplajele se aleg functie de conditiile concrete de lucru.

7

Cap.2 Cuplaje permanente

Cuplajele permanente se impart in doua grupe:- cuplaje fixe prin care se realizeaza legatura rigida a arborilor;- cuplaje mobile care permit mici deplasari axiale, radiale sau

unghiulare intre arborii legati (cuplati).Aceste cuplaje realizeaza asamblarea permanenta, rigida, a doi

arbori ce trebuie sa fie perfect coaxiali. Se utilizeaza la asamblarea arborilor lungi pentru pastrarea rigiditatii acestora si transmiterea unor forte axiale.

2.1. Cuplaje fixeCuplajele permanente fixe se construiesc in trei variante: cu

manson cilindric (neted) dintr-o bucata; cu manson cilindric din doua bucati; cu flansa.

Fig.2. Cuplaje cu manson:a. Cu manson dintat pentru abateri axialeb. Cu manson cilindric

2.1.1. Cuplajele cu manson dintr-o bucata se monteaza pe capetele celor doi arbori intre care urmeaza sa transmita miscarea. De la arbore la manson, efortul este transmis prin intermediul unor pene longitudinale sau prin stifturi transversale, cand eforturile sunt mici.

Principalul avantaj il reprezinta simplitatea constructive.Pentru a evita aparitia unor forte suplimentare, cuplajul manson

necesita ajustaje, centrare si montare foarte precise. Legatura cu manson dintr-o bucata este posibila numai prin deplasarea axiala a unuia dintre arbori pana la capatul arborelui pereche fara insa sa il atinga.

Dimensionarea mansonului urmareste stabilirea unei sectiuni de rezistenta egala cu rezistenta sectiunii arborelui.

8

Daca arborele si mansonul se executa din aceleasi materiale, atunci D=1.3 d. (D-diametrul exterior al mansonului, d-diamentrularborelui). De obicei mansoanele se executa din fonta obisnuita sau din alte materiale cu caracteristici de rezistenta inferioare arborilor din otel; de aceea D = (1.4-1.8) d.

Fig. 3.a – montare cu stifturib – montare cu pene

sau caneluric, d – asamblare

presata pe cone – asamblare presata

pe con cu ulei sub presiune

2.1.2. Cuplajul manson se compune din doua semicuple asamblate cu suruburi pe capetele a doi arbori; suruburile asigura strangerea necesara pentru transmiterea momentului de torsiune; pentru siguranta se prevad pene paralele. Sunt standardizate doua tipuri constructive in functie de

pozitia arborilor de cuplare (cu sau fara aparatoare) pentru diamatre intre 18 si 200mm. Fixarea cuplajelor pe arbori verticali se face cu inele sau pana paralela cu ciocuri.

Utilizarea acestor cuplaje este avantajoasa in cazul transmisiilor cu turatie variabila sau in regim de cuplari repetate, deoarece au un moment de inertie relativ mic, dar sunt de evitat in cazul sarcinilor cu soc.

2.1.3. Cuplajele cu flanse. Pentru constructii obisnuite se folosesc flanse separate, iar pentru constructii puternic solicitate se executa flansele dintr-o bucata cu arborii respectivi. Fiecare din cele doua discuri se monteaza pe un capat de arbore prin impanare, prin presare la rece, strangere la cald sau chiar prin sudare.

9

Fig. 4. Cuplaj cu flanse:a – cu flanse separateb – cu flanse dintr-o bucata cu arborii

Fig.5. Cuplaj cu flanse:a – arbori orizontalib – arbori verticali

Pozitia centrata a discurilor se asigurara la montaj, iar asamblarea, prin suruburi stranse.

In calculele de dimensionare se disting doua cazuri: cuplaje stranse cu suruburi cuprinse in gauri fara joc si cuplaje stranse cu suruburi cuprinse in gauri cu joc. In cazul suruburilor strinse in gauri calibrate intregul moment este preluat de suruburile solicitate la forfecare.

Cand suruburile de strangere sunt cuprinse in gauri cu joc, transmiterea momentului este asigurata prin frecarea dintre discurile cuplajului, iar suruburile sunt solicitate la intindere ca in cazul cuplajelor cu manson din doua bucati.

2.1.4. Cuplajele cu dinti frontali (Hirth) pot transmite momente mari de torsiune in ambele sensuri, au dimensiuni de gabarit mici, asigura o precizie ridicata la coaxialitatea arborilor, si permit o montare si demontare simpla. Nu transmit forte axiale, de aceea trebuie alese

10

solutii speciale de montaj. Datura poate fi simetrica sau asimetrica iar numarul de dinti se alege in functie de diametrul arborelui.

Cuplajul transmitand un moment de torsiune, fiecare dinte va fi solicitat la tensiuni de contact, incovoiere si forfecare. De asemenea, pe flancurile dintelui va actiona permanent o presiune constanta functie de prestrangerea care asigura mentinerea cuplajului in stare cuplata. Variatia tensiunilor unitare in dinte depinde de dimensiunile acestuia, de precizia de prelucrare, de material si tratamentul termic etc.

Fig.6. Cuplaje cu dinti frontali Hirth

2.2. Cuplaje mobile

Astfel de cuplaje se folosesc cand sunt necesare deplasari axiale, radiale sau unghiulare ale arborilor. Tipurile cele mai reprezentative sunt : cuplaj Oldham,articulatie cardanica, articulatie sistem cu nuca etc. Acestea sunt cuplaje permanente mobile cu elemente rigide.

Fig.7. Tipuri constructive de cuplaje permanente mobile:a – pt. compensarea deplasarilor axiale si radiale b, c, d – pt. compensarea deplasarilor unghiulare

11

2.2.1. Cuplaje permanente mobile cu elemente intermediare rigide

Astfel de cuplaje asigura transmiterea miscarii de rotatie intre arbori a caror coaxialitate nu poate fi respectata, atat datorita conditiilor initiale de montaj, cat si datorita modificarilor pozitiei relative a arborilor in timpul functionarii.

Daca se considera pozitia de referinta a doi arbori functie de pozitia relativa a arborilor, cuplajele se clasifica in: cuplaje axiale, transversale sau radiale, unghiulare si combinate.

Cuplaje axiale. Aceste cuplaje asigura transmiterea momentelor de torsiune intre arbori cu lungime variabila, in special pentru compensarea deformatiilor termice. Sunt cunoscute multe tipuri constructive: cuplajul axial cu o singura gheara, cuplaje axiale

cu stifturi.

Fig.8. Cuplaje axiale cu stifturi

Cuplaje cu gheare pot transmite momente de torsiune mari.

Fig.9. Cuplaje cu gheare

Cuplajele axiale cu elemente de rulare sunt utilizate cu precadere in transmisiile cardanice, cu arbori culisanti cu sectiune patrata sau caneluri.

Fig.10 Cuplaje axiale cu elemente de rulare

12

Cuplaje transversale. Acestea transmit miscarea de rotatie intre 2 arbori montati paralel, dar cu o excentricitate variabila. Varianta cea mai raspandita este cuplajul Oldham. Diversele solutii constructive ale cuplajului Oldham se diferentiaza dupa forma elementului intermediar: cu craboti, cu element prismatic, cu caneluri, cu bolturi. Semicuplajele fixe pe arbore se echilibreaza dinamic la executie, dar, in ansamblu, cuplajul este dezechilibrat static, deoarece axa elementului intermediar nu coincide cu axa semicuplajelor.

Fig.11. Cuplaje Oldham:a,c – cu crabotib – cu element prismaticd – cu canelurie – cu bolturi

In cazul lanturilor cinematice cu turatii mari si cu arbori excentrici, se intrebuinteaza cuplajele Schmidt, care au avantajul ca sunt echilibrate dinamic si permit excentricitati mari intre arborii cuplati.

Cuplaje unghiulare. Aceasta forma de cuplaj, cunoscuta sub numele de cuplaj cardanic sau articulatia Hooke, este folosita pentru cuplarea a 2 arbori concurenti. Unghiul dintre axele arborilor este de obicei limitat la 20-25o. Cand cuplajul lucreaza la turatii si puteri mici, valoarea unghiului poate creste, dar nu va depasi 45o.

Fig.12. Cuplaj cardanic cu cruce

Fig.13. Cuplaj cardanic cu nucaDomeniul de utilizare a dus la o multitudine de solutii

constructive cu elemente articulare sau de rulare (cuplaje Weiss, cuplaje Rzeppa). Utilizarea cuplajului cardanic este insa limitata in multe cazuri deoarece este un mecanism asincron,caracter pus in

13

evidenta de variatia vitezei unghiulare a arborelui condus, chiar daca viteza unghiulara a arborelui conducator este constanta. Pentru inlaturarea acestui dezavantaj se foloseste solutia cu 2 cuplaje cardanice (bicardanica) si arbore intermediar, obtinandu-se astfel un mecanism sincron, daca sunt respectate doua conitii: cei doi arbori sa formeze acelasi unghi cu arborele intermediar si furcile arborelui intermediar sa fie in acelasi plan.

Fig.14. Cuplaj bicardanic

Fig.15. Cuplaj Weiss

Fig.16. Cuplaj RzeppaCuplaje pentru preluarea abaterilor combinate. In aceasta

categorie intra cuplajele dintate, care pot prelua abateri axiale, transversale, unghiulare sau combinatii ale acestora.

Fig. 17. Cuplaj dintat

14

Un cuplaj dintat este format din doi butuci cu dantura exterioara si doua mansoane cu dantura interioara. Centrarea si etansarea se realizeaza cu elemente auxiliare, in functie de tipul constructiv.

Astfel pot fi: cu manson dintr-o bucata, cu un butuc dintat, cu arbore intermediar, cu deplasare axiala, cu stifturi de siguranta, cu tambur pentru frana cu banda, etc.

La noi in tara, prin STAS 6589/2-81 sunt precizate prescriptiile de proiectare pentru cuplajele tip CD si CCD, simplu sau dublu dintate, tip CDDA cu arbore intermediar si tip CDDT cu tronson intermediar, pentru diametre de arbore d=(30.....560)mm.

Dantura butucilor poate fi dreapta sau curba in plan axial si dreapta, tesita sau bombata in plan transversal.

Cea mai economica solutie este aceea a curbarii dintelui in plan axial, deoarece permite abateri unghiulare mai mari si totodata face posibila centrarea bucsei pe butuc prin intermediul danturii si bombarea dintelui in plan transversal, bombare care duce la micsorarea uzurii, ca urmare a repartitiei favorabile tensiunilor, si alegerea unor jocuri minime intre flancuri pentru reducerea socurilor si a zgomotului.

Calculul de verificare al dintilor se face la solicitarea de incovoiere si contact. Pentru a se asigura o buna functionare cuplajele dintate trebuie lubrifiate.

Foarte mult intrabuintate sunt cuplajele permanente mobile cu elemente elastice. Fiind ieftine, simple si usor de montat, dintre numeroasele variante constructive se utilizeaza mai frecvent tipul standardizat, denumit cuplaj elastic cu bolturi. Elementele elastice sunt executate din piele, cauciuc sau panza cauciucata. Celelalte elemente se executa din fonta sau otel.

Cuplajele elastice prezinta avantajul amortizarii socurilor dinamice la pornire sau in perioada de serviciu.

2.2.2.Cuplaje permanente mobile cu elemente intermediere elastice

Caracteristica comuna a acestor cuplaje este aceea ca au in compunere un element elastic (metalic sau nemetalic) care determina proprietatile si calculul de proiectare al cuplajului. In mod obisnuit sunt denumite cuplaje elastice si permit montarea arborilor cu abateri de la pozitia reciproca si rotirea relativa a semicuplajelor.

15

Rolul principal al cuplajelor elastice consta in limitarea vibratiilor de rerzonanta si atenuarea socurilor torsionale prin acumularea elastica temporara a lucrului mecanic si redarea acestuia sistemului prin revenirea treptata a elementului elastic la forma sa initiala.Influenta cuplajelor elastice asupra dinamicii sistemelor mecanice. Caracteristicile elastice ale cuplajelor. Cuplajul este privit ca un element elastic cu amortizare interpus intre masina motoare si masina de lucru.

Rigiditatea cuplajului reprezinta variatia momentului de torsiune in functie de unghiul de rotire, iar amortizarea cuplajului caracterizeaza dependenta momentului de torsiune de viteza de deformare,

dependenta care in majoritatea cazurilor se considera liniara.Cuplajele permanente rigide au rigiditatea foarte mare, teoretic

infinita, astfel ca nu modifica rigiditatea de ansamblu a sistemului mecanic in care sunt introduse. Rigiditatea torsionala a cuplajelor permanente cu elemente intermediare elastice (cuplaje elastice) este mult mai mic decat a restului sistemului mecanic, care, in astfel de cazuri, se considera rigid.

In functie de solutia constructiva adoptata, natura si proprietatile materialului elastic si legea de variatie a sarcinii in timp, cuplajele elastice pot fi cu rigiditate constanta (caracteristica elastica liniara) sau cu rigiditate variabila (caracteristica elastica neliniara progresiva sau regresiva)Dinamica sistemelor cu cuplaje permanente. Analiza dinamica a sistemelor mecanice care contin cuplaje se efectueaza pe un model matematic simplificat, cel mai adesea avand 2 grade de libertate.

Cei doi volanti, cu momentele lor de inertie, egale cu momentele de inertie reduse ale portiunilor de lant cinematic pana la si respectiv dupa cuplaj, sunt legati prin intermediul unui arc si al unui amortizor, care impreuna, schematizeaza comportamentul vasco-elastic al cuplajului.

16

Cuplaje elastice cu elemente intermediare metalice.

Se folosesc in general pentru transmiterea momentelor mari de torsiune, deoarece au dimensiuni mici in comparatie cu capacitatea de incarcare. In functie de forma elementului elastic acestea se executa intr-o mare diversitate de tipuri:

Cuplajele cu articulatii ARPEX. La acestea bratele articulatiei formate din mai multe foi suprapuse, sunt fixate in suruburi, alternativ de cuplaje sau de o bucsa. Se executa pentru diametre de arbori d=(12...35)mm, turatii de lucru n=(10...10 000) rot/min si momente de torsiune Mn=(30...135 000)Nm.

Cuplajele cu disc THOMAS sunt pentru arbori cu diametrul d=(12...125)mm si turatii n=(500...32 000) rot/min

Cuplajele cu lant cu role THOMAS, BROWNING sau cu eclise dintate, WABCO se utilizeaza pentru arbori cu d=(12...260)mm si turatii n=(700 ...5 000) rot/min si respectiv d=(25...300)mm si n=(10...3 600) rot/min.

O grupa importanta din aceasta categorie o constituie cuplajele la care elementul elastic este arcul. Cuplajele cu arcuri bara FORST pot prelua si deplasari axiale prin montarea arcurilor, cu joc in cele doua semicuplaje. Pentru marirea momentului transmis pana la valori de 35x105 Nm arcurile bara se pot monta pe mai multe

17

circumferinta concentrice sau in manunchiuri, in bucse speciale. Pentru micsorarea uzurii se recomanda ungerea arcurilor.

La cuplajele cu arcuri bara de torsiune VOITH-MAURER elementele elastice sunt fixate cu joc in gaurile butucului si mansonului, pentru arbori cu d=(25...125)mm si momente de torsiune Mn=(110...11 600)Nm;

Cuplajul BAUMANN se utilizeaza pentru arbori cu d=(8...90)mm si momente Mn=(5...900) Nm. Folosirea cuplajelor cu arcuri bara de torsiune se recomanda in special pentru atenuarea socurilor torsionale.

La cuplajele cu arcuri lamelare ELCARD, pachetele de arcuri pot fi dispuse axial in golurile dintilor semicuplajelor si fixate cu mansoane pentru arbori d=(30...165) mm si momente de torsiune Mn=(70...14 500)N.m sau dispuse radial pentru arbori d=(25...250) mm si momente de torsiune Mn=(75...75 000)Nm.

Cuplajul cu arc serpuit BIBBY este format din semicuplaje, arc si mansoane si este prevazut cu sistem de etansare deoarece se recomanda ungerea.

Cuplajul cu arcuri elicoidale CARDEFLEX este compus din semicuplaje si suruburi, pe care se fixeaza segmentii ce pot oscila si deplasa axial, intre care se monteaza, pretensionat, arcurile elicoidale. Pentru transmiterea unor momente mari de torsiune se pot construi cuplaje cu 8 sau 12 arcuri.

Fig.18. Cuplaj CardeflexCalculul cuplajelor cu elemente elastice metalice consta in:

calculul de dimensionare sau verificare al arcurilor, calculul unghiului de rotire relativa a semicuplajelor la suprasarcini, calculul numarului de dinti si a unghiului de inclinare a acestora si calculul rigiditatii cuplajului. Deoarece elementul elastic poate avea o caracteristica liniara sau neliniara, calculul este in general dificil, si pentru stabilirea solutiei optime se recomanda utilizarea schemelor logice de calcul.

18

Cuplaje elastice cu elemente intermediare nemetalice

Elementul intermediar elastic este, in general executat din cauciuc, care confera cuplajului elasticitate, capacitate mare de amortizare a socurilor si o constructie simpla. La sarcini mari nu sunt economice deoarece le scade mult durabilitatea. Elementul elastic poate fi solicitat la compresiune sau forfecare.

Din prima categorie fac parte cuplajele elastice cu bolturi STAS 5982/6-81, compuse din semicuplaje, bolturi si mansoane, montate alternativ intr-un semicuplaj sau altul. Mansoanele pot fi ovale sau rozete.

Fig.19. Cuplaj elastic cu bolturi

Cuplajele elastice cu gheare difera intre ele constructiv dupa forma elementului elastic: a-role cilindrice montate axial, b-role cilindrice montate radial, c-pana, d-profil H, e-profil Z.

Fig.20.Elemente elasticeLa noi in tara sunt standardizate cuplajele elastice cu rozeta

STAS 5982/2-80, in variantele N-normala, F-cu flansa, DF-cu doua flanse si arbore intermediar si cuplajele elastice cu prisme, STAS

5982/3-80.

Fig.21. Cuplaje elastice cu rozeta

Din a doua categorie fac parte cuplajele cu placi solicitate la incovoiere si forfecare tip EUPEX, cu bandaje din cauciuc vulcanizate pe semidiscuri tip THOMAS, sau cu bandaje de diverse sectiuni,

19

fixate intre flanse tip PERIFLEX sau ELPEX, precum si cuplajele cu disc, sandwich dau vulcanizate de semicuplaje.

Fig.22. Cuplaje Eupex Fig.23. Cuplaje Thomas

Fig.24.Cuplaje Periflex ( a, b, c, d )Cuplaje Elpex ( e )

La noi in tara sunt standardizate cuplajele elastice cu disc frontal STAS 5982/4-81 si cuplajele cu lamele nemetalice STAS 5982/5-81.

Fig.25. Cuplaje cu disc Fig.26. Cuplaje sandwich Fig. 27. Bandaje vulcanizate

Calculul de proiectare a acestor cuplaje este foarte dificil, deoarece in timpul functionarii elementele de cauciuc de diferite forme sunt supuse unei complexitati de fenomene. Pentru cuplajele elastice cu elemente ce lucreaza la compresiune, calculul de rezistenta consta in verificarea la strivire a elementului din cauciuc, dupa care se determina caracteristica cuplajului (unghiul de rotire relativa) si rigiditatea cuplajului.

20

Cap 3. CUPLAJE INTERMITENTE ( AMBREIAJE )

Cuplajele intermiente se folosesc pentru intreruperea si restabilirea frecventa a legaturii dintre arbori, fara a fi necesara oprirea elementului motor. Pot indeplini si functiuni de limitare a vitezei, momentului de torsiune, puterii sau sensului de rotatie.

Cuplajele intermitente, numite ambreiaje, pot fi cuplate (ambreiate) si decuplate (debreiate) in gol, fara demontare si chiar in sarcina cand sunt prevazute cu elemente elastice pentru preluarea energiei de soc.

Numeroasele variante constructive pot fi grupate in doua categorii: ambreiaje comandate si ambreiaje automate.

Oricare din cele doua categorii de ambreiaje pot fi realizate cu contact rigid sau prin contact elastic. Ambreiajele comandate elastic se folosesc in scopul intreruperii temporare a transmiterii miscarii sau ca mijloc de protectie, prin asigurarea unei debreieri rapide, ca in cazul automobilelor.

3.1. Cuplaje intermitente rigide

Cuplajele intermitente rigide realizeaza transmiterea momentului de torsiune prin solicitarea la contact a unor proeminente in forma conjugata aflate pe cele doua circumferinte. La aceeasi valoarea a momentului de torsiune cuplajele intermitente rigide sunt mai simple, mai mici si mai ieftine, fata de cuplajele intermitente cu frictiune. De asemenea nu sunt necesare reglari pentru compensarea uzurii. Realizarea cuplarii in conditiile existentei unei viteze relative intre semicuplaje genereaza socuri, care solicita suplimentar transmisia; pentru limitarea acestora se permite cuplarea si decuplarea numai la viteze relativ reduse. Introducerea unor dispozitive suplimentare de sincronizare a vitezei celor doua semicuplaje imbunatateste considerabil comportamentul dinamic in regimurile tranzitorii.

3.1.1. Un tip reprezentativ al cuplajelor intermitente comandate rigid este cel numit ambreiaj cu gheare. Una din partile cuplajului este fixata rigid de un capat al arborelui, iar cealalta parte se poate cupla si decupla prin deplasarea axiala a discului mobil (semicupla), care este montat cu joc alunecator pe arborele condus.

21

Fig.28. Ambreiaj rigid cu gheare

Ambreierea-debreierea pot fi comandate manual, cu ajutorul parghiilor, electric, pneumatic sau hidraulic.

Exista totusi doua variante constructive de baza: cu dantura frontala (craboti) si cu dantura radiala.

3.1.2. Ambreiajul cu craboti. Realizeaza cuplarea si decuplarea prin deplasarea frontala a semicuplajului. In sectiune axiala crabotii pot avea inaltimea constanta sau variabila, iar in sectiune transversala profilul acestora poate fi: dreptunghiular, trapezoidal, simetric sau asimetric, triunghiular, poligonal. Forma profilului se alege in functie de sensul vitezei relative si de valoarea fortei de apasare la cuplare.

Fig. 29. Ambreiaj cu craboti Fig.30. Craboti in sectiune axiala (a,b,c) Craboti in sectiune transversala (d,e,f,g,h,i)

Semicuplajele se executa din oteluri de carbon de calitate sau aliate, asigurandu-se prin tratamente termice sau termochimice o duritate de 56-62 HRC in zona activa a danturii. Numarul crabotilor Z se stabileste orientativ, in functie de timpul de clupare admis fiind Z=3...60.

Calculul de rezistenta al crabotilor se efectueaza la solicitarile de contact, incovoiere si forfecare, in ipoteza ca momentul de lucru se transmite prin 75% din numarul total al crabotilor.

3.1.3. Cuplajele intermitente cu dantura radiala au o constuctie si o functiune asemanatoare cu cea a cuplajelor permanente mobile dintate. Pentru micsorarea socurilor de cuplare,

22

ambreiajul cu dantura radiala are incorporat sincronizatorul, realizat sub forma unui ambreiaj conic cu frictiune, cu rolul de a aduce semicuplajul condus la viteza arborelui motor.

Fig.31.Cuplaje intermitente cu dantura radiala

3.2. Cuplaje intermitente elastice

Aceasta categorie este folosita pentru asigurarea ambreierii arborilor sub sarcina, fara a produce socuri daunatoare. Astfel, partea ambreiajului montata pe arborele unui motor trebuie sa faca posibila antrenarea arborelui condus din pozitia de repaus in pozitia de regim.

Ambreiajele cu frictiune ofera posibilitatea limitarii momentului transmis la o valoare dorita si permit controlul asupra acceleratiei imprimate a elementului condus. Forma suprafetei pe care se realizeaza procesul de frecare poate fi: plana (cu doua discuri sau cu discuri multiple), conica, cilindrica sau combinatii ale acestora. Forta de apasare se obtine folosind dispozitive de actionare mecanice, electromagnetice, hidrostatice sau pneumatice.

Dinamica procesului de ambreiere. Stabilitatea miscarii. In perioada de ambreiere pot aparea fenomene de instabilitate, manifestate prin miscari sacadate (fenomenul stick-slip). Folosirea criteriului de stabilitate Routh-Hurwitz conduce la observatia ca, pentru asigurarea stabilitatii este necesar, dar nu si suficient, ca motorul de actionare sa aiba momentul motor descrescator cu turatia, in timp ce momentul de frecare al ambreiajului si cel al sarcinii trebuie sa creasca la cresterea turatiei.

23

Alegerea judicioasa a materialelor de frictiune, calitatea suprafetelor de contact si a lubrificatiei, valoarea temperaturii si a presiunii intre suprafetele de contact, pot influenta asupra caracteristicii moment-turatie a cuplajului, care poate fi realizata, daca nu crescator, cel putin constanta pe o portiune cat mai mare din domeniul de functionare.

Analiza dinamica si energetica.Procesul de ambreiere cuprinde trei perioade:

- perioada de cuplare, in care momentul de frecare din cuplaj creste pana la valoarea momentului rezistent, aplicat semicuplajului condus;

- perioada de patinare, in care se realizeaza accelerarea semiculpajului condus de la viteza unghiulara initiala pana la atingerea vitezei semicuplajului conducator. In aceasta perioada cele doua discuri avand viteze unghiulare diferite, transferul de energie se face cu patinare, ceea ce determina incalzirea si uzura suprafetelor de frecare. Momentul transmis de cuplaj este mai mare decat momentul rezistent;

- perioada de demaraj, in care are loc cresterea vitezei unghiulare a sistemului pana la valoarea de lucru.

3.2.1. Ambreiajele cu frictiune. Discul mobil solidar cu arborele sau in pozitie decuplata are turatia n=0, iar discul montat pe celalalt arbore, are turatia de regim.Apasandu-se asupra primului disc cu o forta paralela cu axa arborilor, se realizeaza contactul cu suprafata discului care se afla in miscare. Pentru antrenarea sa este necesara mentinerea fortei, care da nastere unei presiuni uniforme pe suprafata de contact.

Fig.32. Ambreiaj cu frictiune avand suprafete plane

3.2.2. Ambreiajele cu frictiune prin discuri multiple au o capacitate de transmitere mult mai mare, proportional cu numarul suprafetelor de contact.

24

Fig.33. Ambreiaj elastic cu discuri multiple

3.2.3. Ambreiajele cu frictiune conice. Cand asupra unei parti a ambreiajului conic se exercita actiunea unei forte, se asigura contactul sub presiune pe o suprafata de frecare cu forma conica sub unghiul de 8...10o ceea ce permite atat evitarea unei ambreieri bruste cat si blocarea conului.

Fig.34. Ambreiaj cu frictiune conic

Dimensiunile de gabarit relativ mari, aparitia unei forte axiale neechilibrate si necesitatea unei centrari riguroase le limiteaza domeniul de aplicare in constructiile precise.

Dupa modul de comanda, ambreiajele cu frictiune sunt cu actionare mecanica, electromagnetica, pneumatica sau hidrostatica.

Cuplajele comandate mecanic realizeaza cuplarea si decuplarea, in general, prin intermediul unor mecanisme cu parghii, forta de actionare provenind de la un operator. Sunt folosite la transmisiile vehiculelor si in echipamente industriale de putere mica si cu frecventa redusa de cuplare.

Fig.35. Comanda mecanica la un ambreiaj cu discuri multiple

25

Comanda pneumatica este fracvent utilizata la ambreiajele din echipamentele industriale stationare, intalnindu-se si la vehicule suficient de mari pentru a avea incorporat un compresor.

Fig.36. Cuplaj comandat pneumostatic

Comanda hidrostatica, la aceleasi dimensiuni ale cuplajului, asigura cel mai mare moment nominal ca urmare, atat a realizarii unor forte de apasare mari, cat si a posibilitatii evacuarii caldurii prin lubrifiant.

Comanda electromagnetica permite cuplari foarte rapide, cu frecventa ridicata, fara a realiza insa momente de torsiune importante. Sunt utilizate indeosebi la masinile automate, sau acolo unde ambreiajul este situat la distanta mare fata de punctul de control.

3.2.4. Cuplaje intermitente electromagneticeCaracteristaica ambreiajelor electromagnetice este prezenta unui camp electromagnetic, care determina si valoarea momentului de torsiune nominal. Acestea pot fi: ambreiaj electromagnetic cu curenti turbionari sau ambreiaje electromagnetice cu pulberi.

Fig.37. Ambreiaj electromagnetic cu curenti turbionari (cu inductie)

26

3.2.4. Ambreiaje hidrodinamiceAmbreiajele hidrodinamice sunt formate din doua rotoare paletate asezate fata in fata si inchise in aceeasi carcasa. Rotorul asezat pe arborele conducator indeplineste functia de pompa iar cel asezat pe arborele condus functioneaza ca o turbina. Transmiterea momentului de torsiune intre arborele de intrare si cel de iesire se realizeaza integral.

Se deosebesc doua tipuri principale de ambreiaje hidrodinamice: cu umplere constanta sau de tractiune,formand tipul de baza si folosite pentru accelerarea lina a sarcinii si aducerea la turatia de regim; cu umplere variabila, folosite indeosebi pentru modificarea turatiei.

Fig.38. Ambreiaj hidrodinamic

3.2.5. Cuplaje intermitente automateCuplajele intermitente automate (ambreiaje automate)

realizeaza cuplarea sau decuplarea automata a elementului condus in functie de anumiti parametri impusi lantului cinematic: sensul de rotatie, valoarea vitezei unghiulare, valoarea momentului de torsiune transmis.

Cuplaje unisens. (de cursa libera). Aceste cuplaje permit transmiterea miscarii intr-un singur sens. In functie de domeniul de utilizare exista solutii constructive diferite, derivate insa din acelasi principiu de functionare.

27

Fig.39. Cuplaje unisensCuplaje intermitente automate de viteza. Aceste cuplaje sunt folosite pentru realizarea cuplarii sau decuplarii arborilor la o valoare determinata a turatiei de functionare.Principial folosesc actiunea fortei centrifuge (numindu-se si ambreiaje centrifugale), deosebindu-se din punct de vedere constructiv in ambreiaje centrifugale cu saboti si cu materiale de umplere. Bazandu-se pe actiunea fortelor centrifuge, ambreierea si debreierea se realizeaza in mod automat. La o anumita valoare a turatiei arborelui motor se dezvolta forte centrifuge ale falcilor, astfel incat se inving fortele de frecare si creaza o presiune de contact asupra tamburului.

Se folosesc atat ca ambreiaje de pornire, permitand utilizarea unor motoare de actionare ieftine, cat si ca ambreiaje de siguranta, datorita posibilitatii alunecarii celor doua semicuplaje in conditii de suprasarcina.

Fig.40.Ambreiaj cu frictiune centrifug Fig.41. Cuplaj centrifugal cu saboti

Fig.42.Cuplaj centrifugal cu materialde umplere

28

Fig.43. Cuplaje de siguranta cu stift de forfecare

Cap.4. ALEGERE, EXECUTIE, MONTARE

Pentru executia semicuplajelor se folosesc fonte sau oteluri, legat de conditiile de lucru impuse. Orientativ se pot da urmatoarele recomandari: pentru cuplajele cu elemente in contact si cu miscare relativa unul fata de altul se vor folosi numai oteluri, iar suprafetele in contact se vor trata termic; elementele elastice metalice se vor executa din oteluri de arc, iar cele nemetalice din cauciuc.

Precizia prelucrarilor mecanice este, in principal, dictata de vitezele de lucru si de conditia de pastrare a pozitiei relative a arborilor.

Toate cuplajele trebuie sa fie echilibrate static. Echilibrarea dinamica este impusa de tipul cuplajului si de conditiile de lucru.

Montarea cuplajelor pe arbori se face cu ajustaje cu strangere usoara. Durabilitatea cuplajelor, precum si influenta acestora asupra lantului cinematic din care fac parte depinde de corecta montare si amplasare pe arbori.

Montarea pe arbori trebuie facuta cu ajustajele recomandate si cu fixare corespunzatoare impotriva deplasarilor axiale atunci cand acest lucru este impus. Arborii trebuie sa fie aliniati in limitele abaterilor admisibile pentru fiecare tip de cuplaj.

Amplasarea cuplajelor pe arbori se face, in general, cat mai aproape posibil de lagare.

29

Cap.5. NORME DE TEHNICA SECURITATII MUNCII

Respectarea normelor de tehnica securitatii muncii contribuie la asigurarea conditiilor de munca si la inlaturarea cauzelor care pot provoca accidentele de munca sau imbolnaviri profesionale.

Lucrările executate în cadrul montajului general prezintă, în foarte multe cazuri, pericole de accidente, care pot fi evitate dacă se respectă normele indicate pentru aceste lucrări.

Astfel, la executarea operaţiilor auxiliare legate de transport şi de ridicare, apar cele mai frecvente accidente, datorită manevrării incorecte a instalaţiilor şi prinderii necorespunzătoare a sarcinilor. Din această cauză,manevrarea unor asemenea instalaţii trebuie efectuată numai de către personal special instruit.

Prinderea greşită a sarcinilor în cârligul sau în dispozitivul macaralei constituie cea mai frecventă sursă de accidente. Pentru evitarea lor se vor verifica cu atenţie starea cablurilor, a lanţurilor şi a dispozitivelor de prindere a sarcinilor, modul de prindere şi modul de aşezare a sarcinii pe sol sau pe bancul de montaj, rodaj sau încercare. În nici un caz nu sunt permise manevrarea sarcinii în timpul transportului stând sub ea sau trecerea pe sub braţul macaralei aflate în funcţiune.

Sarcinile grele se ridică în două etape. Mai întâi sarcina se ridică cu 25-30 cm, se verifică modul de legare şi, după aceea, se ridică la înălţimea necesară.

Sarcina aşezată pe locul de destinaţie se poate dezlega numai după ce se verifică stabilitatea ei.

La efectuarea rodajului şi a încercărilor este necesar să se verifice prinderea corectă a agregatului pe bancul de lucru şi împrejmuirea locului respectiv cu apărători, pentru a se evita accidentele produse de unele obiecte ce pot fi aruncate din agregatul încercat.

Locurile unde se efectuează rodajul şi încercarea maşinilor mai ales când se lucrează cu produse inflamabile, vor fi dotate cu tot echipamentul necesar prevenirii şi stingerii incendiilor.

30

BIBLIOGRAFIE

• M. Gafiţanu, ş.a. – Organe de maşini , vol.II, Editura

Tehnică, Bucureşti, 1983

• Al. Chişiu, ş.a. – Organe de maşini, E.D.P., Bucureşti,

1981

• I. Gheorghe, ş.a. – Maşini şi utilaje industriale, E.D.P.,

Bucureşti, 1980

• V. Mărginean, ş.a. – Utilajul şi tehnologia meseriei

Construcţii de maşini, E.D.P., Bucureşti, 1993

• S. Ş. Mitrea – Protecţia muncii, E.D.P., Bucureşti, 1994

31