Curs Organe de Masini

7. ASAMBLRI PRIN STRNGERE PROPRIE 7.1. Definire, caracterizare, clasificare, domenii de folosire

Asamblrile prin strngere proprie sunt asamblri de tip arbore butuc, care se realizeaz prin strngerea reciproc a pieselor asamblate n urma deformaiilor elastice ale acestora. Forele care se opun desfacerii asamblrii sunt fore de frecare, care iau natere pe suprafeele de contact ale pieselor asamblate.

Ajustajul cu strngere proprie (fig. 7.1) este format dintr-o pies cuprins (arborele) i o pies cuprinztoare (butucul), executate dup tolerane prevzute n standarde. Realizarea strngerii apare n urma procesului tehnologic de montare a manonului cilindric (butuc), avnd diametrul interior iniial db, pe buca cilindric (arbore), cu diametrul exterior iniial da > db. Diametrul alezajului butucului se mrete cu cantitatea (b iar diametrul arborelui se micoreaz cu (a. Dup montare se ajunge la diametrul final comun d, db < d < da. Strngerea rezultant este

S = da db = (a + (b.

Avantajele asamblrilor prin strngere proprie sunt:

capacitate de a transmite sarcini mari;

comportare bun la sarcini dinamice;

centrare bun;

execuie simpl.

Dintre dezavantajele acestor asamblri se pot enumera:

imposibilitatea utilizrii la montri i demontri repetate, datorit deteriorrii suprafeelor funcionale;

necesitatea sortrii pieselor astfel nct s se obin strngeri ct mai apropiate.

Asamblrile prin strngere proprie se clasific dup o serie de criterii, prezentate n continuare.

Dup tehnologia de execuie se deosebesc asamblri presate (realizate prin introducerea axial forat a unei piese n alta) i asamblri fretate (montate fr a necesita fore axiale), realizate prin nclzirea piesei cuprinztoare i/sau rcirea (cu aer lichid sau bioxid de carbon solid) piesei cuprinse.

Mrimea strngerii (dependent i de tehnologia folosit) determin caracterul demontabil sau nedemontabil al asamblrii prin strngere proprie.

7.2. Asamblri presate

n general, asamblrile presate se obin fr o nclzire prealabil a piesei cuprinztoare i/sau rcire a piesei impuse. Presarea se execut cu ajutorul unor prese hidraulice, pentru piese mari sau cu prese manuale, n cazul unor piese mici. Pentru micorarea forei axiale necesare presrii se pot unge suprafeele de contact sau se poate aplica o uoar nclzire a peisei cuprinztoare i/sau o rcire a piesei cuprinse. Piesele care urmeaz a fi asamblate sunt prevzute cu rotunjiri, teituri sau poriuni cilindrice, care formeaz ajustaje libere, necesare centrrii sau ghidrii acestora n timpul presrii (fig. 7.2).

Elemente de calcul

Asambrile presate transmit sarcina exterioar (moment de torsiune sau for axial) prin frecarea dintre piesa cuprinztoare (butuc) i piesa cuprins (arbore).

Schemele de calcul ale asamblrilor presate sunt prezentate n fig. 7.3, pentru diverse ncrcri: a - for axial, b - moment de torsiune, c - for axial i moment de torsiune.

Calculul se desfoar n scopurile asigurrii transmiterii sarcinii prin frecare i meninerii materialului pieselor asamblrii n domeniul elastic, ntr-o serie de etape:

1. Calculul presiunii necesarePresiunea necesar p, care ia natere n urma deformaiilor elastice ale pieselor la montaj, se determin din condiia ca sarcina exterioar s se transmit integral prin frecare, rezultnd astfel urmtoarele relaii, pentru schemele de calcul prezentate n fig. 7.3:

pentru asamblare solicitat de o for axial Fa (v. fig. 7.3,a)

i deci

pentru asamblarea solicitat de un moment de torsiune Mt (v. fig. 7.3,b)

i deci

pentru asamblarea solicitat de o for axial Fa i de un moment de torsiune Mt (v. fig. 7.3,c)

i deci

Notaiile folosite sunt: d - diametrul nominal al ajustajului, l - lungimea de contact dintre piese; ( - coeficientul de frecare de alunecare dintre piese. Coeficienii de frecare sunt dependeni de materialele cuplului de piese ale asamblrii i de starea de ungere a suprafeelor (cu ungere la montare sau fr ungere la montare).

2. Calculul strngerii teoretice necesareStrngerea teoretic necesar se calculeaz cu relaia lui Lam(, stabilit pentru suprafee cilindrice netede,

Coeficienii adimensionali Ka i Kb se determin cu relaiile

i

Notaiile folosite sunt (v. fig. 2.59): d - diametrul nominal al ajustajului, d1 - diametrul gurii din piesa cuprins; d2 - diametrul exterior al piesei cuprinztoare; (a,b - coeficienul de contracie transversal al materialului arborelui, respectiv butucului; Ea,b modulul de elasticitate longitudinal al materialului arborelui, respectiv butucului.

3. Calculul strngerii corectate necesareCorectarea strngerii teoretice se efectueaz pentru a ine seama de condiiile reale de execuie, montaj i de exploatare. Strngerea corectat necesar se determin cu relaia

Sc = S + Sn + St + Sd,

n care:

Sn - ine seama de faptul c neregularitile suprafeelor pieselor asamblate se distrug n timpul presrii.

Fig. 7.4 Corecia neregularitilor suprafeelor

Astfel, diametrele da i db, obinute prin deformarea neregularitilor, sunt diferite de diametrele d'a i d'b ale arborelui i, respectiv, butucului - msurate nainte de montare, peste vrfurile neregularitilor (fig. 7.4).

Corecia Sn se determin cu relaia

Sn (1,2 (Ra max + Rb max) [(m] ,

n care Ra max i Rb max reprezint nlimile maxime ale neregularitilor suprafeelor arborelui, respectiv butucului, dependente de felul prelucrrii suprafeei (Rmax = 6Ra, unde Ra este rugozitatea suprafeei).

St - ine seama de efectul dilataiilor termice diferite ale pieselor asamblate, n timpul funcionrii, dac temperatura de funcionare este diferit de temperatura mediului ambiant, la care s-a fcut msurarea diametrelor determinndu-se cu relaia

n care: (a,b sunt coeficienii de dilatare termic ai materialului arborelui, respectiv butucului, ta,b - temperatura de funcionare a arborelui, respectiv butucului, t0 - temperatura la care s-a fcut msurarea diametrelor da i db. Dac temperatura n timpul funcionrii asamblrii este aceeai sau apropiat cu temperatura la care s-a fcut msurarea, St nu intr n calcul.

Sd - ine seama de deformaiile elastice ale pieselor, sub aciunea sarcinilor exterioare din timpul funcionrii i este egal cu acestea.4. Stabilirea ajustajelor, corespunztor strngerii dorite, prin alegerea toleranelor standardizate la diametrele da i db. Realizarea strngerii dorite Sc se obine prin alegerea toleranelor de prelucrare a suprafeelor pe care se realizeaz asamblareaTabelul 2.1 Ajustaje recomandate pentru asamblrile presate

H6 / s5 H7 / s6 H8 / s7

H6 / t5 H7 / t6

H6 / u5 H7 / u6 H8 / u88

Pentru asamblri presate sunt recomandate tipurile de ajustaje n sistem alezaj unitar, prezentate n tabelul 7.1. Sgeile din tabelul 7.1 indic creterea strngerii.

Datorit toleranelor, diametrul arborelui va fi cuprins ntre valorile da min i da max, iar diametrul butucului va fi cuprins ntre valorile db min i db max (fig. 7.5).

Fig.7.5. Ajustaje presate n sistem alezaj unitar

Strngerile maxim, minim i medie se determin cu relaiile:

Smax = (da max - db min) 103 [(m]; Smin = (da min - db max) 103 [(m],

Pentru ca, dintr-un lot de piese (arbori i butuci) executate n cmpurile de toleran prescrise, toate ajustajele formate s aib strngeri mai mari dect strngerea corectat necesar calculat ar trebui s se respecte condiia Smin ( Sc. n realitate, admind o strngere minim mai mic dect strngerea corectat necesar Smin < Sc (deoarece procentul ajustajelor cu strngere minim este extrem de mic), se impune condiia Smed > Sc (deoarece ntre ajustajele formate n cadrul unui lot de piese predomin ajustajele cu strngeri medii). Dac condiia Smed > Sc nu este ndeplinit se alege un ajustaj cu strngere mai mare, iar dac Smed >> Sc se alege un alt ajustaj cu strngere mai mic.

5. Verificarea asamblrii la deformaii plasticeImpunnd strngeri necesare prea mari i alegnd ajustaje corespunztoare, piesele asamblate se pot deforma plastic. Verificarea la deformaii plastice are rolul de a asigura meninerea deformaiei pieselor asamblate n domeniul elastic i const n impunerea condiiei ca tensiunile care apar n piesele asamblate s nu depeasc tensiunile limit de curgere. Relaiile de verificare se gsesc n literatura de specialitate.

6. Verificarea deformaiilor pieselor asamblriiDeformaiile elastice ale pieselor asamblate - deplasrile la interiorul piesei cuprinse i la exteriorul piesei cuprinztoare trebuiesc stabilite deoarece acestea pot duce la modificarea condiiilor de funcionare a ansamblului din care face parte asamblarea presat. Pentru exemplificare, presarea inelelor interioare ale rulmenilor pe fusurile arborilor duce la modificarea jocului radial din rulment i n cazuri limit la blocarea rulmentului.

Verificarea deformaiilor pieselor asamblrii const n calculul acestora la nivelul diametrului exterior al piesei cuprinztoare i la nivelul diametrului interior al piesei cuprinse, deformaii care trebuie s fie inferioare jocurilor funcionale. Relaiile pentru calculul acestor deformaii se gsesc n literatura de specialitate.

7. Calculul forelor axiale, necesare la presare i la depresareFora necesar la presare se determin cu relaia

Fp = (1 ( l p ,

iar fora necesar la depresare cu relaia

Fd = (2 ( l p .

n relaiile de mai sus (1 i (2 sunt coeficienii de frecare la presare, respectiv depresare, dependeni de cuplul de materiale al asamblrii i de starea de ungere a suprafeelor.

7.3. Asamblri fretateAsamblrile fretate realizeaz strngeri sensibil mai mari dect asamblrile presate. Ajustajul asamblrii fretate se alege din aceleai considerente i dup parcurgerea acelorai etape, ca la asamblri presate.

Un calcul suplimentar este acela de stabilire a temperaturii de nclzire a butucului, respectiv de rcire a arborelui, astfel nct la montaj s existe un joc j ntre arbore i butuc.

Dac se consider doar nclzirea butucului, condiia de montaj fr necesitatea unei fore axiale este

Smax + j = (b (t - t0) d 103 ,

temperatura necesar de nclzire a butucului rezultnd

.

Notaiile utilizate sunt: Smax - strngerea maxim a ajustajului; (b - coeficientul de dilataie termic a materialului butucului; t0 - temperatura mediului ambiant, la care se msoar dimensiunile ajustajului.

Fig.7.1. Ajustaj cu strngere proprie

Fig.7.2 Posibiliti de centrare a pieselor asamblate prin strngere proprie

Fig.7.3. Scheme de calcul ale asamblrilor presate, cu diverse ncrcri

_1013521489.unknown

_1013521591.unknown

_1013521887.unknown

_1013753999.unknown

_1013522928.unknown

_1013521866.unknown

_1013521570.unknown

_1013521353.unknown

_1013521480.unknown

_1012989078.unknown

_1013521344.unknown

_1012988727.unknown