57

Unitatea de învăţare 6. Cuplaje. Cuplaje permanente Cuprins

6.1. Introducere .............................................................................................................. 6.2. Competenţe ............................................................................................................. 6.3. Caracterizare. Clasificare. Domenii de folosire ............................................................... 6.4. Sarcina de calcul ................................................................................................................ 6.5. Cuplaje permanente ............................................................................................................ 6.5.1. Cuplaje permanente fixe ........................................................................................... 6.5.2. Cuplaje permanente mobile elastice ......................................................................... 6.5.3. Cuplaje combinate ....................................................................................................

6.1. Introducere Cuplajele, în general, se pot defini ca organe de maşini sau sisteme mecanice echivalente acestora din punct de vedere funcţional, care au rolul de a realiza legătura între două elemente consecutive / succesive ale unui lanţ cinematic, de regulă fără a modifica legea de transmitere. Această legătură se realizează în scopul transmiterii puterii / sarcinii (moment de torsiune şi mişcare de rotaţie) şi poate fi permanentă sau intermitentă. Cuplajele sunt utilizate frecvent în construcţia transmisiilor mecanice. Practic, aproape toate transmisiile moderne sunt echipate cu cuplaje. Funcţionarea îndelungată, economică şi în condiţii de siguranţă a unei transmisii mecanice echipate cu cuplaj depinde de alegerea corectă a tipodimensiunii de cuplaj, ţinând seama de funcţiile necesare şi capabile a fi îndeplinite de către acesta. Alegerea corectă a tipului de cuplaj şi într-o anumită măsură dimensionarea acestuia se face ţinând seama de o serie de factori, adesea contradictorii, dintre care se pot aminti: tipul maşinii motoare, tipul maşinii antrenate, structura lanţului cinematic al transmisiei pe care o echipează cuplajul, regimul şi condiţiile de exploatare etc.

6.2. Competenţele unităţii de învăţare După parcurgerea materialului acestei unităţi de învăţare studenţii vor fi capabili: • să înţeleagă importanţa utilizării acestor tipuri de subansamble; • să identifice rolul cuplajelor în transmisii; • să identifice cuplajele şi elementele componente ale acestora; • să înţeleagă şi să explice principalele elemente geometrice şi de calcul ale

cuplajelor; • să identifice tipul cuplajului şi principalii parametrii dimensionali, constructivi şi

funcţionali; • să identifice şi să determine solicitările şi valorile acestora asupra cuplajului în

ansamblu şi a fiecărui element în parte; • să proiecteze (dimensioneze/verifice) un cuplaj; • să înţeleagă şi să explice condiţiile tehnice şi tehnologice de funcţionare şi

execuţie a unui cuplaj;

58

• să reprezinte grafic (desen de ansamblu şi de execuţie) un cuplaj.

Durata medie de parcurgere a acestei unităţi de învăţare este de 3-4 ore.

6.3. Caracterizare. clasificare. domenii de folosire Cuplajele realizează legătura permanentă sau intermitentă între două elemente

consecutive ale unui lanţ cinematic, în scopul transmiterii momentului de torsiune şi a mişcării de rotaţie, fără a se modifica, de regulă, legea de transmitere.

În afara funcţiei principale de transmitere a puterii mecanice (sarcina/momentul de torsiune şi a mişcării de rotaţie), cuplajele pot îndeplini şi o serie de funcţii suplimentare, precum: compensarea abaterilor de poziţie a elementelor legate prin cuplaj, abateri datorate erorilor

de execuţie şi montaj; legarea unor arbori cu axe paralele sau concurente; protecţia transmisiei din care fac parte de şocuri şi vibraţii; limitarea sarcinii transmise; limitarea turaţiei; decuplarea transmiterii mişcării la schimbarea sensului de rotaţie; întreruperea comandată a legăturii dintre elemente.

Datorită marii diversităţi de tipuri constructive de cuplaje existente în practică, o clasificare general acceptată este dificil de realizat. Din acest motiv se apelează la criterii de clasificare ce prezintă un grad mare de generalitate, cum ar fi: procesul fizic de transmitere a sarcinii – mecanic (contact direct, frecare), hidraulic sau electric; continuitatea transmiterii sarcinii – permanente sau intermitente; posibilitatea preluării abaterilor la montarea cuplajului sau în timpul funcţionării – fixe sau mobile; forma suprafeţelor de frecare – plană, conică, cilindrică; modul de realizare a comenzilor; modul de limitare a sarcinii şi turaţiei; transmiterea unisens a mişcării etc.

Una din cele mai utilizate clasificări primare, la realizarea căreia au fost luate în considerare unele din criteriile mai sus enunţate, este prezentată în fig. 6.1.

Clasificarea cuplajelor în cuplaje mecanice, hidraulice şi electromagnetice consideră fenomenele care stau la baza transmiterii sarcinii.

Cuplajele permanente realizează o legătură permanentă între arborii pe care îi leagă. Întreruperea legăturii se poate face doar prin demontarea cuplajului. Cuplajele permanente fixe realizează legătura dintre doi arbori coaxiali, fără a putea compensa abaterile de poziţie ale acestora şi fără a amortiza şocurile şi vibraţiile din transmisie. Cuplajele permanente mobile îndeplinesc funcţia suplimentară de a compensa abaterile de poziţie ale arborilor sau de a lega arbori cu axe paralele sau concurente. Cuplajele pemanente mobile rigide nu amortizează şocurile sau vibraţiile, în timp ce cuplajele permanente elastice îndeplinesc şi această funcţie suplimentară.

Cuplajele intermitente realizează o legătură între doi arbori, care poate fi întreruptă cu ajutorul unei comenzi exterioare (cuplaje intermitente comandate) sau automat - la apariţia unei suprasarcini (cuplaje de siguranţă), la scăderea turaţiei (cuplaje centrifugale) sau la schimbarea sensului de rotaţie (cuplaje unisens).

Pentru orice transmisie, oricât de complexă ar fi, se poate alege un cuplaj simplu corespunzător sau se poate realiza un cuplaj combinat, care să răspundă tuturor condiţiilor funcţionale impuse transmisiei.

59

6.4. Sarcina de calcul

În timpul funcţionării, asupra cuplajului acţionează un sistem complex de sarcini. În

afara momentului de torsiune care trebuie transmis, asupra cuplajului mai acţionează: sarcini datorate inerţiei elementelor transmisiei; sarcini de şoc sau vibratorii, datorate condiţiilor de funcţionare ale transmisiei; suprasarcini datorate deformării forţate ale elementelor cuplajului, ca urmare a abaterilor

de poziţie ale arborilor; sarcini suplimentare datorate frecărilor dintre elementele mobile ale cuplajului.

Dependenţa acestor sarcini suplimentare de un sistem complex de factori face foarte dificilă stabilirea pe cale analitică a momentului de torsiune cu care trebuie dimensionat cuplajul.

În fig. 6.2 este prezentată variaţia generală a momentului de torsiune într-o transmisie, pe parcursul funcţionării. Punctele şi zonele caracteristice variaţiei momentului de torsiune sunt: a – şocul la pornire; b – trecerea in regim staţionar; c – regimul staţionar; d – şocul la oprire.

În practica proiectării cuplajelor, momentul de torsiune utilizat pentru dimensionarea acestora este denumit moment de torsiune de calcul Mtc şi se stabileşte cu relaţia

,tc s tnM K M= în care Ks este un coeficient supraunitar, numit coeficient de siguranţă sau de suprasarcină, iar Mtn reprezintă momentul de torsiune nominal de transmis, determinat în funcţie de puterea motorului electric P, în kW, şi de turaţia nominală de funcţionare a cuplajului n, în rot/min, cu relaţia

[ ]69,55 10 N mm .tnPMn

= ⋅

Coeficientul Ks este determinat pe

Fig. 6.2

Fig. 6.1

60

baza datelor experimentale şi se obţine, de regulă, ca produs de factori, pentru care valorile sunt precizate în standarde sau cataloagele firmelor producătoare de cuplaje, factori care iau în considerare tipul maşinii motoare, tipul şi condiţiile de lucru ale maşinii antrenate şi regimul de funcţionare al transmisiei.

Cuplajele se pot alege din standarde sau din cataloagele firmelor specializate în producerea de cuplaje, în funcţie de momentul de torsiune Mt catalog precizat în acestea, cu condiţia Mt catalog ≥ Mtc.

6.5. Cuplaje permanente

6.5.1. Cuplaje permanente fixe

Această categorie de cuplaje realizează asamblarea permanentă, rigidă, a arborilor

perfect coaxiali; abaterile maxime admisibile sunt de 0,002...0,05 mm. Se recomandă utilizarea lor, în principal, la arbori lungi de transmisie, la turaţii n ≤ 200...250 rot/min.

Dintre cele mai întâlnite cuplaje permanente rigide pot fi enumerate cuplajele cu manşon monobloc (fig. 6.3, 6.4 şi 6.5) şi cu flanşe (fig. 6.6).

Cuplajele permanente rigide se caracterizează, în general, prin simplitate constructivă şi dimensiuni de gabarit relativ mici. Se utilizează de regulă până la diametre ale arborilor de 70...100 mm.

Cuplajele cu manşon monobloc sunt realizate sub forma unei bucşe asamblată pe

capetele celor doi arbori prin ştifturi cilindrice, ştifturi conice (fig. 6.3), ştifturi crestate etc., pene paralele (fig. 6.4) sau prin caneluri.

Calculul acestor cuplaje cuprinde atât calculul de dimensionare al asamblărilor dintre bucşă şi capetele de arbori cât şi calculul de verificare la torsiune al manşonului. Manşonul se verifică la torsiune cu valoarea momentului de torsiune de calcul Mtc, cu relaţia

( )4 4

16 tct at

M DD d

τ τπ

= ≤−

în care D şi d reprezintă diametrele caracteristice ale manşonului iar τat - tensiunea admisibilă la torsiune a materialului manşonului. Diametrul exterior D al manşonului se poate adopta constructiv D = (1,4…1,8)d în funcţie de diametrul d al capătului de arbore şi de materialul din care se execută manşonul (valori superioare ale intervalului pentru manşoane executate din fontă şi valori inferioare dacă se utilizează oţel).

Cuplajele cu manşon monobloc se folosesc rar datorită gabaritului relativ mare în lungime şi montajului incomod, necesitând deplasări axiale ale cel puţin unui arbore.

Fig. 6.4

A A-Ab

d A

D

h

B

B

B-B

dbd

D

Fig. 6.3

61

Cuplajele cu manşon din două bucăţi sunt asemănătoare cu cele cu manşon monobloc, deosebirea fiind secţionarea manşonului cu un plan axial. Cele două părţi ale manşonului secţionat sunt asamblate cu şuruburi pe capetele de arbori. Sarcina se transmite prin frecarea dintre manşon şi capetele de arbori, dar sunt prevăzute, de regulă, şi asamblări prin pene longitudinale între capetele de arbori şi cele două semimanşoane. Standardele prevăd două variante constructive de cuplaje cu manşon secţionat: pentru arbori orizontali (fig. 6.5, a) şi pentru arbori verticali (fig. 6.5, b) - caz în care penele paralele, utilizate pentru siguranţă, sunt prevăzute cu cep.

Calculul acestor cuplaje constă în verificarea şuruburilor montate cu strângere, după ce dimensiunile constructive ale cuplajului sunt alese din standarde.

Utilizarea acestor cuplaje nu este mai răspândită decât a cuplajelor cu manşon monobloc, deşi nu necesită deplasarea arborilor la montaj.

Cuplajele cu flanşe sunt formate din două semicuplaje sub formă de flanşe. Cele două

flanşe sunt asamblate fiecare pe câte unul din capetele de arbore şi asamblate între ele prin şuruburi.

Aceste cuplaje se execută în două variante de asamblări: cu şuruburi montate cu joc (fig. 6.6), respectiv cu şuruburi montate fără joc (fig. 6.7).

Calculul acestor cuplaje constă în dimensionarea sau verificarea asamblării prin şuruburi. Sarcina ce revine unui şurub se determină în funcţie de modul de transmitere a momentului de torsiune şi în ipoteza participării egale a şuruburilor la transmiterea momentului de torsiune.

Cuplajul cu flanşe cu şuruburi montate cu joc (fig. 6.6,a) transmite momentul de

torsiune prin frecarea dintre suprafeţele frontale ale celor două flanşe, datorită apăsării relative ale acestora. Forţa de apăsare necesară este obţinută prin montarea cu strângere a şuruburilor. Transmiterea sarcinii se poate realiza dacă momentul de torsiune Mf datorat frecării depăşeşte momentul de calcul Mtc, adică Mf ≥ Mtc. Astfel, se poate scrie

00 2tc f

DM M zFμ≤ = ,

în care μ reprezintă coeficientul de frecare dintre materialele celor două flanşe (μ= 0,2…0,3), z - numărul de şuruburi, F0 - forţa de strângere a unui şurub iar D0 - diametrul de amplasare a şuruburilor.

Calculul acestor cuplaje constă în dimensionarea şi/sau verificarea asamblărilor cu şuruburi solicitate axial centric cu forţa F0 conform indicaţiilor prezentate în capitolul corespunzător.

a b

Fig. 6.5

62

Forţa care solicită şurubul (forţa corespunzătoare fiecărui şurub) se determină cu relaţia

00

2 tcMFz Dμ

= ,

Şuruburile montate cu joc se calculează la tracţiune, cu o forţă de calcul Fc=1,3F01, pentru a ţine seama şi de solicitarea complexă (tracţiune simultan cu torsiunea datorată momentului de înşurubare), care apare la montaj.

Dimensionarea şuruburilor se face cu relaţia

at

Fd

σπ⋅

= 01

3,14,

în care d1 reprezintă diametrul interior necesar al filetului şuruburilor, σat - rezistenţa admisibilă la tracţiune.

Pentru descărcarea şuruburilor de solicitare acestea se pot monta în bucşe (fig. 6.6, b),

care la rândul lor sunt montate fără joc între flanşe, calculul acestora efectuându-se ca şi la construcţia cu şuruburi montate fără joc.

Cuplajul cu flanşe cu şuruburi montate fără joc (fig. 6.7) utilizează, pentru legarea

flanşelor, asamblări cu şuruburi de păsuire. Momentul de torsiune se transmite prin contactul direct dintre flanşe şi zona de păsuire a tijelor şuruburilor.

Calculul acestor cuplaje constă în dimensionarea şi/sau verificarea, conform indicaţiilor prezentate în capitolul corespunzător, a asamblărilor cu şuruburi montate fără joc şi solicitate transversal cu forţa F1 - corespunzătoare unui şurub.

Sarcina se transmite prin contact direct între flanşe şi tija nefiletată a şuruburilor. Forţa care revine fiecărui şurub (forţa transversală care încarcă asamblarea) este

10

2 tcMFz D

= ,

unde z reprezintă numărul de şuruburi, iar D0 - diametrul de dispunere al acestora. Şuruburile de păsuire se verifică la forfecare, cu relaţia

12 ,

4

f afb

Fd

τ τπ

= ≤

Fig. 6.6

D0

Md

a b

D0

d b

ls

Fig. 6.7

63

verificarea la strivire efectuându-se cu relaţia 1

min

.s asb

Fd l

σ σ= ≤

în care: db - diametrul tijei nefiletate; lmin = min (l1, l2) - lungimea minimă de contact dintre şuruburi şi flanşe.

Calculul corespunde celui al asamblărilor prin şuruburi montate fără joc, solicitate transversal.

6.5.1. Cuplaje permanente mobile

Aceste cuplaje sunt destinate compensării abaterilor de

poziţie ale arborilor. Cuplajele permanente mobile rigide nu au posibilitatea amortizării şocurilor şi vibraţiilor, în timp ce cuplajele permanente mobile elastice amortizează şocurile şi vibaţiile. Abaterile de poziţie reprezintă diferenţele faţă de poziţia reciprocă normală a capetelor de arbori (fig. 6.8, a) şi pot fi: axiale (fig. 6.8, b), radiale (fig. 6.8, c), unghiulare (fig. 6.8, d) sau combinate (fig. 6.8, e).

Dintre aceste cuplaje, la automobile se utilizează cuplajele cardanice, la care între axa arborelui de intrare şi a celui de ieşire există iniţial unghiul α, aceste cuplaje putând prelua, în timpul funcţionării, abateri ±Δα de la valoarea iniţială a unghiului α.

Cuplajul cardanic din fig. 6.9 se compune dintr-un element conducător 1, un element condus 2 – care au, în general, forma unor furci – şi un element intermediar 3, de forma unei cruci.

Acest cuplaj este un mecanism heterocinetic, legătura dintre vitezele unghiulare ale elementelor conducător şi condus fiind funcţie de unghiul de rotire φ1 al elementului conducător şi de unghiul α dintre axele celor doi arbori. Heterocinetismul este exprimat prin parametrul

αϕα

ωω

coscossin1 1

22

2

1 −==i

considerându-se α=const.

Legea de variaţie a momentului la arborele condus, pentru un moment la arborele conducător Mt1 = const. şi unghiul α=const., este de forma

2 21

2 11 sin cos

cost tM M α ϕα

−= .

Pentru realizarea homocinetismului (egalitatea dintre vitezele unghiulare ale arborelui conducător şi condus), se foloseşte soluţia cu două cuplaje cardanice (bicardanică) şi arbore intermediar (fig. 6.10). Transmisia bicardanică este homocinetică dacă sunt îndeplinite două condiţii: axele furcilor de pe arborele intermediar sunt paralele şi unghiul α1 dintre axele arborelui conducător şi cel intermediar este egal cu unghiul α2 dintre axele arborelui intermediar şi cel condus.

Fig. 6.8

a

e

d

c

b

Fig. 6.9

64

Pe lângă legarea a doi arbori concurenţi, transmisiile cardanice permit şi compensarea abaterilor axiale ce apar în timpul funcţionării; deplasarea relativă dintre cuplajele transmisiei bicardanice este posibilă ca urmare a existenţei unei cuple de translaţie (în general o asamblare prin caneluri – fig. 6.11).

Fig. 6.11

Pe lângă soluţiile clasice de cuplaje cardanice, mai există şi alte soluţii de cuplaje care permit compensarea abaterilor unghiulare: cuplaje podomorfe, Weiss şi Rzeppa etc.

Caracterizare, funcţii îndeplinite Aceste cuplaje sunt denumite, în mod curent, cuplaje elastice. Elementul intermediar elastic al acestor cuplaje poate fi metalic sau nemetalic. Acesta

participă la transmiterea momentului de torsiune între semicuplaje, determinând proprietăţile cuplajului: • amortizarea şocurilor şi vibraţiilor; • compensarea elastică a abaterilor de poziţie ale arborilor; • modificarea frecvenţei proprii a sistemului mecanic din care fac parte, în scopul evitării

vibraţiilor de rezonanţă. Funcţiile îndeplinite de cuplajele permanente mobile cu elemente intermediare elastice

se bazează pe elementele caracteristice ale acestora. • Caracteristica elastică a acestor cuplaje este definită prin dependenţa unghiului de rotire

relativă a celor două semicuplaje ϕ de momentul de torsiune transmis de cuplaj. Rigiditatea cuplajului este dată de relaţia

.tMkϕ

=

Caracteristica elastică (fig. 6.12, a) poate fi liniară - cuplaje cu rigiditate constantă - sau neliniară - cuplaje cu rigiditate variabilă.

• Gradul de amortizare relativă este o caracteristică a acestor cuplaje prin care este influenţată capacitatea de amortizare a şocurilor. Amortizarea apare în cazul în care între caracteristica

Fără amortizare Cu amortizare

a b

Fig. 6.12

Fig. 6.10

65

elastică de încărcare şi caracteristica elastică de descărcare a cuplajului există o diferenţă (fig. 6.12, b). Preluarea şocurilor are loc prin deformarea elementului intermediar elastic, care transformă energia şocului în lucru mecanic de deformare Le (aria de sub caracteristica de descărcare). O parte din această energie (aria cuprinsă între caracteristica de încărcare şi cea de descărcare) este transformată în căldură, reprezentând lucrul mecanic de frecare Lf din cuplaj. În acest fel, doar o parte din energia şocului este restituită sistemului.

• Deformabilitatea elementului elastic determină capacitatea cuplajului de a prelua abateri de poziţie. Deformabilitatea elementului elastic depinde de construcţia cuplajului şi de materialul din care este confecţionat elementul elastic. Durabilitatea cuplajului este influenţată de mărimea abaterilor de poziţie preluate, deformarea elementului elastic introducând forţe suplimentare în elementele cuplajului, pe arbori şi pe reazemele acestora.

Cuplaje elastice cu elemente intermediare nemetalice Elementele intermediare nemetalice se realizează, de regulă, din cauciuc. Cauciucul este

recomandat prin proprietăţile sale: elasticitate mare, capacitate mare de amortizare, simplitate constructivă, preţ redus. Elementele intermediare nemetalice conduc la izolarea electrică a arborilor legaţi, dar comparativ cu elementele intermediare metalice conferă cuplajului o durabilitate mai scăzută, momentele de torsiune transmise fiind limitate la valori mici - medii.

Cuplajul elastic cu bolţuri se execută în două variante standardizate: varianta N - normală (fig. 6.13, a) şi varianta B - cu bucşe distanţiere (fig. 6.13, b).

În componenţa acestor cuplaje intră: două semicuplaje identice; bolţuri montate alternativ în cele două semicuplaje şi sprijinite, prin intermdiul unor manşoane din cauciuc, în semicuplajul conjugat. Cuplajele elastice cu bolţuri permit compensarea abaterilor radiale ΔR = 0,3…0,6 mm, abaterilor unghiulare Δα ≤ 10 şi a abaterilor axiale Δl în limitele menţinerii contactului dintre manşoanele din cauciuc şi semicuplajul în care se montează.

Sarcina se transmite prin contact direct între semicuplaje, bolţuri şi manşoanele din cauciuc.

Calculul cuplajelor elastice cu bolţuri se efectuează în ipoteza distribuţiei uniforme a sarcinii pe cele z bolţuri.

Sarcina care revine fiecărui bolţ este

11

2 ,tcMFz D

= (2.10)

unde D1 este diametrul de dispunere a bolţurilor.

a b

Fig. 6.13

66

Se efectuează calculele de verificare a bolţului la încovoiere - considerându-l încastrat în semicuplaj, sarcina aplicându-se cu braţul maxim '

bl - cu relaţia '

13

32

i bi ai

bz

M FldW

σ σπ

= = ≤

şi de verificare a manşonului elastic la strivire - la contactul cu bolţul - cu relaţia 1

s asb b

Fd l

σ σ= ≤ ,

în care: db - diametrul bolţului; lb - lăţimea manşonului; σai - rezistenţa admisibilă la încovoiere a bolţului, σai = (0,25…0,4) σ02; σas - rezistenţa admisibilă la strivire a cauciucului, σas = 5…7 MPa.

Cuplajul elastic de tip Periflex (fig. 6.14) este unul dintre numeroasele tipuri de cuplaje elastice cu bandaj de cauciuc. Cuplajul Periflex are în componenţă semicuplajele identice 1 şi 2, bandajul de cauciuc cu inserţii textile 3, montat pe acestea prin şuruburi, prin intermediul discurilor 4.

Acest cuplaj se utilizează pentru compensarea abaterilor axiale Δl = 3…6 mm, abaterilor radiale ΔR = 2…6 mm şi abaterilor unghiulare Δα = 2…60. Volumul mare al elementului intermediar din cauciuc îi conferă capacitate mare de amortizare a şocurilor şi vibraţiilor.

Momentul de torsiune se transmite prin frecarea dintre bandajul de cauciuc, pe de o parte, şi semicuplaje şi discuri, de cealaltă parte. Forţa de apăsare, necesară transmiterii prin frecare a sarcinii, este realizată prin strângerea şuruburilor. Condiţia de transmitere a sarcinii prin frecare este

1 201 ,

4tc fD DM M z F iμ +

≤ =

unde μ reprezintă coeficientul de frecare dintre bandaj şi semicuplaj sau disc; D1 şi D2 - diametrele suprafeţei de frecare; z - numărul de şuruburi; F01 - forţa de prestrângere a fiecărui şurub; i - numărul de perechi de suprafeţe de frecare (i = 2, pentru soluţia constructivă din fig. 6.14).

Forţa necesară de prestrângere a şuruburilor este

( )011 2

4 .tcMFz D D iμ

=+

Şuruburile se verifică la tracţiune, cu o forţă majorată egală cu 1,3F01, pentru a se ţine seama de solicitarea de torsiune - de la montaj - produsă de momentul de înşurubare, cu relaţia

012

1

1,3 ,

4

t atFd

σ σπ

= ≤

Fig. 6.14

67

în care d1 este diametrul interior al filetului şurubului. Bandajul din cauciuc se verifică la strivire, cu relaţia

( )01

2 22 14

s asz F

D Dσ σπ= ≤

−

şi la forfecare, în secţiunea corespunzătoare diametrului D2, cu relaţia

22

2 tcf af

MD h

τ τπ

= ≤

în care s-au notat cu: h - grosimea bandajului; σas - rezistenţa admisibilă la strivire a cauciucului; τaf - rezistenţa admisibilă la forfecare a cauciucului; σas = 5…7 MPa, τaf = 0,3…0,5 MPa.

Datorită centrifugării, bandajul din cauciuc este solicitat suplimentar la tracţiune, motiv pentru care viteza periferică de funcţionare trebuie limitată la valori admisibile va = 17,5…20 m/s, astfel încât să nu se depăşească rezistenţa admisibilă la tracţiune σat = 0,5 MPa.

O altă variantă a cuplajului cu bandaj de cauciuc este prezentată în fig. 6.15 (cuplajul Vulkan). La acest cuplaj, bandajul este secţionat, execuţia sa fiind mai uşoară şi, deci, costul acestuia este mai scăzut. Momentul de torsiune se repartizează uniform pe cele două jumătăţi ale bandajului, montate în paralel, forţele centrifuge fiind preluate de prinderea superioară a acestora. Cuplajul transmite momente de torsiune mai mari decât cuplajul Periflex, la aceleaşi dimensiuni de gabarit. Ca şi la cuplajul Periflex, momentul de torsiune se transmite prin frecare şi prin urmare şuruburile de strângere şi bandajul se calculează în mod similar, calculul efectuându-se pentru o jumătate de bandaj, prin care se transmite jumătate din momentul de torsiune. Cuplajul Vulkan, ca şi unele variante ale cuplajului Periflex, se poate utiliza şi la legarea arborilor de flanşe sau volanţi, forma unuia din semicuplaje fiind adaptată acestui scop.

Fig. 6.16

Fig. 6.15

Fig. 6.17

68

Cuplajul Holset face parte din categoria cuplajelor elastice cu gheare şi blocuri de cauciuc pe mai multe rânduri (fig. 6.16). Între ghearele radiale a celor două semicuplaje se montează blocuri de cauciuc de formă prismatică, solicitate, în timpul transmiterii momentului de torsiune, la compresiune. Blocurile se montează cu precomprimare, pentru a permite cuplajului transmiterea momentului de torsiune în ambele sensuri, fără şocuri.

Cuplajul Vibrostop este un cuplaj elastic cu element de cauciuc solicitat la torsiune (fig. 6.17). Este alcătuit din elementul elastic 3, vulcanizat pe inelele metalice tronconice 4 şi 5, asigurându-se, astfel, o stare tensională uniformă a cauciucului. Legarea elementului elastic de cele două semicuplaje identice 1 şi 2 se face prin intermediul şuruburilor 6.

Cuplajul cu bolţuri şi disc elastic (tip Hardy). Este format din două semicuplaje, legate prin intermediul unui disc elastic, de cauciuc, cu ajutorul unor bolţuri, montate alternativ în cele două semicuplaje (fig. 6.18). Pentru mărirea capacităţii portante şi a durabilităţii cuplajului, se folosesc armături metalice pentru găurile prin care se introduc bolţurile. Cuplajul se caracterizează prin elasticitate torsională şi deformabilitate mari. La transmiterea momentului de torsiune, porţiunile din discul elastic dispuse în faţa bolţurilor de pe semicuplajul conducător sunt supuse la compresiune, iar cele din spatele acestor bolţuri la tracţiune.

Cuplajul poate prelua abateri unghiulare ale axelor arborilor, evident cu diminuarea capacităţii de încărcare.

6.5.3. Cuplaje combinate

Legarea în serie sau în paralel a două cuplaje de

acelaşi tip nu duce la mărirea numărului de funcţii pe care ansamblul de cuplaje, astfel obţinut, le poate realiza, influenţând însă caracteristicile transmisiei. Astfel, legarea în serie a două cuplaje elastice identice duce la dublarea unghiului de rotire între arborele de intrare şi cel de ieşire. Legarea acestora în paralel are drept efect dublarea momentului de torsiune transmis şi mărirea rigidităţii transmisiei; acest mod de legare poate duce la micşorarea diametrului cuplajului.

În practică, cel mai frecvent de întâlneşte combinaţia cuplaj limitativ-elastic, cuplajul limitativ alegându-se dintre un cuplaj de siguranţă cu ştifturi de forfecare şi unul intermitent cu fricţiune – comandat sau automat – iar cuplajul elastic fiind cu elemente metalice sau nemetalice, alegera acestuia făcându-se în funcţie de mărimea momentului de transmis şi de mărimea necesară a rigidităţii; cuplajul astfel obţinut cumulează funcţiile celor două cuplaje componente. În

Fig. 6.18

Fig. 6.19

69

acest sens, este prezentat cuplajul combinat din fig. 6.19 la care, partea limitativă este de tip cu discuri de fricţiune şi arcuri disc dispuse periferic, iar partea elastică este de tip Periflex.

25. Legătura dintre un motor electric asincron (P=5,5 kW şi n = 1440 rot/min) şi un reductor se face prin intermediul unui cuplaj cu flanşe cu şuruburi montate cu joc. Să se dimensioneze cuplajul cunoscând coeficientul de regim Ks=1,6.

26. Să se determine momentul de torsiune capabil a fi transmis de un cuplaj cu flanşe cu şuruburi montate fără joc (de păsuire) cunoscând: şuruburile utilizate sunt M12, materialul este din grupa 5.8; z=4 şuruburi dispuse la diametrul D=140 mm; grosimea flanşelor l=16 mm; coeficientul de regim Ks=1,8.

27. Să se verifice cuplajul elastic cu bolţuri care trebuie să transmită un moment de torsiune Mtn=300000 Nmm, la un coeficient de regim Ks=2,5. Se cunosc: diametrul de dispunere a bolţurilor D1=160 mm; numărul de bolţuri z=8; diametrul bolţului db=16 mm; lungimea elementului elastic lb=20 mm; lungimea bolţului '

bl =25 mm; materialul bolţurilor OLC 45. 28. Să se dimensioneze cuplajul elastic tip Periflex® care echipează o transmisie

care acţionează o pompă de apă. Se cunosc: puterea motorului electric P=4 kW; turaţia motorului electric n=2850 rot/min; coeficientul de regim Ks=1,2; grosimea bandajului de cauciuc h=6 mm.

29. Să se verifice bandajul de cauciuc al unui cuplaj elastic tipPeriflex® şi şuruburile de strângere cunoscând: diametrele principale D1=110 mm; D2=130 mm; D=160 mm; grosimea bandajului h=6,5 mm; numărul de şuruburi montate pe o parte a cuplajului z=8 şuruburi M6 din material din grupa 6.6; momentul de torsiune nominal Mtn=40000 Nmm; turaţia cuplajului n=710 rot/min; coeficientul de regim Ks=1,4.