AAB. ASAMBLĂRI ARBORE-BUTUC

AAB-T. CONSTRUCŢIA ŞI MODELAREA ASAMBLĂRILOR ARBORE-BUTUC

AAB-T.1 ASAMBLĂRI PRIN FRECARE

AAB-T.2.4 ASAMBLĂRI CU INELE TRONCONICE

CUPRINS

AAB-T.2.4.1 DEFINIRE

AAB-T.2.4.2 STRUCTURA CONSTRUCTIVĂ

AAB-T.2.4.3 DOMENII DE UTILIZARE, AVANTAJE ŞI DEZAVANTAJE

AAB-T.2.4.4 CLASIFICARE

AAB-T.2.4.5 MATERIALE ŞI TEHNOLOGII

AAB-T.2.4.6 FORME ŞI CAUZE DE SCOATERE DIN UZ SAU DE COMPORTARE NECORESPUNZĂTORE

AAB-T.2.4.7 PARAMETRII FUNCŢIONALI ŞI CONSTRUCTIVI

AAB-T.2.4.8 MODELE DE CALCUL

AAB-T.2.4.9 MONTAJUL ŞI EXPLOATAREA

AAB-T.2.4.1 DEFINIRE

Asamblarea cu inele tronconice este legătura de tip arbore-butuc, demontabilă, care transmite sarcinile prin frecările care iau naştere pe suprafaţele conice de contact dintre arbore respectiv butuc şi o pereche sau mai multe de inele tonconice care apăsate axial se deformează elastic radial şi generează presiuni normale (fig. AAB-T.2.4.2.1).

AAB-T.2.4.2 STRUCTURA CONSTRUCTIVĂ

Fig. AAB-T.2.4.2.1 Asamblări cu strângere cu inele conice: a – cu o pereche de inele reonconice şi cu închiderea fluxului forţei axiale prin arbore; b – cu patru perechi de inele tronconice şi cu închiderea fluxului forţei axiale prin butuc; c – cu patru perechi de inele tronconice şi cu închiderea fluxului forţei axiale prin butuci; d – cu o pereche de inele bitronconice şi cu închiderea fluxului forţei axiale în interior
Descriere, funcţionare şi construcţie: - fig. AAB-T.2.4.2.1,a – momentul de torsiune Mt, se transmite prin frecare de la arborele 1 la inelul interior 3, la inelul exterior 5 şi la pinionul conic 4 când forţa axială generată prin strângerea piuliţei 7 împinge axial prin şaiba 6 inelul exterior 5 care ca urmare a contactului după generatoare cu inelul interior 3, acestea se întind, respectiv se comprimă radial, şi după dispariţia jocurilor aderă la butuc, respectiv la arbore; piuliţa 7 este asigurată împotriva deşurubării prin cuiul spintecat 8; fluxul forţei axiale de strângere se închide prin arbore şi bucşa 2. - fig. AAB-T.2.4.2.1,b – momentul de torsiune Mt, se transmite prin frecare de la arborele 1, prin patru căi în paralel, la inelele interiore 2, la inelele exteriore 3 şi la butucul 5 când forţa axială generată prin strângerea şuruburilor 8 împinge/trage axial inelele exterioare/interioare 3/2 care ca urmare a contactului după generatoare cu inelele interioare/exterioare 2/3, acestea se întind/comprimă, respectiv se comprimă/intind radial, şi după dispariţia jocurilor aderă la butuc/arbore, respectiv la arbore/butuc; bucşa distanţieră 4 are rolul de a închide fluxul axial de strângere de la al doilea inel interior din stânga la primul inel exterior din dreapta. - fig. AAB-T.2.4.2.1,c – momentul de torsiune Mt, se transmite prin frecare de la arborele 1, pe patru căi în paralel (două pentru antrenarea roţii 5 şi două pentru antrenarea roţii 6), la inelele interiore 2, la inelele exteriore 3 şi la roţile dinţate 5 şi 6 când forţa axială generată prin strângerea şuruburilor 7 împinge/trage axial inelele exterioare 3 care ca urmare a contactului după generatoare cu inelele interioare 2, se întind, respectiv se comprimă radial, şi după dispariţia jocurilor aderă la butuc, respectiv la arbore; bucşa distanţieră 4 are rolul de a închide fluxul axial de strângere între inelele interioare centrale. - fig. AAB-T.2.4.2.1,d – momentul de torsiune Mt, se transmite prin frecare de la arborele 5 la inelul bitronconic interior 6, la rondelele intermediare 3 şi 4, la inelul bitronconic exterior 2 şi la roata conică 1 când forţa axială generată prin strângerea şuruburilor 7 împinge şi trage axial rondelele 3 şi 4 care, ca urmare, a contactului după generatoare cu inelele bitronconice interior 6 şi exterior 2, acestea se comprimă, respectiv se întind radial, şi după dispariţia jocurilor aderă la butuc, respectiv la arbore

AAB-T.2.3.3 DOMENII DE UTILIZARE, AVANTAJE ŞI DEZAVANTAJE

Domenii principale de utilizare: construcţia de maşini pentru fixarea roţilor de transmisie pe arbori.

Tab. AAB-T.2.3.3.1 Avantaje şi dezavantaje ale asamblărilor cu inele tronconice (raportat la alte asamblări arbore-butuc)

Avantaje^*	Dezavantaje^*
- asigură o bună centrare a pieselor asamblate; - permit montări şi demontări repetate fără deteriorarea suprafeţelor de contact; - nu necesită prelucrări de canale care să slăbească rezistenţa şi să introducă concentratori de tensiuni; - rol de protecţie la suprasarcini a pieselor asamblate  ca urmare a apariţiei patinărilor; -   permit reglarea poziţiei axiale a butucului faţă de arbore	- necesitatea unor elemente de stângere suplimentare; - precizie de execuţie ridicată; - în cazul suprasarcinilor cu apariţia patinării apar încălziri ridicate; -    necesită execuţie precisă ca urmare a deformaţiilor elastice radiale mici ale inelelor

AAB-T.2.3.4 CLASIFICARE

Tab. AAB-T.2.2.4.1 Clasificarea asamblărilor cu inele tronconice

Criteriul	Tipul asamblării	Schema
Numărul perechilor de inele interior/exterior	Cu o pereche	Fig. AAB-T.2.4.2.1,a
	Cu două sau mai multe perechi	Fig. AAB-T.2.4.2.1,b,c
Forma inelelor	Tronconice	Fig. AAB-T.2.4.2.1,a,b,c
	Bitronconice	Fig. AAB-T.2.4.2.1,d
Fluxul forţei axiale de strângere	Cu închidere prin arbore	Fig. AAB-T.2.4.2.1,a
	Cu închidere prin butuc	Fig. AAB-T.2.4.2.1,b,c
	Cu închidere in interior (în subsistemul de strângere)	Fig. AAB-T.2.4.2.1,d

AAB-T.2.4.5 MATERIALE ŞI TEHNOLOGII

Inelele tronconice se execută din oţeluri pentru arcuri: 38Si7; 46Si7;  56Si7; 60Cr3; 51CrV4

AAB-T.2.4.6 FORME ŞI CAUZE DE SCOATERE DIN UZ SAU DE COMPORTARE NECORESPUNZĂTORE

Tab. AAB-T.2.4.6.1 Forme şi cauze de scoatere din uz sau de comportare necorespunzătoare

Forme	Consecinţe	Apariţie	Cauze	Manifestare	Evitare
Deteriorarea suprafeţei de contact (deformare plastică)	Întreruperea transmiterii sarcinii	La arbori şi  roţi din materiale moi puternic încărcate	Depăşirea tensiunilor de strivire ale materialelor	Deteriorarea suprafeţelor active de contact ale arborelui şi/sau brăţării	Limitarea prin calcul a tensiunilor de strivire la valori admisibile

AAB-T.2.4.7 PARAMETRI FUNCŢIONALI ŞI CONSTRUCTIVI

Fig. AAB-T.2.4.7.1 Parametri geometrici ai unei perechi de inele tronconice

Parametri constructivi: Unghiul de înclinare, α =  12...17^o Diametrul exterior, D1 = {15, 18, 20, 22, 25, 26, 30, 32, 36, 44, 52, 56, 70 , 78… 212} Diametrul interior, d1 = {12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 63, 71…200} Lungimea perechii de inele, l = {4,5; 4,5; 4,5; 4,5; 6,3;  6,3; 6,3; 6,3; 6,3; 7; 8; 8; 8; 9; 10 …16} Lungimea de contact (interior/exterior),  l1 = {3,5; 3,5; 3,5; 3,5; 5,3;  5,3; 5,3; 5,3; 5,3; 6; 6,8; 6,8; 6,8; 7,6; 8,4 …12,4}

AAB-T.2.4.8 MODELE DE CALCUL

AAB-T.2.4.8.1 Model de calul a asamblărilor cu o pereche de inele

a                                     b c                                     d e                                     f g Fig. AAB-T.2.4.8.1 Scheme de calcul a asamblării cu  inele tronconice: a – montaj iniţial; b – stângere pentru anularea jocurilor; c – stângere pentru generarea presiunii necesare; d – forţele la strângerea pentru anularea jocurilor; e – forţele inelului exterior; f – forţele inelului interior; g – distribuţia momentelor în cazul asamblărilor cu mai multe perechi de inele tronconice

Ipoteze de calcul: - iniţial consecinţă a jocurilor radiale care se prevăd între inele şi piesele asamblate pachetul de inele se    montează liber cu mâna (fig. AAB-T.2.4.8.1,a); - ca urmare a strângerii cu forţa Q0 inelele se deformează elastic radial (inelul exterior se întinde şi cel interior se comprimă) până la anularea jocurilor radiale (fig. AAB-T.2.4.8.1,b); - creşterea forţei de strângere cu valoarea Q1 conduce la generarea pe suprafeţele cilindrice (exterioară, pe arbore şi interioară, în butuc) a presiunii de contact, p, necesară transmiterii momentului de torsiune Mt prin frecare (fig. AAB-T.2.4.8.1,c); - presiunile pe suprafeţele de contact sunt uniform distribuite. Relaţii de calcul: Deplasarea (întinderea) elastică radială a inelului exterior cu valoarea jocului, Δl = j =  =  =  = , (APP-T.2.4.8.1) unde:  j reprezintă jocul radial la montaj;   dm  = (D1+d1)/2 - diametrul mediu al perechii de inele (fig. AAB-T.2.4.7.1); Fr0  - forţa radială generată de forţa rezultantă a forţei normale Fn0 şi forţa de frecare µFn0 (fig. AAB-T.2.4.8.1,a,d);  Ai - aria secţiunii unui inel; E - modulul de elasticitate longitudinală al materialului inelului; φ = arctg µ - unghiul de frecare cu µ, coeficientul de frecare dintre suprafeţele conice ale inelelor. Forţa de stângere necesară anulării jocurilor, din relaţia de mai sus (APP-T.2.4.8.1), Q0 =   .                         (APP-T.2.4.8.2) Forţa axială suplimentară de strângere (după anularea jocului) Q1 pentru crearea presiunii de contact pe suprafeţele cilindrice active (ale arborelui şi butucului), necesară transmiterii momentului de torsiune prin frecare, se determină din relaţia de echilibru axial al inelului exterior (fig. AAB-T.2.4.8.1,e), Q1 = F1 [tg (α + φ) + µ2],                                                  (APP-T.2.4.8.3) unde: F1  reprezintă forţa radială care generează presiunea de contact,  µ2 - coeficientul de frecare dintre suprafeţele cilindrice ale inelului exterior şi butucului. Momentul de frecare minim transmis prin suprafaţa de contact dintre arbore şi inelul interior, considerând F1 din relaţia (APP-T.2.4.8.3), Mfmin = µ1 F1   =  µ1  = , (APP-T.2.4.8.3) unde: d reprezintă diametrul arborelui;  µ1 reprezintă coeficientul de frecare dintre suprafeţele cilindrice ale inelului interior şi arbore. Condiţia transmiterii momentului de torsiune prin frecare, Mfmin ≥  βa Mt , ţinând cont de relaţia (APP-T.2.4.8.3),  devine,  ≥ βa Mt  sau  ≥ βa Mt .   (APP-T.2.4.8.4) unde: βa = 1,5 …3 reprezintă coeficientul de siguranţă la patinare (alunecare); Mt - momentul de torsiune transmis. Forţa axială totală de apăsare (strângere), ţinând cont de relaţiile  (APP-T.2.4.8.2) şi (APP-T.2.4.8.4), Q = Qo + Q1   =   + . (APP-T.2.4.8.5) Condiţia rezistenţei la strivire, ţinând cont de relaţia  (APP-T.2.4.8.3), p =  =  =  ≤  σas,                      (APP-T.2.4.8.7) unde: l1 reprezintă lungimea activă a inelelor,  σas - tensiunea admisibilă la strivire corespunzătoare materialului cel mai moale (inel interior sau arbore). Forţa axială de reacţiune a butucului asupra inelului interior, Q2 = F1 [tg (α + φ) - µ1].                                                    (APP-T.2.4.8.6)

Obs.  Având în vedere că în cazul asamblărilor cu mai multe perechi de inele (fig. AAB-T.2.4.8.1,g) forţa de apăsare asupra celei ultimei perechi este mult redusă,  Q₃ < Q₂ < Q₁ (v rel. (APP-T.2.4.8.3) şi (APP-T.2.4.8.6)), momentele de torsiune transmise scad progresiv, M_t3 < M_t2 < M_t1  şi, deci, nu este recomandat să se mărească numărul de perechi de inele (pot fi maxim 3 perechi); în cazul asamblării cu două sau trei perechi de inele, având în vedere că prima pereche este cel mai solicitată (momentul transmis este maxim, fig. AAB-T.2.4.8.1,a,d ) la proiectare se va dimensiona şi/sau verifica doar prima pereche.

AAB-T.2.4.9 MONTAJUL ŞI EXPLOATAREA