CUPRINS

CUP-T.1DEFINIRE

CUP-T.2 STRUCTURI CONSTRUCTIVE

CUP-T.3 DOMENII DE UTILIZARE, AVANTAJE ŞI DEZAVANTAJE

CUP-T.4 CLASIFICARE

CUP-T.5 MATERIALE ŞI TEHNOLOGII  

CUP-T.6 FORME ŞI CAUZE DE SCOATERE DIN UZ SAU DE COMPORTARE NECORESPUNZĂTORE

CUP-T.7 PARMETRI FUNCŢIONALI ŞI CONSTRUCTIVI            

CUP-T.8 MODELE FUNCŢIONALE ŞI DE CALCUL

                CUP-T.8.1 CUPLAJE PERMANENTE

                                  CUP-T.8.1.1 Cuplaje permanente fixe

                                                        CUP-T.8.1.1.1 Cuplaje permanente fixe cu manşon

                                                        CUP-T.8.1.1.2 Cuplaje permanente fixe cu flanşe

                                  CUP-T.8.1.2 Cuplaje permanante mobile rigide

                                                        CUP-T.8.1.2.1 Cuplaje permanente mobile rigide pentru compensarea abaterilor axiale

                                                        CUP-T.8.1.2.2 Cuplaje permanente mobile rigide pentru compensarea abaterilor radiale (transversale)

                                                        CUP-T.8.1.2.3 Cuplaje permanente mobile rigide pentru compensarea abaterilor unghiulare

                                                        CUP-T.8.1.2.4 Cuplaje permanente mobile rigide pentru compensarea abaterilor combinate

                                                                                  (axiale, radiale şi ungiulare)

                                  CUP-T.8.1.3 Cuplaje permanante mobile elastice

                                                        CUP-T.8.1.3.1 Cuplaje permanente mobile elastice cu elemente deformabile  metalice

                                                CUP-T.8.1.3.2 Cuplaje permanente mobile elastice cu elemente deformabile nemetalice

               CUP-T.8.2 CUPLAJE INTERMITENTE

                                  CUP-T.8.2.1 Cuplaje intermitente comandate

                                                        CUP-T.8.2.1.1 Cuplaje intermitente comandate cu  transmiterea sarcinii prin formă (contact direct)

                                                        CUP-T.8.2.1.2 Cuplaje intermitente comandate cu  transmiterea sarcinii prin frecare

                                                        CUP-T.8.2.1.3 Cuplaje intermitente automate

Fig. CUP-T.1 Structura constructivă a cuplajului intermitent comandat mecanic (ambreiajul)

Funcţionare şi construcţie.  În starea normală, cuplat (ambriat), momentul de torsiune se transmite prin frecare de la discul de reazem 3 (de obicei, volantul motorului) la discul condus 1 - presat între discul (placa) de presiune 2 de acţiunea arcurilor precomprimate 12 – apoi, prin amortizorul torsional, compus din arcurile elicoidale tangenţiale 6 şi plăcuţele de fricţiune 5, la butucul 5 şi prin canelură la arborele de ieşire 11 (de obicei, arborele primar al cutiei de viteze). Decuplarea (debreierea) se realizează prin deplasarea axială a mufei 10, care, prin intermediul rulmentului de presiune 7 acţionează capetele pârghiilor de debreiere 7 care, prin rotire în jurul bolţurilor 8,  povoacă îndepărtarea discului (plăcii) de presiune 2 de volantul 3 şi, în final, întreruperea transmiterii momentului de torsiune. Discul condus 1 este un subansamblu compus, la exterior, dintr-un disc suport din oţel placat cu discuri din materiale de fricţiune şi, la interior, din arcurile elicoidale 6, dispuse echiunghiular tangent la un cerc, şi plăcuţele de ficţiune 4 care formează amortizorul torsional ce atenuează oscilaţiile momentului de torsiune care apar datorită şocurilor şi neuniformităţilor induse de sarcinile dinamice externe. Odată cu încetarea acţiunii mufei de comandă 10 se eliberează pârghiile 7 şi arcurile 12 apasă discul (placa) de presiune 2 realizându-se cuplarea (ambreierea).

Avantaje^*

Dezavantaje^*

-         simplitatae constructivă;

-         protecţia asupra suprasarcinilor;

-         necesită precizie de execuţie scăzută şi montaj relativ ieftin;

-         gabarite mai reduse

-         capacitate de transmitere limitată;

-         alunecări (în cazul transmisiterii forţelor prin frecare);

^* raportate la alte tipuri de cuplaje (hidraulice  şi electromagnetice)

Forme

Consecinţe

Apariţie

Cauze

Manifestare

Evitare

Deteriorarea suprafeţelor active de contact

Comportare necorespunzătoare (cu neuniformităţi, vibraţii şi zgomote)

Cu precădere, la cuplajele care transmit sarcina prin frecare

Uzarea sprafeţelor active

Mişcări neuniforme cu vibraţii;

alunecări (patinări) mărite

Limitarea tensiunilor de contact admisibile prin calcul; montarea corespunzătoare.

Ruperea celementelor active

Scoaterea din uz

Cu precădere, la cuplajele care transmit sarcina prin formă

Depăşirea rezistenţei statice sau de oboseală a materialului

Întreruperea transmiterii mişcării

Limitarea tensiunilor maxime statice sau de oboseală la valori admisibile prin calcul; evitarea suprasarcinilor de funcţionare

Fig. CUP-T.7.1 Variaţia momentului de torsiune

          a                                                   b

Fig. CUP-T.7.2 Caracteristicile cuplajelor elastice: a - fără amortizare; b - cu amortizare

Parametrii funcţionali, constructivi şi de calcul principali

Momentul de torsiune transmis de un cuplaj are la bază o funcţie variabilă în timp (fig. CUP. T.7.1) determinată de condiţiile reale de funcţionare care, în general, se pot identifica prin următoarele perioade: a – şocul la pornire determinat de sarcinile inerţiale de demarare (accelerare); b - trecerea prin zona de rezonanţă; c – funcţionare continuă în regim staţionar; d – şocul la oprire determinat de sarcinile inerţiale de decelerare.

Momentul de torsiune (sarcina) nominal, M_tn, reprezintă cel mai mare moment mediu care apare în regim staţionar de funcţionare continuă sau intermitentă.

Momentul de torsiune de calcul (alegere), M_tc, reprezintă momentul de torsiune teoretic pentru calcule de proiectare care ia în considerare şi sarcinile suplimentare celei nominale: inerţiale, şocurile, forţele elastice datorate deformării forţate a elementelor componente ale cuplajului, forţele de frecare interne dintre elementele mobile componente ale cuplajului; aceste sarcini, dificil de evaluat cantitativ, se iau în considere în calcul prin intermediul unui coeficient de siguranţă, K_s, care se determină pe baza datelor experimentale  ţinând cont de tipul maşinii motoare, a cuplajului, de tipul şi regimul de funcţionare al maşinii antrenate. Relaţia de calcul a momentului de torsiune de calcul,

,                                                                 (CUP-T.1)

conţine coeficientul, K_s > 1, dependent de cazurile concrete de funcţionare (v. fer. CUP.P.1).

Momentul de torsiune limită (numai pentru cuplajele de siguranţă), ca  valoare maximă de protejare a sistemului, în general, se poate determina cu relaţia,

M_tlim= K_sî M_tn ,                                                               (CUP-T.2)

în care, K_sî = 1,05…1,25, reprezintă factorul de siguranţă la întrerupere ce se determină în funcţie de cazuri concrete de funcţionare.

Caracteristica elastică (numai pentru cuplajele elastice), dată de variaţia de momentului de torsiune în funcţie de unghiul de rotire, poate fi liniară, cu rigiditate constantă, sau nelinaiară(progresiv sau regresiv, fig. CUP-T.7.2), cu rigiditate variabile.

Rigiditatea torsională (numai pentru cuplajele elastice), ca variaţie a momentului de torsiune în raport cu variaţia unghiului de rotire relativă a semicuplajelor (fig. CUP-T.3),  , poate fi constantă (caracteristica liniară, fig. CUP-T.3,a) şi variabilă (caracteristica neliniară) aceeaşi la încărcare şi descărcare (fig. CUP-T.7.2 ,a) sau diferită (fig. CUP-T.7.2,b) la încărcare şi descărcare.

Capacitatea (gradul de amortizare) se determină cu relaţia,

d = L_a/L_e ,

în care:  L_a reprezintă lucrul mecanic de amortizare (aria dintre cele două curbe din fig. CUP-T.7.2,b) şi L_e - lucrul mecanic de deformare elastică

 a

 b

 d

Fig. CUP-T.8.1.1.1.2 Cuplaj permanent fix cu manşon  asamblat

 Fig. CUP-T.8.1.1.1.1 Cuplaje permanente fixe cu manşon monobloc: a - cu ştifturi cilindrice transversale; b - cu pene paralele;  c - cu caneluri;

Cuplaje permanenete fixe cu fnaşe cu şuruburi montate cu joc

Cuplaje permanenete fixe cu fnaşe cu şuruburi montate fără joc

Fig. CUP-T.1.1.2.1 Cuplaj cu flanşe cu şuruburi montate cu joc

Funcţionare şi construcţie: momentul de torsiune se transmite de la elementul conducător prin asamblare cu pană paralelă la semicuplajul conducător, 1, şi prin frecare la semicuplajul condus, 2, şi, la fel, prin asamblarea prin pană paralelă la elementul condus; asamblările filetate dispuse echiunghiular sunt compuse din şurubul 3, montat cu joc, şi piuliţa, 5, care asigură forţa normală de apăsare,  F_s,  necesară transmiterii sarcinii prin frecare; şaiba Grower 4 cu rolul asigurării asamblării împotriva deşurubării.

Condiţia transmiterii momentului de torsiune prin frecare :

,                                                  (CUP-T.3)

în care M_tc reprezintă momentul de torsiune de calcul (v. rel CUP-T.1), M_f – momentul de frecare, μ – coeficientul de frecare dintre cele două semicuplaje, F_s – forţa de strângere a unei asamblărilor filetate,  z_s – numărul de şuruburi, D₀ – diametrul cercului de dispunere a asamblărilor filetate.

Din relaţia (AEC-C.1) se poate determina forţa care solicită şurubul necesară pentru calculul asamblării,

                                                                        (CUP-T.4)

Fig. CUP-T.1.1.2.2 Cuplaj cu flanşe cu şuruburi montate fără joc

Funcţionare şi construcţie: momentul de torsiune se transmite de la elementul conducător prin asamblare cu pană paralelă la semicuplajul conducător, 1, şi prin formă la tijele şuruburilor 3 de la care, la fel, prin formă la semicuplajul condus 2, şi, în continuare,  prin asamblarea prin pană paralelă la elementul condus; asamblările filetate dispuse echiunghiular sunt compuse din şurubul 3, montat fără joc (păsuit), şi piuliţa, 5, care asigură forţa minimă de nedemontare a asamblăriilor în timpul funcţionării; şaiba Grower 4 cu rolul asigurării asamblării împotriva deşurubării.

Condiţia transmiterii momentului de torsiune prin formă (rezistenţa la strivire):

  ,                  (CUP-T.5)

în care, M_tc este momentul de torsiune de calcul (v. rel CUP-T.1),   - tensiunea maximă de strivire,   - tensiunea admisibilă de strivire a cuplului de materiale (semicuplaje-şurub),  D₀  – diametrul cercului de dispunere a asamblărilor filetate, d₀ – diametrul tijei (de păsuire) şurubului,  l₁₁ – lungimea tronsonului tijei şurubului în contact cu semicuplajul conducător, l₂ – lungimea tronsonului tijei şurubului în contact cu semicuplajul condus,  z_s – numărul de asamblări. Din relaţia (CUP-T.5) se poate determina, diametrul de păsuire al şurubului d₀ sau lungimea de contact minimă,  pentru calculul asamblării.

Condiţia de verificare la forfecare a tijei şurubului:

τ_f  =   =  = ≤ τ_{af ,}   (CUP-T.5')

unde τ_af  reprezintă tensiunea admisibilă la forfecare a materialului şurubului

Obs. Cuplajele cu flanşe cu şuruburi montate fără joc, la aceeaşi sarcină, au gabarite mai reduse decât cele cu şuruburi montate cu joc; pe de altă parte, cuplajele cu flanşe cu şuruburi montate cu joc sunt mai ieftine, avantaj ce conduce la utilizarea acestora frecvent în practică

Funcţionare şi construcţie: momentul de torsiune se transmite prin formă de la arborele de intrare prin asamblare cu pană paralelă la semicuplajul conducător, 1, prin feţele laterale ale cuplei de translaţie,1-3, la discul intermediar 3, apoi prin feţele cuplei de translaţie 3 la semicuplajul 2 şi de la acesta prin asamblare cu pană paralelă la arborele de ieşire; în timpul funcţionării discul intermediar descrie o mişcare planetară, centrul său descriind un cerc cu diametrul egal cu excentricitatea arborilor, e; ştiftul filetat 4 are rolul fixării axiale a semicuplajului.

Condiţia transmiterii momentului de torsiune prin formă (rezistenţa la strivire):

σ_{s max} = 2  = 2  =  ≤ σ_as ,

                (CUP-T.6)

în care, M_tc este momentul de torsiune de calcul (v. rel CUP-T.1),  - tensiunea maximă de strivire în cuplele de translaţie,   - tensiunea admisibilă de strivire a cuplului de materiale (semicuplaje-disc), d – diametrul arborilor de intrare şi de ieşire, D – diametrul exterior, h – înălţimea cuplelor de translaţie.

a

b

Fig. CUP-T.1.2.2.1 Cuplaj transversal (Oldham) cu element intermediar metalic

Funcţionare şi construcţie: momentul de torsiune se transmite prin formă de la arborele de intrare prin asamblare cu pană paralelă la semicuplajul conducător, 1, prin feţele laterale ale cuplei de translaţie,1-3, la blocul prismatic intermediar 3, apoi prin feţele cuplei de translaţie 3 la semicuplajul 2 şi de la acesta prin asamblare cu pană paralelă la arborele de ieşire; în timpul funcţionării discul intermediar descrie o mişcare planetară, centrul său descriind un cerc cu diametrul egal cu excentritatea arborilor, e; şurubul 4 are rolul de dop împotrivea pierderii lubrifiantului introdus în zona de contact.

Condiţia transmiterii momentului de torsiune prin formă (rezistenţa la strivire):

σ_{s max} = 2  = 2  =  ≤ σ_as  

(CUP-T.7)

în care, M_tc este momentul de torsiune de calcul (v. rel CUP-T.1),  - tensiunea maximă de strivire în cuplele de translaţie,   - tensiunea admisibilă de strivire a cuplului de materiale (semicuplaje-bloc prismatic), b – lungimea de contact a cuplelor de translaţie, h – înălţimea cuplelor de translaţie.

a

b

Fig. CUP-T.1.2.2.1 Cuplaj transversal (Oldham) cu element intermediar nemetalic

Obs. Datorită frecărilor mari din cuplele de translaţie se impune folosirea de materiale antifricţiune (de ex. blocul prismatic 3 din fig. CUP-T.7 este din textolit) şi ungerea cu unsori consistenete;  din aceste considerente în unele cataloage se indică ca parametru caracteristic este şi randamentul

Mecanisme unghiulare şi unghiular-axiale folosite pentru cuplaje

Funcţionare.  

Mecanismele cardanice (fig. CUP-T.8.1.2.3.1,a) care transmit şi transformă mişcarea de rotaţie de la un element conducător la unul condus cu axele concurente, conform relaţiei,

,   (CUP-T.9)

în care, ω₂ este viteza unghiulară a elementului de ieşire, ω₁ – viteza unghiulară a elementului de intrare, α – unghiul direcţiei elementului de ieşire, φ₁ – unghiul de rotire a elementului de intrare.

Din diagramele din fig. CUP-T.8.1.2.3.1,b se observă că în cazul mişcării de intrare (ω₁) constantă rezultă mişcarea elementului  condus (ω₂) variabilă periodic cu altitudinea crescătoare cu unghiul dintre axe α. Astfel, mecanismul cardanic poate fi cuplaj numai la unghiuri dintre direcţiile de mişcare reduse  (de ex., α < 5) pentru care heterocinetismul este accesibil (adică, conform definiţiei din subcap. CUP-T.1,  transmite mişcarea de rotaţie, fără a se realiza transformări ale acesteia).

Variante constructive:

Soluţia din fig. CUP-T.8.1.2.3.2. Momentul de torsiune se transmite de la elementul conducător, flanşa 1, prin intermediul asamblării cu şuruburi 6, monatae cu joc, la furca conducătoare 2, apoi la braţele opuse ale crucii cardanice  4 prin rulmenţi cu ace 3, şi de la celelalte barţe, de asemenea, prin rulmenţi cu ace la furca condusă 5; ungerea rulmenţilor cu ace se face cu unsoare consistentă introdusă prin intermediul ugătorului 8 în canalele din corpul crucii cardanice; pierderea unsorii consistente în timpul funcţionării este împiedicată de inelul de etanşare 7; rezemarea axială a rulmenţilor cu ace se prin intermediul rondelelor 10 şi inelelor elastice 9.

Soluţia din fig. CUP-T.1.2.3.3. Momentul de torsiune se transmite de la arborele conducător 1, prin contactul dintre profilele practicate în acesta şi elementele (bilele) intermediare 3, de la acestea la inelul inetrior 5, de asemenea, prin contacte directe, şi în continuare prin asamblarea prin caneluri la arborele cundus 2; bilele intermediare 3 sunt ţinute într-un plan de colivia 4;  inelul interior 5 este fixat axial prin intermediul rondelei 7 şi a ineluui elastic 6; pentru împiedicarea expulzării unsorii consistente din zona activă s-a folosit burduful de protecţie 8.

Soluţia din fig. CUP-T.1.2.3.4. Momentul de torsiune se transmite prin formă de la semicuplajul conducător, furca 1, la bolţul 5, în continuare, la blocul intermediar 3, de la acesta la bolţul 4 şi, apoi la semicuplajul condus, furca 2; fixarea axială a bolţului 5 se face prin inelele elastice 6.

Soluţia din fig. CUP-T.1.2.3.5. Momentul de torsiune se transmite prin formă de la semicuplajul conducător 1 cu trei canale de ghidare axiale, la galeţii 2, în continuare, elementul tripod (cu trei braţe) 3, de la acesta prin canelură la arborele condu 5; fixarea axială a elementului tripod 5 se face prin inelele elastice 5; pentru împiedicarea expulzării unsorii consistente din zona activă s-a folosit burduful de protecţie 5.

a

b

Fig. CUP-T.8.1.2.3.1 Mecanismul unghiular cardanic: a – schema funcţională; b – diagramele de heterocinetism

a

b

Fig. CUP-T.1.2.3.2 Soluţia constructivă a mecanismului cardanic: a – vedere laterală; b – structura explodată

Fig. CUP-T.1.2.3.3 Soluţia constructivă a mecanismului unghiular cu elemente de rulare (Rzeppa)

a

b

Fig. CUP-T.T.1.2.3.4 Soluţia constructivă a mecanismului unghiular cardanic cu bloc central şi bolţuri (Curtis): a – secţiune axială; b – structura explodată

                                   a                                                                                                       b

Fig. CUP-T.1.2.3.5 Soluţia constructivă a mecanismului unghiular-axial tripod: a – secţiunea axială;

b – structura explodată

 Cuplaje unghiulare

 Fig. CUP-T.1.2.3.6 Soluţia constructivă a cuplajului unghiular cardanic cu două mecanisme cardanice legate rigid

 Fig. CUP-T.1.2.3.7 Soluţia constructivă a cuplajului unghiular cardanic cu  două mecanisme cardanice legate cu articulaţie sferică

 Fig. CUP-T.1.2.3.8 Soluţia constructivă a cuplajului unghiular (Tracta) cu un mecanism spaţial compus din trei cuple de rotaţie  înseriate: 1-3, 3-4, 4-2

Cuplaje unghiular-axiale  (transmisii universale)

Scheme structurale şi de montare

Cuplajele unghiular-axiale (transmisii universale) se obţin prin înserierea a două mecanisme cardanice/unghiulare care au axele furcilor de intrare/ieşire paralele/antiparalele iar unghiurile celor două mecanisme egale (fig. CUP-T.1.2.3.9,a,b). Astfel, heterocinetismul primului mecanism este anulat de heterocinetismul celui de-al doilea şi se obţine sincronismul mişcărilor de intrare şi de ieşire dacă se asigură deplasarea relativă dintre mecanisme prin caneluri (fig. CUP-T.1.2.3.10,a) sau în cadrul unui mecanism (fig.  CUP-T.1.2.3.10,b,c,d).

Varaiante constructive

Soluţiile din fig. CUP-T.1.2.3.10 reprezintă patru  cuplaje unghiular-axiale (transmisii universale) obţinute prin înserierea: a două mecanisme monocardanice cu cruce (fig.  CUP-T.1.2.3.10,a) prin intermediul unei asamblări prin canelură; a două mecanisme Rzeppa (unghiular şi unghiular-axial, fig. CUP-T.1.2.3.10,b); un mecanism unghiular Rzeppa cu un mecanism tripod unghiular-axial (fig.  CUP-T.1.2.3.10,c);  un cuplaj cardanic dublu cu articulaţie sferică cu un mecanism tripod axial-unghiular (fig.  CUP-T.1.2.3.10,c)

a

b

Fig. CUP-T.1.2.3.9 Schemele funcţionale ale cuplajelor unghiular-axiale cu mecanisme cardanice şi canelură: a – în Z; b – în W

a

b

c                                                                                                                                        d

Fig. CUP-TT.1.2.3.10 Soluţii constructive de cuplaje unghiular-axiale (transmisii universale): a – cardanice cu posibilitate de deplasare axială prin canelură; b –  Rzeppa, unghiular sferic şi unghiular-axial sferic;  c – Rzeppa, unghiular-axial tripod şi unghiular sferic; d – unghiular-axial tripod  şi cardanic dublu