AAB. ASAMBLĂRI ARBORE-BUTUC

AAB-T. CONSTRUCŢIA ŞI MODELAREA ASAMBLĂRILOR ARBORE-BUTUC

AAB-T.1 ASAMBLĂRI PRIN FORMĂ

AAB-T.1.1 ASAMBLĂRI PRIN PENE PARALELE

 

            CUPRINS

AAB-T.1.1.1 DEFINIRE

AAB-T.1.1.2  STRUCTURA CONSTRUCTIVĂ

AAB-T.1.1.3  DOMENII DE UTILIZARE, AVANTAJE ŞI DEZAVANTAJE

AAB-T.1.1.4  CLASIFICARE

AAB-T.1.1.5  MATERIALE ŞI TEHNOLOGII    

AAB-T.1.1.6  FORME ŞI CAUZE DE SCOATERE DIN UZ SAU DE COMPORTARE NECORESPUNZĂTORE

AAB-T.1.1.7  PARAMETRII FUNCŢIONALI ŞI CONSTRUCTIVI

AAB-T.1.1.8  MODELE DE CALCUL

AAB-T.1.1.9  MONTAJUL ŞI EXPLOATAREA

 

AAB-T.1.1.1 DEFINIRE

 

Asamblarea cu  pană paralelă este asamblarea demontabilă, de tip arbore-butuc, care transmite momentul de torsiune prin formă prin contacte cu arborele şi butucul pe feţele laterale ale unui element intermediar prismatic (fig. AAB-T.1.1.2.1). 

 

AAB-T.1.1.2 STRUCTURA CONSTRUCTIVĂ

 

 

a

b

Fig. AAB-T.1.1.2.1 Structura constructivă a asamblării cu  pene paralele: a –vedere axonometrică explodată a elementelor unei asamblări cu pană paralelă; b – secţiune axială şi transversală

Obs. Momentul de torsiune se transmite prin formă,  conform fluxului: 1 -> 3 -> 2; 1 - arbore, 2 - butuc, 3 - pană paralelă; fixarea axială a butucului 2 se face cu şurubul 5 şi şaiba 4.

 

AAB-T.1.1.3 DOMENII DE UTILIZARE, AVANTAJE ŞI DEZAVANTAJE

 

Domenii principale de utilizare: toate transmisiile care implică fixarea pe arbori a roţilor dinţate, a roţilor de lanţ sau de curea, a semicuplajelor etc.

 

Tab. AAB-T.1.1.3.1 Avantaje şi dezavantaje ale asamblărilor prin pene paralele

Avantaje*

Dezavantaje*

-         montare şi demontare uşoară;

-         standardizare la nivel internaţional;

-         durabilitate ridicată;

-         arborele şi butucul pot fi refolosiţi în cazul deteriorării penei

-         canalul de pană din arbore reprezintă un puternic concentrator de tensiuni  (fig. AAB-T.1.1.8.1);

-         nu preiau forţele axiale

 

* raportate la alte tipuri de asamblări (prin formă, prin forţe de frecare, nedemontabile etc.)

 

AAB-T.1.1.4 CLASIFICARE

 

Tab. AAB-T.1.1.4.1 Clasificarea asamblărilor prin pene paralele [Jula, 1986; Rădulescu, 1981]

Criteriul

Tipul asamblării

Schema

Forma capetelor penei (numai pentru asamblarea cu pană paralelă)

Pană paralelă cu capete rotunde (forma A)

Fig. AAB-T.1.1.4.1,a

Pană paralelă cu capete drepte (forma B)

Fig. AAB-T.1.1.4.1,b

Pană paralelă cu un cap rotund şi celălalt drept (forma C) – utilizabilă numai la capete de arbori

Fig. AAB-T.1.1.4.1,c

Rol funcţional

Asamblări fixe

Fig. AAB-T.1.1.4.1,a,b,c

Asamblări mobile

Fig. AAB-T.1.1.4.1,d,e

 

 

a

b

c

d

e

Fig. AAB-T.1.1.4.1  Forme şi tipuri de pene paralele: a –  A (cu capete rotunjite);  b –  B (ca capete drepte); ); c –  C (un cap rotunjit şi celălalt drept);

d – A,  fixată pe arbore prin asamblări cu şuruburi (pentru asamblări mobile); e –A,  fixată în butuc prin cioc  (pentru asamblări mobile)

 

AAB-T.1.1.5 MATERIALE ŞI TEHNOLOGII

 

Penele se execută, uzual, din oţeluri cu rezistenţa la rupere, sr = 500…600 MPa, oţeluri pentru construcţii mecanice: E295 (OL50), E335 (OL60) conform SR EN 10025-2 (STAS 500/2) sau oţeluri carbon de îmbunătăţire: C35 (OLC35), C45 (OLC45) conform SR EN 10083  (STAS 880).  

 

Tab. AAB-T.1.1.5.1 Procedee de prelucrare a canalelor de pană

Canal de pană cu capete rotunjite (pentru pene  tip A sau C)

Canal de pană cu capete drepte (pentru pene  tip B)

Canal de pană în butuc

Frezare cu freza deget

Frezare cu freza disc

Mortezare (broşare)

Obs.  Pana paralelă se prelucrează prin frezare şi rectificare

 

AAB-T.1.1.6 FORME ŞI CAUZE DE SCOATERE DIN UZ SAU DE COMPORTARE NECORESPUNZĂTORE

 

Tab. AAB-T.1.1.6.1 Forme şi cauze de scoatere din uz sau de comportare necorespunzătoare

Forme

Consecinţe

Apariţie

Cauze

Manifestare

Evitare

Forfecarea penei

Scoatere din uz

La suprasarcini

Arbori şi butuci durificaţi şi pene din materiale moi

Depăşirea rezistenţei admisibile la forfecare

Secţionare longitudinală a penei 

Limitarea prin calcul a tensiunii de forfecare care apare în pană, la valori admisibile

Deteriorarea flancurilor penei şi/sau a canalelor prin strivire (deformare plastică)

Blocarea asamblării şi împiedicarea demontării

La asamblări fixe

La pene, arbori şi roţi din materiale moi puternic încărcate

Depăşirea tensiunilor de strivire admisibile

Deteriorarea flancurilor active ale penei paralele în zonele laterale de contact cu arborele  şi/sau cu butucul 

Limitarea prin calcul a tensiunilor de strivire, la valori admisibile

Expulzarea peliculei de lubrifiant

Deplasare axială îngreunată (numai la asamblările mobile)

La asamblările mobile axial, unse

Depăşirea presiunii admisibile de neexpulzare a peliculei de lubrifiant

Frecare uscată, uzare

Limitarea prin calcul a presiunii de neexpulzare a lubrifiantului, la valori admisibile

 

AAB-T.1.1.7 PARAMETRII FUNCŢIONALI ŞI CONSTRUCTIVI

 

Tab. AAB-T.1.1.7.1 Parametrii constructivi ai penelor paralele [STAS-1005]

 

 

 

Forme constructive standard:

A – cu ambele capete rotunjite,

B – cu ambele capete drepte,

C – cu un capăt rotund şi celălalt drept

Parametrii geometrici:

b [mm] – lăţimea penei,

h [mm] – înălţimea penei,

l  [mm]  – lungimea penei,

R [mm]  – raza capului penei,

f  [mm]  –  înălţimea teşiturii,

r  [mm]  –  raza conturului

 

AAB-T.1.1.8 MODELE DE CALCUL

 

Tab. AAB-T.1.1.8.1 Modelul de calcul de rezistenţă  [Jula, 1986; Rădulescu, 1981; Florea, 2007]

 

 

Fig. AAB-T.1.1.8.1 Modelul de calcul de rezistenţă

Ipoteze de calcul  şi solicitări:

-     presiunile de contact sunt uniform distribuite pe feţele active ale penei;

-     se consideră că pana este introdusă, jumătate din înălţime în canalul executat în arbore, iar cealaltă jumătate, în canalul  executat în butuc;

-      braţul forţei rezultante a presiunilor de contact (cu arborele, respectiv, cu butucul), se aproximează la valoarea d/2 şi pentru calculul,

     ;           (APP-T.8.1.1.8.1)

 

-     pentru calculul la strivire a asamblării şi la forfecare a penei nu se iau în considerare porţiunile rotunjite de cap.

Condiţia de rezistenţă la torsiune a arborelui în zona penei:

  ≤  τat,                                                                                              (APP-T.8.1.1.8.2)

 

 

unde, τat = 15...45 MPa este tensiunea admisibilă convenţională la torsiune (ţine cont şi de existenţa solicitării de încovoiere) şi βk = 2...3, factorul concentratorului de tensiuni (pentru calculul la solicitări variabile, de oboseală); în cazul solicitărilor cvasistatice se consideră, βk = 1...2.

Diametrul arborelui în zona penei, din această condiţie (rel. APP-T.8.1.1.8.2), devine,

d ≥ .                                                                                          (APP-T.8.1.1.8.3)

 

 

Condiţia de rezistenţă la strivire a  asamblării

Presiunea de contact pe suprafeţele de contact ale penei cu arborele sau cu butucul,

 =  =  ≤  σas(pa) ,                                       (APP-T.8.1.1.8.4)

 

unde, Mt [Nmm] este momentul de torsiune care încarcă asamblarea,  d [mm] – diametrul arborelui, h [mm]  – înălţimea penei (se adoptă din Stas 1004, în funcţie de diametrul, d, al arborelui),  lc [mm] – lungimea de calcul a penei; σas [MPa] –  tensiunea admisibilă la strivire (pentru asamblările fixe, fer. APP-M.1); pa [MPa] – presiunea admisibilă, de neexpulzare a peliculei de lubrifiant (pentru asamblările mobile, fer. APP-M.1); din ultima parte a acestei relaţii se obţine relaţiile de dimensionare,

  = , pentru asamblările fixe şi  = , pentru asamblările mobile.

 

Condiţia de rezistenţă la forfecare a penei

 Tensiunea de forfecare a penei,

=   ,                       (APP-T.8.1.1.8.5)

 

unde, b [mm] este lăţimea penei (se adoptă din Stas 1004, în funcţie de diametrul, d, al arborelui) şi  τaf – tensiunea admisibilă la forfecare [MPa] (fer. APP-M.1)

Obs.

-      pentru micşorarea efectului concentratorului de tensiuni (mărirea rezistenţei la oboseală) penele se execută cu muchii teşite şi, în consecinţă, canalele de pană se execută cu racordări (fig. AAB-T.1.1.8.1); 

-     verificarea penelor standard, de obicei, nu se mai face în practica de proiectare, deoarece condiţia de rezistenţă la forfecare a fost folosită pentru determinarea lăţimii b, considerând materialul penei indicat în standard.

Fig. AAB-T.1.1.8.1 Distribuţiile tensiunilor de încovoiere şi torsiune în cazul încărcărilor cariabile

 

AAB-T.1.1.9  MONTAJUL ŞI EXPLOATAREA