1

Cap. 8 Asamblări demontabile

8.1 Asamblări prin pene

8.1.1 Generalităţi

Penele sunt organe de asamblare demontabile, de formă prismatică care se folosesc

în scopul asamblării pieselor de tip arbore - butuc, tijă – manşon şi lareglarea jocului şi a

poziţiei relative la piesele de tip placă – ghidaj.

Clasificarea penelor se face după următoarele criterii :

a) după poziţia de montare a penei faţă de axa pieselor :

(A) pene longitudinale

(B) pene transversale

b) după scopul în care se utilizează:

- pene de fixare

- pene de reglare

(A) Pene longitudinale

Asamblările cu pene longitudinale sunt organe de asamblare demontabile destinate

să impiedice rotirea relativă a pieselor asamblate şi se folosesc pentru transmiterea

momentelor de torsiune . Penele longitudinale realizează montarea pe arbori a roţilor

dinţate , roţilor de curea şi roţilor de lanţ, a cuplajelor , volanţilor, asigurând transmiterea

energiei mecanice de la arbore la piese şi invers. Ele se montează paralel cu axa piselor

asamblate . După modul de realizare a asamblării şi transmiterii momentului de torsiune

asamblările cu pene longitudinale sunt:

a) cu strângere

b) fără strângere

a) Asamblările cu pene longitudinale cu strângere

Penele longitudinale cu strângre au faţa superioară înclinată 1:100, feţele active ale

penei fiind cea superioară si interioară, iar între feţele laterale ale penei şi canalul de pană

există jocuri (deci nu există contact pe aceste feţe). Ca urmare a montării prin batere se

obţine o asamblare capabilă să preia pe lângă momente de torsiune şi forţe axiale .

Diametral opus canalului de pană, pe suprafaţa de contact dintre arbore şi butuc se

produc presiuni de contact radiale, datorate deformării butucului şi arborelui, produsă de

baterea penei.

2

Fig. 8.1

Transmiterea momentului de torsiune se face prin frecare . Aceste asamblări se

utilizează pentru piese ce au turaţii mici şi mijlocii, deoarece prin baterea penei se produce

o ovalizare a butucului.

Principalele pene longitudinale cu strângere sunt:

(1) Pene înclinate ( STAS 1007 – 81 )

Se folosesc pentru d = 6...500 mm

Acestea pot avea un umăr de batere sau pot fi fără umăr de batere şi sunt executate

în trei variante constructive: A, B, şi C.

Fig. 8.2

3

(2) Pene înclinate concave (STAS 433 – 81)

Pot fi cu umăr sau fără umăr

în cele trei variante constructive:

A, B, C.

Fig. 8.3

(3) Pene tangenţiale ( STAS 1010 – 81)

Acestea se montează pereche în canale care

au două feţe (laturi) executate în arbore şi două

în butuc.

Latura mai mare are direcţie tangenţială,

iar cea mică are direcţie radială.

Se folosesc la arbori cu d = 60...630 mm.

Penele se montează astfel încât feţele

înclinate să fie în contact, montajul realizându-se

prin batere una către cealaltă.

Fig. 8.4

Transmiterea momentului de torsiune se face de la arbore la butuc în sensul arătat

în fig. 8.4. Pentru a putea transmite momentul de torsiune în ambele sensuri se mai

montează o pereche de pene tangenţiale.

b) Asamblări cu pene longitudinale fără strângere

Aceste asamblări transmit momente de torsiune prin contactul dintre canalul de

pană din arbore respectiv butuc şi feţele laterale ale penei. Jocul radial este prevăzut

între faţa superioară a penei şi fundul canalului din butuc.

Fig. 8.5

4

Principalele forme constructive sunt:

(1) Pene paralele (STAS 1004 – 81)

Schiţa asamblării este prezentată în fig. 8.5. Penele paralele sunt standardizate şi

se execută în cele trei variante constructive: A, B şi C.

Fig. 8.6

(2) Pene disc (STAS 1012 – 81)

Se folosesc pentru arbori cu d = 14...40 mm

Fig. 8.7

Penele longitudinale se execută din oţeluri cu :

= = 680 N/

Ele au muchiile teşite, iar canalele de pană au pereţii racordaţi cu fundul canalului.

Canalul de pană din butuc se execută prin mortezare, iar canalul de pană din arbore prin

frezare cu freză disc sau deget.

5

(B) Pene transversale

Fig. 8.8

Penele transversale se caracterizează prin faptul că se montează perpendicular pe

axa pieselor asamblate. Aceste asamblări prezintă dezavantajul că produc slăbiri mari şi

un efect puternic de concentrare a tensiunilor în secţiunea pieselor asamblate.

Clasificarea se face după următoarele criterii :

a) după scopul în care se folosesc :

- pene transversale de fixare

- pene transversale de reglaj

b) după forma constructivă:

- cu două feţe înclinate

- cu o singură faţă înclinată

Pentru înclinări se admit următoarele valori:

= ... pentru montări – demontări frecvente

= ... ( ) pentru montări – demontări rare

Penele transversale se execută din oţeluri cu rezistenţă ridicată de ex. OL50,

OL60, OL70 sau OLC45.

Semifabricatul penei se obţine prin forjare sau matriţare prelucrându-se apoi prin

frezare sau rabotare.

6

8.1.2 Elemente de calcul

1. Pene cu strângere. Pana longitudinală înclinată

a) Calculul forţei de batere

Se consideră o pană longitudinală înclinată cu strângere. La baterea penei cu forţa

F, datorită deformaţiilor arborelui şi butucului, pe feţele în contact ale penei acţionează

următorul sistem de forţe:

Fig. 8.9

Se face ecuaţia de proiecţie pe oy:

Q + · sin - · cos = 0

Ecuaţia de proiecţie pe ox:

F - Q - · cos - sin = 0

F = Q + (sin + cos )

F = Q + Q

Dar : = tg ; = unghi de frecare

F= Q

7

Forţa de batere este limitată de dimensiunile penei şi de rezistenţa admisibilă la

presiunea de contact (la strivire) a materialului penei.

b) Determinarea momentului capabil al asamblării.

Distribuţia presiunii de contact

Prin baterea penei, pe suprafeţele în contact iau naştere presiuni de contact, care

dacă nu transmit moment de torsiune, au o distribuşie uniformă. Forţa Q care se dezvoltă

la baterea penei are caracterul unei forţe de prestrângere, care produce deformare elastică a

penei, butucului şi a arborelui. În stare de serviciu, sub acţiunea momentului motor şi

rezistent există tendinţa de rotire relativă a butucului faţă de arbore sau invers. La

începutul funcţionării, asamblarea funcţionează fără contact pe feţele laterale , după un

anumit timp de funcţionare, mai ales la momente de răsucire mari şi variabile se stabileşte

şi contactul pe feţele laterale ale butucului.

Obs. În stare de serviciu (asamblarea transmite moment de torsiune) presiunea de

contact este repartizată neuniform, iar capacitatea de transmitere este diferită.

Fig. 8.10

c) Calculul momentului de torsiune capabil pentru pana înclinată

Cazul 1 Se consideră că transmiterea momentului de torsiune se face

numai pe baza contactului frontal dintre pană – butuc şi arbore – butuc.

Momentul de torsiune se determină cu relaţia:

8

unde: p = lăţimea penei

l = lungimea

= presiunea admisibilă

d = diametrul arborelui

= coeficient frecare = 0,115...0,118

Cazul 2 Se consideră că momentul de torsiune se transmite prin contactele

ghidate dintre faţa laterală a penei şi a canalului proiectat în butuc.

Momentul de torsiune se determină cu relaţia:

t = adâncimea canalului de pană din butuc.

Pentru a afla capacitatea portantă totală a asamblării cu pană longitudinală înclinată

se însumează cele două componente.

+

2. Pene fără strângere . Pana paralelă

Transmiterea momentului de torsiune se face prin contactul dintre canalul de

pană din arbore respectiv butuc şi feţele laterale ale penei.

Momentul de torsiune din condiţia

de rezistenţă la presiune de contact,

se calculează cu relaţia:

= · l · p ·

=

Presiunea admisibilă = 80...120 N/

Fig. 8.11

9

Tensiunea de forfecare:

= = (0,2...0,3)

Calculul practic:

- se calculează diametrul arborelui d .

- din STAS 1004 – 81 corespunzător diametrului d se aleg dimeniunile

penei : b; h; ;

- se calculează lungimea din relaţia de verificare la presiune de contact.

=

- din STAS se alege o valoare standardizată superioară a lungimii

- se face verificarea la forfecare :

=

3) Pene transversale

a) Sistemul de forţe în pana transversală

F, = forţa de presare (batere) respectiv scoatere a penei

P = forţa exterioară

, = forţele normale pe feţele portante ale penei

, = forţele de frecare pe feţele portante ale penei

, = unghiurile de frecare

, = unghiurile de înclinare ale feţelor

10

⇒

Se scrie ecuaţia de echilibru :

F - - = 0 ⇒ F = +

F = +

Fig. 8.12

La desfacere forţa de frecare îşi schimbă sensul:

Dacă = şi = =

P =

b) Condiţia de autofixare a penei

Condiţia ca pana să nu se desfacă singură sub sarcină este:

0

0

+ + dar + = şi = =

condiţia de autofixare a penei

11

Obs. Condiţia de autofixare a penei este îndeplinită pentru unghiuri la vârf a penei

mai mici decât dublu unghiului de frecare.

condiţia de autodesfacere a penei.

8.2. Asamblări prin caneluri

8.2.1. Caracterizare. Clasificare. Utilizare. Indicaţii tehnologice

Canelurile asigură montarea unor piese de tip arbore pe piese de tip butuc şi asigură

transmiterea momentelor de torsiune.

Periferia pieselor canelate este formată din proeminenţe „plinuri” şi „goluri”

repartizate uniform.

Pentru ca asamblarea a două piese canelate să fie posibilă, este necesar ca profilele

lor transversale să fie conjugate.

Asamblarea prin caneluri faţă de asamblarea prin pene prezintă următoarele

avantaje:

- centrare precisă ;

- presiuni de contact mai reduse;

- slăbirea secţiunii şi efect de concentrare a tensiunilor mai reduse;

- posibilitatea de transmitere a momentului în ambele sensuri;

Tehnologia de fabricaţie a asamblărilor cu caneluri este însă mai pretenţioasă decât

a asamblărilor cu pene.

Clasificare

Asamblările prin caneluri se clasifică după următoarele criterii:

1) după forma secţiunii transversale a profilului :

a) caneluri dreptunghiulare

b) caneluri triunghiulare

c) caneluri trapezoidale

d) caneluri rotunde

e) caneluri evolventice

f) caneluri dreptunghiulare

g) caneluri triunghiulare

h) caneluri trapezoidale

i) caneluri rotunde

j) caneluri evolventice

12

Fig. 8.13

2) după modul de centrare

- cu centrare interioară

- cu centrare exterioară

- cu centrare laterală

Fig. 8.14

3) după scopul în care sunt folosite:

- asamblări fixe

- asamblări mobile

Tehnologie de execuţie

arbori canelaţi

13

butuci canelaţi

Utilizare

- canelurile triunghiulare = 50°, 60°, 72°, 90°

Se utilizează la asamblări fixe ce transmit momente de torsiune mari aplicate cu şoc.

- Canelurile evolventice

Canelurile evolventice au flancul asemănător cu al roţilor dinţate şi prezintă capacitate

mare de transmitere a momentelor de torsiune.

- Canelurile dreptunghiulare se fabrică în trei serii:

-serie uşoară: transmit momente de torsiune mai mici decât momentul

capabil al aborelui.

-serie mijlocie; transmit momente de torsiune egale cu momentul capabil al

aborelui

-serie grea: caneluri ce permit cuplarea în sarcină

Centrarea laterală asigură o repartizare uniformă a forţelor dar nu asigură coaxialitatea

pieselor asamblate.

Centrarea pe diametrul interior este cea mai precisă, iar centrarea pe diametrul exterior se

foloseşte când butucul nu este tratat termic.

Simbolizare

Z x d x D ex. 10 x 46 x 56

g = înălţimea teşiturii

h1= înălţimea efectivă de contact

= - 2g

Fig. 8.15

14

8.2.2 Calculul de rezistenţă al canelurilor

Asamblările prin caneluri transmit momentul de torsiune prin presiunea de contact

pe flacurile portante. Dimensionarea lor se face la presiune de contact, iar verificarea se

face la încovoiere şi forfecare.

Schema de calcul se prezintă în fig. 8.16

Suprafaţa portantă totală a canelurii

necesară pentru transmiterea momentului

de torsiune este:

,

Fig. 8.16

unde: - presiunea admisibilă la solicitarea de contact

= 40...150 N/ pentru asamblări fixe

= 3...50 N/ pentru asamblări mobile

- raza medie:

Suprafaţa portantă reală a canelurii pe un „mm” de lungime este:

/ mm

unde : k – coeficient de corecţie ce ţine cont de neuniformitatea încărcării

canelurilor la transmiterea momentului de torsiune şi are valoarea :

k = 0,7...0,8

= - 2g

15

Lungimea asamblării (din condiţia de rezistenţă la presiune de contact):

, mm

Momentul de torsiune capabil transmis de asamblare:

Verificarea la forfecare : Tensiunea de forfecare:

forţa ce solicită o canelură

Solicitarea la încovoiere a canelurii este mică şi poate fi neglijată.

Calculul practic al canelurii

1. Se calculează diametrul arborelui în funcţie de solicitări : d = ...

2. Se alege canelura din STAS cu diametrul d superior celui calculat.

Z x d x D

3. Se calculează lungimea asamblării din condiţia de rezistenţă la presiune de

contact.

4. Se verifică canelura la forfecare.