Proiectarea Cuplajelor Elastice Si de Siguranta cu Stifturi Elastice Dispuse Radial

Cuprins Licenta:

Studiul actual al cercetarilor in cadrul cuplajelor mecanice.

Fuctiile cuplajelor (rolul lor).

Clasificarea cuplajelor.

Studiul cuplajelor elastic si a cuplajeor de siguranta.

Proiectarea cuplajelor elastice si de siguranta cu stifturi elastice dispuse radial.

Generarea cuplajelor elastice si de siguranta cu stifturi elastice.

Tipuri cuplajelor elastice si de siguranta.

Calculul de proiectare a cuplajului.

Schema de calcul.

Determinarea momentelor de torsiune

Dimensionarea cuplajului

Verificarea cuplajului.

Desen ansamblul al cuplajelor elastice si de siguranta .

Desene de executie .

Prototiparea cuplajului.(macheta).

Determanari experimentale .

Concluzi Finale.

Studiul actual al cercetarilor in cadrul cuplajelor mecanice.

Cuplajele realizează legătura permanentă sau intermitentă între două elemente consecutive ale unei transmisii, în scopul transmiterii mișcării de rotație și a momentului de torsiune, fără a modifica legea de mișcare. Din modul de definire a cuplajelor, rezultă funcția principală a acestora: transmiterea mișcării și a momentului de torsiune. Marea diversitate a domeniilor de folosire a cuplajelor a impus atașarea

In functie de legatura dintre arbori , cuplajele sunt :

– cuplaje permanente , la care legatura intre cei doi arbori se intrerupe numai prin demontarea elementelor de asamblare a cuplajului.

-cuplaje intermitente , la care legatura intre cei doi arbori poate fi stabilita sau intrerupta, atat in repaus cat si in timpul functionarii printr-o comanda exterioara fara a demonta cuplajul.

Aceste cuplaje se numesc ambreiaje.

Rolul cuplajelor

* asigura legatura intre doi arbori care-si pot transmite reciproc miscarea si puterea

*protectie impotriva vibratiilor si socurilor;

* transmitere de miscare, respectiv, de moment de torsiune;

* compensarea erorilor de executie si de montaj: montarea paralela sau concurenta permite deplasari insemnate ale arborilor si mobilitatea acestor in timpul functionarii;

Marea diversitate a domeniilor de folosire a cuplajelor a impus atașarea acesteia și a altor funcții suplimentare: compensarea abaterilor de poziție a elementelor legate prin cuplaj (axiale, radiale, unghiulare sau combinate), datorate erorilor de execuție și/sau montaj; protecția împotriva șocurilor și vibrațiilor; întreruperea legăturii dintre cele două elemente; limitarea sarcinii transmise; limitarea turației; limitarea sensului de transmitere a sarcinii.

Pentru legarea fixă a doi arbori se folosesc cuplajele permanente fixe. Aceste cuplaje transmit șocurile și vibrațiile, montajul realizându-se cu condiția respectării coaxialității arborilor. Pentru cuplarea arborilor care, la montaj și/sau în timpul funcționării, prezintă abateri de la coaxialitate, se folosesc cuplaje permanente mobile rigide – care transmit șocurile și vibrațiile – sau elastice – care, datorită elementului elastic, amortizează șocurile și vibrațile. Pe lângă preluarea, în anumite limite, a abaterilor, cuplajele elastice modifică și frecvența proprie a sistemului, aducând această frecvență în afara turației de regim. În acest fel se micșorează efectul sarcinilor dinamice, energia dată de aceste sarcini fiind înmagazinată, temporar, sub forma unei energii potențiale, în elementul elastic, și redată, la încetarea acțiunii sarcinii dinamice, sistemului din care face parte cuplajul. În cazul în care este necesară cuplarea sau decuplarea , în repaus sau în mișcare, a celor două părți ale lanțului cinematic legate prin cuplaje, se folosesc cuplajele intermitente comandate (ambreiajele). Pentru limitarea sarcinii sau a turației și pentru transmiterea mișcării într-un singur sens, se folosesc cuplajele intermitente automate. În situații funcționale speciale, se folosesc cuplaje cu funcții multiple (combinate), formate prin înserierea, într-o ordine care să permită realizarea subansamblului funcțional, a cuplajelor cu funcții simple.

Clasifcarea cuplajelor

CUPLAJE PERMANENTE FIXE

Cuplajele permanente fixe realizează legătura permanentă rigidă a arborilor coaxiali, la care abaterile maxime de la coaxialitate nu trebuie să depășească 0,002 … 0,05 mm, pentru a nu crea suprasolicitări în arbori și lagăre.

Cuplajele cu flanșe sunt formate din două semicuplaje – montate pe capetele arborilor de asamblat, de regulă, prin pene paralele – solidarizate prin șuruburi, montate cu joc sau fără joc. În cazul montajului cu joc, momentul de torsiune se transmite prin frecarea dintre suprafețele în contact ale flanșelor (fig.1.2,a) sau prin bucșe (fig.1.2, b), care descarcă șuruburile de solicitare. Cuplajele cu flanșe la care șuruburile sunt montate fără joc sunt standardizate în două variante constructive: pentru arbori orizontali (fig.1.2, c) și pentru arbori verticali; acestea transmit momentul de torsiune prin tija șuruburilor. Calculul acestor cuplaje constă în dimensionarea sau verificarea asamblării prin șuruburi – montate cu sau fără joc – sarcina care revine unui șurub determinându-se corespunzător modului de transmitere a momentului de torsiune. În cazul montajului cu joc, plecând de la condiția transmiterii momentului de torsiune prin frecarea dintre flanșe.

CUPLAJE PERMANENTE MOBILE RIGIDE

Aceste cuplaje permit legarea arborilor a căror coaxialitate nu poate fi riguros respectată la montaj, cât și a celor a căror poziție relativă se modifică în timpul funcționării. Față de o poziție de referință a doi arbori (fig.1.3, a), în funcție de abaterile pe care le pot compensa, cuplajele permanente mobile cu elemente intermediare rigide se clasifică în cuplaje pentru compensarea abaterilor: axiale (fig.1.3, b); radiale (transversale, fig.1.3, c); unghiulare (fig.1.3, d); combinate (fig.1.3, e).

Cuplaje pentru compensarea abaterilor axiale

Se folosesc pentru transmiterea momentului de torsiune între arbori coaxiali, a căror poziție relativă axială este variabilă. Un exemplu de astfel de cuplaj este prezentat în fig.1.4 – cuplajul cu știft transversal. Acest tip de cuplaj se execută în mai multe variante, fiind folosit pentru diametre de arbori d ≤ 30 mm, pentru transmiterea momentelor de torsiune mici. Abaterile axiale pe care le pot compensa se datoresc deformațiilor termice. Calculul acestor cuplaje constă în verificarea știftului transversal la forfecare și strivire.

Cuplaje pentru compensarea abaterilor radiale

Aceste cuplaje leagă arbori cu axele paralele, varianta cea mai răspândită, datorită simplității constructive și structurale, constituind-o cuplajul Oldham. Diversele variante ale cuplajului Oldham se diferențiază după forma cuplelor dintre elementul intermediar și semicuplaje. La cuplajul prezentat în fig.1.5, cele două semicuplaje sunt prevăzute, pe fețele laterale, cu câte un canal diametral, de secțiune dreptunghiulară, în care pătrund nervurile decalate la 90o ale discului intermediar. Cuplajul permite compensarea abaterilor radiale și a unor mici abateri axiale. Valorile maxime ale abaterilor radiale se limitează la 0,04D, D fiind diametrul exterior al cuplajului; funcționarea cu excentricități mai mari, datorită alunecărilor mari, produce uzuri importante ale suprafețelor în contact. În timpul funcționării, discul intermediar execută o mișcare planetară, centrul său deplasându-se pe un cerc cu diametrul egal cu excentricitatea e a arborilor (e = ∆R).

Cuplaje pentru compensarea abaterilor unghiulare

Aceste cuplaje realizează legătura dintre doi arbori concurenți, a căror poziție – în timpul funcționării – poate fi variabilă. Sub diverse forme constructive, aceste cuplaje se folosesc în transmisiile autovehiculelor, la transmisiile mașinilor unelte, a mașinilor agricole, a mașinilor de ridicat și transportat etc. Cuplajul cardanic din fig.1.6 se compune dintr-un element conducător 1, un element condus 2 – care au, în general, forma unor furci – și un element intermediar 3, de forma unei cruci.

Cuplaje pentru compensarea abaterilor combinate

Aceste cuplaje pot compensa abateri axiale, radiale (transversale) sau unghiulare ale arborilor cuplați sau combinații ale acestor abateri. Din această categorie fac parte cuplajele dințate, care pot compensa, concomitent, toate tipurile de abateri. Se folosesc pe scară largă în construcția de mașini grele (laminoare, utilaje siderurgice, utilaje miniere, pompe, compresoare etc.), datorită capacității de a transmite momente de torsiune mari, la dimensiuni de gabarit reduse, și a funcționării sigure, la viteze mari de rotație. Cuplajul prezentat în fig.1.7 este format din doi butuci 1, cu dantură exterioară, montați pe capetele celor doi arbori, și din două manșoane 2, cu dantură interioară, solidarizate prin șuruburile 3, centrarea man- șoanelor realizându-se cu ajutorul inelului 4. Deoarece cuplajul funcționează cu ungere, pentru micșorarea uzurii, sunt prevăzute etanșări cu inele O. Momentul de torsiune se transmite de la butuc la manșon (sau invers) prin intermediul danturii (prin contact direct fără frecare), forma acesteia influențând atât capacitatea de transmitere cât și pe cea de compensare a abaterilor. Un calcul exact al danturii acestor cuplaje nu se poate face, datorită imposibilității luării în considerare, cu precizie și în totalitate, a condițiilor reale de funcționare, fenomenele care intervin fiind multiple și complexe. Printre altele, capacitatea portantă a danturii este influențată sensibil de înclinarea arborilor și de precizia de execuție. Cuplajele dințate se execută într-o mare varietate de forme constructive, putând fi adaptate tuturor cerințelor impuse transmisiei din care fac parte.

CUPLAJE PERMANENTE MOBILE ELASTICE

Aceste cuplaje, denumite în mod curent cuplaje elastice, se caracterizează prin existența unui element elastic (metalic sau nemetalic) între semicuplaje, care participă la transmiterea momentului de torsiune și determină proprietățile cuplajului: amortizarea șocurilor și vibrațiilor torsionale, prin acumularea temporară a lucrului mecanic și redarea acestuia sistemului pe care îl echipează, printr-o revenire treptată a elementului elastic la forma și poziția sa inițială; limitarea vibrațiilor de rezonanță, prin schimbarea frecvenței proprii a sistemului mecanic; compensarea elastică a abaterilor de poziție a arborilor, datorate impreciziilor de execuție și montaj. Cuplajele elastice sunt caracterizate prin rigiditate și prin capacitatea de amortizare.

Cuplaje elastice cu elemente intermediare nemetalice

Elementul intermediar elastic se execută, în cele mai multe cazuri, din cauciuc (mai rar se utilizează pielea, țesăturile cauciucate sau masele plastice), datorită avantajelor pe care acesta le prezintă, în comparație cu elementele intermediare metalice: elasticitate mare; capacitate mare de amortizare; simplitate constructivă; cost redus. Față de cuplajele elastice cu elemente intermediare metalice, au durabilitate și capacitate de încărcare mai reduse, fapt pentru care se recomandă la transmiterea de momente de torsiune mici – medii. Aceste cuplaje asigură și izolarea electrică a arborilor cuplați. Cuplaje elastice cu bolțuri. Se execută într-o mare varietate de soluții constructive, care se deosebesc, în principal, prin forma elementului elastic. Două dintre aceste variante sunt standardizate: varianta N – normală (fig.5.9, a) și varianta B – cu bucșe distanțiere (fig.5.9, b).

Cuplajele elastice cu bolțuri se compun din două semicuplaje – identice dacă bolțurile sunt montate alternativ (v. fig.5.9) sau diferite dacă bolțurile sunt montate doar pe un semicuplaj – legate elastic prin intermediul bolțurilor, pe care sunt montate manșoane (sau inele din cauciuc), de diferite forme. La toate variantele, trebuie să se asigure posibilitatea de deformare a elementului elastic. Aceste cuplaje permit compensarea abaterilor radiale, în limitele ∆R=0,3 … 0,6 mm, unghiulare ∆α≤1 o și a unor abateri axiale, în limitele menținerii contactului dintre elementul elastic și alezajul în care acesta este montat, pe o lungime suficient de mare. Cuplajele se aleg din standarde sau din cataloagele firmelor producătoare – în funcție de momentul de torsiune de calcul Mtc – calculul acestora reducându-se la verificarea elementelor componente.

Cuplaje elastice cu elemente intermediare metalice

Elementul intermediar elastic se execută din oțel de arc, în diverse forme constructive, ca: arcuri bară, arcuri în foi (lamelare), arcuri elicoidale, arcuri manșon. Aceste cuplaje se folosesc pentru transmiterea de momente de torsiune mari, la dimensiuni de gabarit reduse, de regulă în medii și condiții de funcționare incompatibile cu elementele nemetalice (de cauciuc). Comparativ cu cuplajele elastice cu elemente intermediare nemetalice, au o durabilitate mai mare, în schimb gradul de amortizare al elementului elastic este mai redus. Se recomandă să se utilizeze în transmisiile de puteri mari ale utilajelor tehnologice (laminoare etc).

Cuplajul cu arc șerpuit (de tip Bibby).

Este format din două semicuplaje identice 1 și 2, cu dantură exterioară, de profil special, montate pe capetele celor doi arbori (fig.5.11). În golurile dintre dinții celor două semicuplaje, plasate față în față, este montat arcul șerpuit 3, de forma unei benzi cu secțiune dreptunghiulară. Carcasele 4 și 5 au rol de protecție a părții active a cuplajului, în interiorul acestora introducându-se unsoare consistentă, pentru reducerea uzurii dinților și a elementului elastic și a micșorării zgomotului. Etanșarea carcasei se face fără contact (cu fantă, fig.5.11, a) sau cu contact (cu element din cauciuc, fig.5.11, b).

Cuplaje elastice de tip Periflex.

Aceste tipuri de cuplaje se execută într-o mare varietate de forme constructive, care se deosebesc, în principal, prin forma elementului elastic, care impune și forma semicuplajelor. Cuplajul Periflex se compune din bandajul de cauciuc 3 – cu inserții textile – montat pe semicuplajele 1 și 2, prin intermediul discurilor 4, strânse cu șuruburile 5 (fig.5.10); bandajul poate fi continuu sau format din mai multe segmente. Aceste cuplaje asigură o bună amortizare a șocurilor și vibrațiilor, având o mare capacitate de acumulare a energiei de șoc, datorită volumului mare al elementului elastic. De asemenea, aceste cuplaje pot compensa abateri axiale ∆l=3 … 6 mm, radiale ∆R=2 … 6 mm, și unghiulare ∆α=2 … 6o .

CUPLAJE INTERMITENTE

Cuplajele intermitente realizează o legătură nepermanentă între două elemente succesive ale lanțurilor cinematice în care sunt înglobate. Aceste cuplaje trebuie să îndeplinească unele cerințe funcționale și constructive, printre care: capacitate de transmitere a momentului de torsiune; realizarea cuplării/decuplării sigure, la comanda exterioară sau la atingerea valorii corespunzătoare a parametrului decizional; dimensiuni, greutate și moment de inerție minime; durabilitate corespunzătoare; construcție simplă, întreținere ușoară, cost redus etc. Cuplajele intermitente comandate se folosesc mult în sistemele de acționare care necesită cuplări și decuplări repetate, modificarea regimurilor de funcționare, schimbarea sensului de mișcare, iar cele automate – pentru limitarea sarcinilor (cuplaje de siguranță), turațiilor (cuplaje centrifugale) sau a sensului de rotație (cuplaje unisens).

Cuplaje intermitente comandate (ambreiaje)

Cuplajele cu fricțiune intermitente pot fi clasificate după:

forma suprafețelor de frecare: plane, conice;

natura frecării: uscată sau cu ungere;

numărul suprafețelor de frecare: o suprafață sau mai multe.

De regulă, una din suprafețele de frecare se realizează din fontă sau oțel, cealaltă putând fi din același material sau o garnitură specială, care, de regulă, se realizează din materiale sinterizate sau din materiale metalo-ceramice.

În fig.5.12 se prezintă un cuplaj cu fricțiune cu suprafețe plane (multidisc), cu comandă mecanică. Pachetul de discuri conducătoare 1 și conduse 2, montate alternativ, având caneluri interioare, respectiv exterioare, este apăsat axial, între discul de presiune 3 și discul de reazem 4, de către pârghiile de comandă 5 (în număr de minim trei, dispuse echidistant), care pot oscila în jurul bolțurilor 6; apăsarea pârghiilor se realizează prin deplasarea axială a mufei 7. Pentru ca la decuplare discurile să se desprindă (momentul rezidual să fie cât mai redus), se utilizează arcurile de decuplare 8. Discul de reazem 4, filetat la interior, permite reglarea jocului în pachetul de discuri, astfel încât să poată fi compensată uzura ce apare în exploatare.

Un exemplu foarte răspândit de cuplaj monodisc comandat mecanic este ambreiajul principal al automobilului (fig.5.13). Discul de fricțiune 1, care constituie discul condus, este strâns între placa de presiune 2 și volantul motorului 3, de către arcul diafragmă 4, articulat la carcasa ambreiajului 5; discul de fricțiune 1, prevăzut cu un amortizor pentru oscilații torsionale 6, este legat – prin caneluri – de arborele primar al cutiei de viteze.

Ambreiajul principal este un cuplaj normal cuplat, decuplarea lui realizându-se prin apăsarea și deformarea arcului diafragmă 4, de către rulmentul de presiune 7, cu ajutorul unor pârghii de comandă, acționate de la pedala corespunzătoare.

Dimensionarea cuplajelor cu fricțiune constă în stabilirea dimensiunilor principale, a numărului de discuri – conducătoare și conduse – și a forței de cuplare necesare, din condiția transmiterii fără patinare a momentului de torsiune de calcul Mtc. Pentru un cuplaj existent sau adoptat, se determină momentul capabil, fiind necesar ca valoarea acestuia să fie cel puțin egală cu cea a momentului de torsiune de calcul.

Asupra performanțelor cuplajelor cu fricțiune influențează mult atât calitatea materialelor utilizate pentru materializarea suprafețelor de frecare, prin care se transmite momentul de torsiune, cât și geometria acestor suprafețe. Materialele folosite pentru realizarea suprafețelor de frecare trebuie să răspundă unor cerințe speciale:

♦ coeficient de frecare cât mai mare – valoarea coeficientului de frecare depinde de cuplul de materiale în contact, micro și macrogeometria suprafețelor, starea de mișcare relativă a suprafețelor în contact și, eventual, calitățile uleiului dintre suprafețele care funcționează cu ungere;

♦ caracteristici stabile, în domenii largi de variație a condițiilor de lucru – coeficientul de frecare variază în funcție de unii parametrii funcționali (viteza relativă, temperatura și presiunea pe suprafețele de contact); se recomandă, pentru o bună funcționare, utilizarea de materiale cu variații minime ale coeficientului de frecare;

♦ durabilitate ridicată – uzare redusă, la un număr mare de cicluri de funcționare și menținerea caracteristicilor funcționale inițiale; Cuplaje 83

♦ adaptare pe suprafața suport și compatibilitate reciprocă – asamblarea garnitură de fricțiune-piesă suport trebuie să reziste atât la solicitările mecanice cât și la cele termice, iar materialele aflate în contact nu trebuie să prezinte agresivitate chimică reciprocă sau cu mediul ambiant;

♦ conductibilitate termică ridicată – în special pentru cuplajele care funcționează în regim de cuplări frecvente sau de patinare continuă;

♦ greutate cât mai redusă și cost scăzut.

Cuplaje elastice cu elemente intermediare metalice

Cuplaje elastice de tip Periflex

CUPLAJE INTERMITENTE

. Cuplaje intermitente comandate (ambreiaje)

Cuplaje limitatoare de sarcină (de siguranță)

Cuplaje de siguranță cu știfturi de forfecare.

Cuplaje de siguranță cu fricțiune.

Cuplaje limitatoare de turație (centrifugale)

Cuplaje limitatoare de sens

CUPLAJE COMBINATE

Exemple de cuplaje elastic cu elemente metalice si enmetalice

Cuplaje de siguranta exemple

Cuplaje combinate

Exemple de utilzare c e cs