CURS 11 RMOM

CAP 13 CUPLAJE 13.1 Clasificare

Cuplajele sunt organe de maşini care au rolul de a asigura legătura şi transmiterea energiei mecanice între tronsoanele aceluiaşi arbore sau, între arbori diferiţi succesivi.

Clasificare:

- mecanice: - permanente: - fixe- mobile: - rigide

- elastice

- intermitente: - comandate:

- autocomandate:

- hidraulice

- electromagnetice

Elementele componente ale cuplajelor sunt solicitate de un moment de torsiune, de un moment de inerţie, de sarcini de şoc şi vibratorii, de sarcini datorate deformării forţate ale acestora.

13.2 Cuplaje mecanice 13.2.1 Cuplaje permanente

Conform clasificării prezentate anterior acestea se împart în două categorii şi anume: fixe şi mobile.

13.2.1.1 Cuplaje permanente fixe

Cuplajele permanente fixe realizează o legătură rigidă între doi arbori, care trebuie să fie perfect coaxiali. Se utilizează de obicei în cazul arborilor cu lungime mare. Pot transmite şi forţe axiale mici.

13.2.1.1.1 Cuplaj cu manşon cilindric dintr-o bucată

Sunt constituite dintr-o bucşă montată pe capetele celor doi arbori, ce urmează a fi puşi în legătură, care transmite mişcarea de rotaţie sau oscilaţie prin intermediul ştifturilor, a penelor (fig. 11.1) sau canelurilor.

13.2.1.1.2 Cuplaje cu flanşe

Flanşele pot fi elemente separate care se montează la capetele arborilor, sau pot fi executate dintr-o bucată cu arborii respectivi (fig. 11.2).

1

Curs 11 RMOM

Montarea flanşelor pe arbori se poate face cu ajutorul penelor longitudinale, prin presare la rece, prin fretaj sau chiar prin sudare.

Momentul de torsiune la aceste tipuri de cuplaje se transmite prin intermediul şuruburilor de asamblare.

Fig. 11.1 Cuplaj cu manşon cilindric, cu pene1- arbore; 2- manşon; 3- pană

Fig. 11.2 Flanşe executate dintr-o bucată cu arborii

1- arbore; 2- flanşe; 3- şurub; 4- piuliţă

13.2.1.2 Cuplaje permanente mobile cu elemente intermediare rigide

Sunt utilizate pentru transmiterea mişcării de rotaţie între arbori, la care coaxialitatea nu poate fi respectată la montaj sau nu poate fi menţinută în timpul funcţionării, datorită modificării poziţiei relative a acestora.

13.2.1.2.1 Cuplaje axiale

Sunt utilizate pentru transmiterea momentelor de torsiune între arbori coaxiali a căror poziţie pe direcţie axială înregistrează variaţii între anumite exemple ( de exemplu pentru compensarea deformaţiilor termice).

În această categorie se încadrează cuplajele de tip:

cu gheare (fig. 11.3); cu o singură gheară

Fig. 11.3 Cuplaj axial cu gheare;1- arbore; 2; 3- gheare

Fig. 11.4 Cuplaj unghiular1- arbore de intrare; 2- furcă; 3- cruce cardanică;

4- furcă; 5- arbore de ieşire

13.2.1.2.2 Cuplaje radiale

2

Curs 11 RMOM

Transmit momentul de torsiune între arbori succesivi a căror axe de simetrie sunt paralele şi au o excentricitate variabilă.

Dintre aceste tipuri de cuplaje cele mai cunoscute sunt cele Oldham. Acestea se diferenţiază constructiv după forma elementului intermediar (un element prismatic, cu caneluri, cu craboţi, cu bolţuri)

13.2.1.2.3 Cuplaje unghiulare

Sunt cunoscute sub denumirea de cuplaje cardanice sau articulaţii Hooke, şi sunt folosite pentru transmiterea momentului de torsiune între doi arbori concurenţi.

Constructiv un astfel de cuplaj este alcătuit (fig. 11.4) din: arbore de intrare, arbore de ieşire, furci, cruce cardanică.

Cuplajul cardanic este un mecanism asincron care prezintă dezavantajul variaţiei unghiulare a arborelui condus, chiar în condiţiile menţinerii constante a vitezei unghiulare a arborelui conducător, ceea ce face ca utilizarea sa să fie limitată.

Acest dezavantaj poate fi înlăturat prin utilizarea unui arbore intermediar şi a două cuplaje cardanice, în condiţiile în care arborele conducător şi cel condus formează acelaşi unghi cu arborele intermediar, iar furcile arborelui intermediar sunt cuprinse în acelaşi plan.

Arborele intermediar în unele cazuri poate fi telescopic.

13.2.1.2.4 Cuplaje pentru preluarea abaterilor combinate

Din această categorie fac parte cuplajele dinţate. Acestea permit preluarea abaterilor axiale, radiale şi unghiulare ale arborilor cuplaţi şi pot transmite momente mari de torsiune la dimensiuni reduse de gabarit, oferind de asemenea o funcţionare sigură la viteze mari de rotaţie.

Dantura cuplajelor dinţate se execută cu profil în evolventă.

13.2.1.3 Cuplaje permanente mobile cu elemente intermediare elastice

Sunt cunoscute în general sub denumirea de cuplaje elastice.Permit compensarea abaterilor de la poziţia reciprocă şi rotirea relativă, dar

rolul principal constă în atenuarea şocurilor torsionale şi amortizarea vibraţiilor torsionale.

Elementul elastic folosit pentru construcţia acestor cuplaje poate fi metalic sau nemetalic.

Elementele elastice nemetalice sunt confecţionate în general din cauciuc, şi prezintă o serie de avantaje, cum ar fi: simplitate constructivă, elasticitate mare, capacitate mare de amortizare, ieftine.

Dintre cele mai cunoscute tipuri de cuplaje de acest fel se numără cele din categoria cuplajelor elastice cu bolţuri (fig. 11.5).

3

Curs 11 RMOM

Fig. 11.5 Cuplaj elastic cu bolţuri1; 2 – arbore; 3;4 – flanşă; 5 – bucşă din

cauciuc; 6 - bolţ

13.2.2 Cuplaje intermitente

Cuplajele intermitente denumite şi ambreiaje sunt utilizate la sistemele de acţionare care necesită cuplări şi decuplări frecvente, limitarea vitezei, puterii sau a momentului de torsiune, sau schimbarea sensului de rotaţie.

Cuplajele intermitente se pot grupa în două categorii şi anume: comandate şi autocomandate.

13.2.2.1 Cuplaje intermitente rigide

La aceste cuplaje de tip comandat, transmiterea momentului de torsiune se face fie prin intermediul unor gheare frontale sau a unei danturi radiale sau frontale (fig. 11.6). Când maneta este în poziţia C se cuplează cele două elemente cu gheare ale cuplajului şi se poate transmite momentul de torsiune. Când maneta se află în poziţia D, (ca în figură) ghearele nu mai sunt în contact şi nu se mai transmite mişcarea de rotaţie.

Fig. 11.6 Cuplaj intermitent rigid

C; D – poziţii de lucru

Fig. 11.7 Cuplaj intermitent cu fricţiune cu suprafeţe de frecare plane

D – poziţia decuplat; C – poziţia cuplat.1- arbore conducător; 2 – placă de reazem; 3- disc condus; 4- placă de presiune; 5 – arbore condus;

6 - manetă de comandă

13.2.2.2 Cuplaje intermitente cu fricţiune

Ambreiajele cu fricţiune permit cuplarea şi decuplarea sistemelor de acţionare, sub sarcină, fără şocuri, având totodată posibilitatea de a limita momentul de torsiune transmis la o valoare dorită.

Momentul de torsiune se transmite prin frecare, prin intermediul unor suprafeţe care pot avea diverse forme: plană (fig. 11.7), conică, cilindrică, sau

4

Curs 11 RMOM

combinaţii ale acestora.Când maneta 4, se află în poziţia C, discul, 2, cu garnituri de fricţiune, este

strâns între suprafeţele 5 şi 6 şi datorită forţelor de frecare poate transmite mişcarea de rotaţie de la arborele 1 la arborele 2, care este solidar cu discul 2. Dacă maneta 4 se află în poziţia D, discul 2 este liber între suprafeţele 5 şi 6, iar mişcarea de la nivelul arborelui 1 nu se poate transmite mai departe.

13.2.2.2 Cuplaje intermitente automate

La aceste tipuri de cuplaje, denumite şi ambreiaje automate, cuplarea şi, sau decuplarea elementului condus se face automat funcţie de valoarea anumitor parametri funcţionali (moment de torsiune, viteză unghiulară, sens de rotaţie).

În această categorie se înscriu cuplajele de siguranţă, cuplajele unisens, cuplajele intermitente automate de viteză.

13.2.2.2.1 Cuplaje de siguranţă

Sunt utilizate pentru întreruperea automată a legăturii dintre arborii cuplaţi, în vederea protejării componentelor lanţului cinematic respectiv, în cazul depăşirii unei valori limită a momentului de torsiune.

Dintre cuplajele de siguranţă mai des întâlnite se pot enumera: cu element de rupere prin forfecare (fig. 11.8a); cu gheare frontale şi arc elicoidal (fig. 11.8b); cu fricţiune cu discuri (fig. 11.8c).

În cazul cuplajelor de siguranţă, cu element de rupere prin forfecare, diametrul, d, este calculat de aşa natură, încât, zona îngustată să se rupă la depăşirea unui anumit moment de torsiune.

În cazul cuplajului de siguranţă cu gheare frontale, acestea sunt în contact datorită forţei de împingere exercitate de un arc elicoidal. Astfel se permite transmiterea unui moment de răsucire. În cazul în care se depăşeşte valoarea momentului de răsucire pentru care a fost reglat cuplajul, dinţii alunecă unul peste altul (datorită formei constructive – tip plan înclinat), creând forţe axiale capabile să învingă forţa arcului, ceea ce face ca mişcarea de rotaţie să nu se mai transmită între cei doi arbori.

Cuplajele de siguranţă cu fricţiune sunt folosite în cazul unor sarcini repetate, de scurtă durată, pentru cele cu caracter de şoc, la turaţii şi momente mari de folosire.

a

b cFig. 11.8 Cuplaje de siguranţă

5

Curs 11 RMOM

a- cu element de rupere prin forfecare ; b- cu gheare frontale şi arc elicoidal; c - cu fricţiune cu discuri;

d – diametrul de forfecare; 1; 2 - arbore; 3- arc elicoidal; 4; 5- cuplaj cu gheare; 6; 7 - discuri

13.2.2.2.2 Cuplaje unisens

Aceste cuplaje transmit mişcarea de rotaţie într-un singur sens.Principiul constructiv pe care se bazează funcţionarea acestor tipuri de

cuplaje constă în existenţa unui spaţiu, sub formă de pană, între două inele (unul interior şi unul exterior) în care se află dispuse elementele de blocare (role sau corpuri de blocare).

Dacă inelul exterior se roteşte în sensul B, (fig. 11.9), iar inelul interior stă pe loc, sau se roteşte în sensul B’, rola este antrenată să se deplaseze spre stânga, ceea ce duce la blocarea cuplajului, permiţând în acest fel transmiterea momentului de torsiune.

Dacă inelul exterior se roteşte în sensul D, iar inelul interior stă pe loc, sau se roteşte în sensul D’, rola se deplasează spre dreapta, ajungând în zona cu joc, ceea ce duce la decuplarea mişcării, iar momentul de torsiune nu se mai transmite.

Fig. 11.9 Cuplaje unisens1- inel exterior; 2- inel interior; 3- rolă

Fig.11.10 Cuplaj hidrodinamic1; 2- arbori; 3 – garnituri de etanşare; 4-

carcasă; 5- rotoare cu palete

13.2.2.2.3 Cuplaje intermitente automate de viteză

Sunt întrebuinţate pentru cuplarea sau decuplarea arborilor la o anumită valoare a turaţiei arborelui conducător.

Principiul de funcţionare se bazează pe acţiunea forţelor centrifuge ceea ce face ca să mai poarte şi denumirea de ambreiaje centrifugale.

Din punct de vedere constructiv se împart în: ambreiaje centrifugale cu saboţi; ambreiaje centrifugale cu materiale de umplere.

13.3 Cuplaje hidraulice 13.3.1 Cuplaje hidrodinamice

Ambreiajele hidrodinamice transmit momentul de torsiune prin intermediul unui lichid hidraulic.

Aceste cuplaje sunt realizate din două rotoare cu palete (unul montat pe arborele conducător, iar celălalt montat pe arborele condus) şi o carcasă (fig. 11.10).

Rotorul cu palete montat pe arborele conducător are rol de pompă, iar cel

6

Curs 11 RMOM

montat pe arborele condus de turbină.Momentul de torsiune se transmite integral, dar apare o micşorare de turaţie.

CAP 14 ORGANE PENTRU TRANSMITEREA MIŞCĂ DE ROTAŢIE14.1 Transmisii prin curele

Transmisiile prin curele sunt folosite pentru transmiterea mişcării de rotaţie şi a puterii de la o roată motoare la una sau mai multe roţi conduse, necoaxiale prin intermediul unui element flexibil fără sfârşit. Cureaua (elementul flexibil fără sfârşit) se înfăşoară pe suprafeţele periferice ale roţilor de transmisie fixate pe arbori şi se montează cu pretensionare. Transmiterea mişcării de rotaţie şi a puterii este posibilă datorită existenţei forţelor de frecare dintre curea şi roţile de curea.

14.1.1 Elemente componente

Cea mai simplă transmisie arată ca cea din figura 11.11.

Fig. 11.11 Transmisie cu curea

Aşa cum se observă şi din figură componentele unei transmisii simple sunt: arborele conducător; roata motoare; cureaua; roata condusă.

Pretensionarea se realizează cu ajutorul unui dispozitiv de întindere a curelei.

14.1.2 Clasificare; Avantaje; Dezavantaje

După modul înfăşurării curelei şi după poziţia axelor de rotaţie:

transmisii paralele; transmisii încrucişate cu roţi cu arbori paraleli; transmisii încrucişate în spaţiu (sub un unghi de 90o sau sub

un unghi oarecare);

După forma secţiunii transversale a curelei:

late; trapezoidale; rotunde; pătrate;

După modul de transmitere al mişcării:

cu alunecare (transmisii prin fricţiune cu curele late, trapezoidale, etc);

fără alunecare (transmisii sincrone, cu curele dinţate)

Avantaje: posibilitatea transmiterii mişcării între arbori aflaţi la distanţe relativ mare; funcţionare liniştită, fără şocuri, fără vibraţii; construcţie simplă; se montează uşor; întreţinere simplă; sunt ieftine; fiabilitate mărită; randament relativ ridicat

7

Curs 11 RMOM

Dezavantaje: dimensiuni de gabarit mari; forţe mari pe arbori pentru pretensionare; deformarea curelei necesită periodic întinderea; alunecarea curelei pe roţi în cazul transmisiilor prin fricţiune; variaţia coeficientului de frecare cu uzura, căldura, umiditatea.

14.1.3 Transmisii prin curele late

Se numesc astfel datorită formei geometrice pe care o au în secţiune.Pot fi realizate din materiale omogene (piele; fibre textile naturale sau

sintetice) sau din materiale cu structuri diferite (de exemplu: strat de piele + strat cu şnururi din fibre sintetice + strat de protecţie).

Curelele din materiale cu structuri diferite prezintă o inserţie de rezistentă (fibră textilă sau sintetică, sârmă din oţel înglobată în material plastic sau cauciuc vulcanizat) care în unele cazuri pe suprafaţa activă este protejată cu un strat de material cu proprietăţi de frecare superioară.

Îmbinarea capetelor curelei se poate face prin: lipire; coasere; prindere cu nituri sau cu agrafe speciale; vulcanizare.

Pentru a asigura stabilitatea şi autocentrarea curelei în timpul funcţionării, roţile de curea sunt prevăzute în zona de contact cu aceasta cu suprafeţe bombate (fig. 11.12)

14.1.4 Curele trapezoidale

Denumirea acestui tip de curele vine de la forma geometrică a secţiunii acestora (fig. 11.13)

Fig. 11.12 Roată de curea lată Fig. 11.13 Secţiune printr-o curea trapezoidală

Suprafeţele de fricţiune care intră în contact cu roţile de curea sunt cele două flancuri laterale ( pe desen AB şi CD).

În general transmisiile prin curele trapezoidale sunt de tipul cu arbori paraleli, iar materialele utilizate sunt, cauciucul vulcanizat prevăzut cu inserţie din ţesături din fibre textile naturale sau sintetice.

Forma secţiunilor curelelor trapezoidale este standardizată.Din punct de vedere al formei secţiunii curelele trapezoidale pot fi: normale;

înguste, speciale.Pentru a evita apariţia vibraţiilor, în cazul funcţionării în paralel a mai multe

curele, precum şi a încărcării inegale a acestora se utilizează curele multiple monolit ( 2; 3; 4; sau 5 curele în paralel).

Roţile pentru transmisiile cu curele trapezoidale pot fi de construcţie turnată, sudată, sau obţinute prin ştanţare din tablă.

8

Curs 11 RMOM

Cureaua trebuie să se înfăşoare pe roată, astfel încât, între partea interioară a şanţului roţii şi curea rămâne un anumit spaţiu.

Rapoartele de transmitere uzuale , i, sunt mai mici sau egale cu opt.

14.1.5 Transmisii prin curele dinţate

Curelele dinţate sunt elemente flexibile care transmit mişcarea fără alunecare.Transmisiile prin curele dinţate cumulează avantajele transmisiilor prin curele

late cu cele ale transmisiilor prin lanţuri.Pot fi :

simple (dantura este dispusă pe o singură parte); duble (dantura este dispusă pe ambele părţi).

Constructiv (fig. 11.14) sunt compuse din: structură de rezistenţă (reţea din fibre de sticlă sau oţel); zona de tracţiune (care înglobează structura de rezistenţă şi care poate fi realizată din cauciuc sau mase plastice; suprafaţa exterioară poate fi protejată de ţesături din fibre sintetice); dinţii (realizaţi din cauciuc sintetic dur); învelişul dinţilor

Roţile pentru transmisiile cu curele dinţate sunt prevăzute cu o dantură care poate permite angrenarea cu tipul de curea dinţată pentru care este folosită. Pe părţile laterale ale roţilor sunt prevăzute flanşe care previn deplasarea axială a curelei pe acestea.

Fig. 11.14 Componenţa unei curele dinţate

14.2 Transmisii prin cablu

Ca şi în cazul transmisiilor prin curele cele cu cablu se bazează tot pe aderenţă.

Cablul elementul de tracţiune este realizat din fire textile sau metalice împletite sau răsucite.

Cablurile pot fi, în secţiune, rotunde sau plate.Înfăşurarea cablului se face pe roţi care urmăresc profilul în secţiune a

acestuia.Capetele cablurilor sunt prevăzute cu bucle.

9

Curs 11 RMOM