Asamblarile filetate sunt asamblari demontabile utilizate frecvent in constructia de masini; se realizeaza prin intermediul a doua piese filetate conjugate, una filetata la exterior numita surub, cealalta filetata la interior numita piulita (sau piesa cu rol de piulita).
Avantajele asamblarilor filetate sunt:
Principalele dezavantaje ale asamblarilor filetate sunt:
Asamblarile filetate se regasesc, in general, in componenta oricarei constructii mecanice, apreciindu-se ca peste 60% din piesele unei masini au filete. Ca atare atentia acordata studiului, calculului si realizarii asamblarilor filetate trebuie sa fie deosebita, buna functionare a masinilor sau instalatiilor complexe fiind direct legata de fiabilitatea asamblarilor filetate.
|
a b c d e Fig. 2.1 |
Asamblarile filetate dintre doua sau mai multe piese se pot realiza in mai multe moduri: cu surub montat cu joc si piulita (fig. 2.1, a); cu surub montat fara joc (surub de pasuire) si piulita (fig. 2.1, b); cu surub montat cu joc si insurubat in piesa (fig. 2.1, c); cu surub de pasuire insurubat direct in piesa (fig. 2.1, d); cu prezon si piulita (fig. 2.1, e).
Transmisiile surub-piulita sunt transmisii care, prin intermediul unei cuple elicoidale, transforma miscarea de rotatie in miscare de translatie, concomitent cu transmiterea unei sarcini. Cupla elicoidala este elementul determinant al transmisiilor surub-piulita. Aceasta poate fi cu frecare cu alunecare sau cu frecare cu rostogolire (cupla elicoidala cu bile).
Principalele avantaje ale transmisiilor surub-piulita sunt:
Fig. 2.2
Clasificarea filetelor, dupa o serie de criterii, este prezentata in continuare.
|
Fig. 2.3 |
|
Fig. 2.4 |
|
Fig. 2.5 |
D - diametrul exterior al filetului piulitei;
d , D2 - diametrele medii ale filetelor surubului si piulitei, aceleasi cu diametrul cilindrului pe a carui generatoare plinul si golul sunt egale;
d , D1 - diametrele interioare ale filetelor surubului si piulitei;
|
Fig. 2.6 |
P - pasul filetului, adica distanta dintre doua puncte omologe de pe doua spire vecine;
H - inaltimea profilului generator;
H - inaltimea efectiva a spirei filetului surubului;
H - inaltimea utila, adica inaltimea de contact dintre spirele filetelor surubului si piulitei;
a - unghiul profilului generator al filetului;
b b b - unghiul de inclinare al spirei filetului corespunzator diametrului interior, diametrului mediu, respectiv diametrului nominal (fig. 2.6); se utilizeaza in calcule unghiul b , determinat cu relatia
Filetul patrat (fig. 2.7) este destinat transmisiilor surub-piulita. Profilul filetului, un patrat (a = 00) cu latura egala cu jumatate din marimea pasului, conduce la urmatoarele caracteristici ale filetului:
|
Fig. 2.7 |
randament ridicat;
rigiditate si rezistenta scazute pentru spira;
centrare necorespunzatoare a piulitei pe surub, in urma functionarii putand aparea jocuri ce nu se pot elimina;
productivitate de executie redusa, filetul prelucrandu-se numai prin strunjire.
Filetele patrate sunt standardizate cu trei marimi de pasi (mare, normal sau fin) si se simbolizeaza Pt d x p.
|
Fig. 2.8 |
Filetul trapezoidal (fig. 2.8) este destinat transmisiilor surub-piulita. Profilul trapezoidal, cu unghiul la varf a = 300, conduce la urmatoarele caracteristici ale filetului:
|
Fig. 2.9 |
Prin aceasta se adauga la caracteristicile filetului trapezoidal o rezistenta sporita la oboseala, ceea ce il face avantajos ca filet de miscare in cazul unor sarcini dinamice, in conditii grele de exploatare (cuplele vehiculelor feroviare, armaturi hidraulice etc.). Se executa cu pas mare, normal sau fin fiind simbolizat prin R d x P.
Un caz particular al filetului rotund il reprezinta filetul Edison, format numai din arce de cerc. Acesta se obtine prin deformarea plastica a pieselor cu pereti subtiri si este intalnit cu precadere la instalatii electrice.
|
Fig. 2.10 |
Filetul ferastrau (fig. 2.10) este destinat transmisiilor surub-piulita. Profilul, cu flancul activ foarte putin inclinat (30) si cu flancul inactiv inclinat cu 300, este o combinatie a profilelor patrat si trapezoidal, conducand la urmatoarele caracteristici:
productivitate ridicata de executie, asigurata de posibilitatea prelucrarii prin frezare;
Fig. 2.11
|
Fig. 2.14 |
|
Fig. 2.17 |
Prezoanele pot fi definite ca suruburi de fixare fara cap si filetate la ambele capete, pe o anumita lungime sau pe toata lungimea. Se utilizeaza cand materialul uneia din piesele asamblate are caracteristici mecanice reduse si filetul nu asigura o durabilitate suficienta la montari si demontari repetate ale surubului. Se mai utilizeaza si cand nu este posibila utilizarea suruburilor (de exemplu, spatiu insuficient pentru montarea suruburilor). Din punct de vedere al preciziei de executie, prezoanele, ca si suruburile, se executa in gradul A, B sau C.
Prezoanele se executa in mai multe variante constructive standardizate sau nestandardizate, principalele tipuri fiind prezentate in fig. 2.17 (a - prezon de insurubat in otel; b - prezon pentru asamblarea flanselor, cu cep hexagonal si cu diametrul tijei nefiletate egal cu cel al filetului; c - prezon pentru asamblarea flanselor, cu cep hexagonal si cu diametrul tijei nefiletate mai mic decat al filetului, caz utilizat cand in asamblare actioneaza sarcini dinamice).
|
Fig. 2.18 |
Stifturile filetate sunt utilizate pentru a impiedica deplasarea relativa a doua sau mai multe piese, fiind solicitate la compresiune. Formele constructive ale stifturilor filetate (fig. 2.18) sunt foarte variate depinzand de lungimea filetata a tijei (intreaga sau partiala), de forma varfului (plat - fig. 2.18, a si b; tronconic - fig. 2.18, c; cu cep tronconic - fig. 2.18, d; cu cep cilindric - fig. 2.18, e; cu con interior - fig. 2.18, f), de modul de antrenare (cu crestatura pentru surubelnita normala - fig.2.18, a si c.e; cu locas hexagonal la interior - fig. 2.18, b). Stifturile filetate pot fi prevazute si cu autoblocare, cu pastila de material plastic incorporata in tija (fig.2.18, b.f). Stifturile filetate se executa in gradul A, B sau C de precizie.
Constructia piulitelor de fixare
Piulitele de fixare sunt cu filet interior si se asambleaza pe suruburi, prezoane, stifturi filetate si pe portiunile filetate ale arborilor si ale altor piese de revolutie. Piulitele de
Fig. 2.19
|
Fig.2.21 |
Saibele se folosesc atat pentru
micsorarea presiunii dintre piulita si piesa care se sprijina
cat si pentru asezarea corecta a piulitei sau capului surubului.
Saibele plate (fig. 2.22, a) se executa in mai multe variante de dimensiuni: normale, largi sau extralargi, modificandu-se diametrul exterior si grosimea saibei.
|
Fig. 2.23 |
in care Fm reprezinta forta exterioara, care actioneaza la capatul cheii (manivelei), iar L - lungimea cheii (manivelei).
Datorita strangerii piulitei, in asamblarea filetata apare o forta axiala F, care intinde surubul si comprima piesele asamblate. O forta axiala F apare si in transmisiile surub-piulita, aceasta fiind sarcina de deplasat. Sub actiunea fortei F, in asamblarile filetate si transmisiile surub-piulita apar doua momente rezistente:
(2.3)
Momentul de insurubare. Momentul de desurubare
Modul de generare a filetului conduce la posibilitatea unei analogii a fenomenelor care au loc la insurubare (desurubare) cu cele de la urcarea (coborarea) unui corp pe un plan inclinat. In cadrul acestei analogii, unghiul planului inclinat corespunde unghiului mediu de inclinare al spirei filetului (b ) si greutatea corpului de pe planul inclinat corespunde fortei axiale (F) care incarca cupla elicoidala. Rationamentul de mai jos se efectueaza in premisa unui unghi al profilului filetului a = 00, corespunzator filetului patrat.
Semnificatia fortelor care apar in schema de calcul din fig. 2.24 este:
Fig. 2.24
, care face unghiul j cu normala, j = arctg m fiind denumit unghi de frecare.
Ecuatia de echilibru a corpului in urcare pe planul inclinat (v. fig. 2.24, b) este
(2.4)
Din poligonul fortelor (fig. 2.24, c), rezulta forta de impingere la urcare pe planul inclinat (insurubare)
(2.5)
(2.6)
La coborarea corpului pe planul inclinat - desurubare (v. fig. 2.24, d) - ecuatia de echilibru este
(2.7)
Din poligonul fortelor (fig. 2.24, e), rezulta forta de impingere la coborare pe planul inclinat (desurubare)
(2.8)
si momentul de desurubare corespunzator
(2.9)
|
Fig. 2.25 |
In cazul filetelor cu unghiul profilului a ¹ 0, forta normala la profilul spirei este mai mare decat forta axiala (fig. 2.25). Forta de frecare, determinata in functie de forta normala, este
(2.10)
reprezinta coeficientul de
frecare aparent. Se observa ca valoarea coeficientului de frecare aparent
creste cu marimea unghiului a. Acest fapt
determina utilizarea filetelor metrice (a = 600)
ca filete de fixare. Unghiul de frecare aparent j¢, corespunzator coeficientului de frecare aparent m¢, se determina cu relatia
Generalizarea relatiilor momentului de insurubare si a momentului de desurubare, prin considerarea unghiului profilului filetului, se exprima sub forma
(2.12)
(2.13)
Compararea relatiilor (2.6) si (2.9), respectiv a relatiilor (2.12) si (2.13), demonstreaza inegalitatea Mins > Mdes.
Momentul de frecare
|
Fig. 2.26 |
Apare pe o suprafata, sub forma de coroana circulara, intre piesa rotitoare (surub sau piulita) si piesa pe care se sprijina. In cazul asamblarilor filetate (fig. 2.26, a), diametrul interior d0 al suprafetei este egal cu diametrul gaurii de trecere, iar diametrul exterior este egal cu deschiderea cheii S (egal cu diametrul scaunului de asezare) sau cu capul diametrul varfului surubului sau stiftului). In cazul cuplei de rotatie dintre surubul cricului si cupa rotitoare (fig. 2.26, b), dimensiunile coroanei circulare sunt d0 si dc.
Ipotezele de calcul considerate in continuare la determinarea momentului de frecare sunt:
Momentul de frecare elementar, corespunzator unei suprafete circulare elementare (v. fig. 2.26, c) este
Integrarea pe intreaga suprafata a momentului de frecare elementar conduce la
(2.16)
Din relatiile (2.14) si (2.16) rezulta, pentru asamblarea filetata, relatia de calcul a momentului de frecare
(2.17)
(2.18)
Prin inlocuire in relatia (2.3), rezulta
(2.19)
Aceasta relatie permite determinarea unuia dintre cei trei parametri F, Fm sau L, cand se cunosc ceilalti doi. In cazul asamblarilor filetate, daca se impune forta la cheie Fm si lungimea cheii (L (12.20) d, la cheile fixe), rezulta forta axiala F (F 80 Fm), uneori impunandu-se limitarea strangerii asamblarii surubului (prin utilizarea unor chei dinamometrice) pentru ca sa nu existe pericolul ruperii. In cazul cricurilor, cunoscand sarcina axiala de ridicat F si considerand cunoscuta forta la manivela Fm (Fm = 150.350 N) rezulta lungimea L necesara manivelei.
Conditia de autofixare (autofranare)
Conditia de autofixare (utilizata in cazul asamblarilor filetate) este conditia ca sub actiunea fortei axiale care incarca asamblarea filetata aceasta sa nu se desfaca singura.
Conditia de autofranare (utilizata in cazul transmisiilor surub-piulita) este conditia ca sa nu apara deplasari relative in cupla elicoidala a transmisiilor surub-piulita sub actiunea fortei axiale care o incarca, in momentul in care nu se aplica nici un moment motor.
Prin analogie cu cazul corpului pe planul inclinat, conditia de autofranare (autofixare) este aceea ca sub actiunea greutatii proprii corpul sa nu coboare pe planul inclinat.
Conditia de autofixare (autofranare) este echivalenta cu inegalitatea matematica Mdes > 0, care conduce (v. relatia (2.13)) la
j' > b
Chiar daca filetele de fixare indeplinesc conditia de autofixare, in cazul asamblarilor filetate este des intalnit fenomenul autodesfacerii. Autodesfacerea apare, in principal, datorita sarcinilor variabile, a socurilor sau a variatiilor de temperatura. Ca urmare, pentru evitarea consecintelor nedorite ale autodesfacerii, asamblarile filetate pot fi prevazute cu sisteme suplimentare de asigurare. Atat constructiv cat si din punct de vedere al importantei asamblarii, pot fi intalnite o mare diversitate de sisteme de asigurare. Acestea au la baza producerea urmatoarelor fenomene:
a
b
d
e
g
deformarea locala prin chernaruire, fie a filetului surubului si al piulitei (fig. 2.29, a si b), fie a piesei, in cazul capetelor de surub ingropate(fig. 2.29, c si d);
sudarea piulitei de surub sau de piesa(fig. 2.29, e).
|
|
|
|
|
|
a |
b |
c |
d |
|
|
|||
|
e |
|||
|
Fig. 2.29 |
|||
Pentru autofixarea asamblarilor filetate, conditia (2.20) este indeplinita prin utilizarea filetelor metrice standardizate, dar este suficienta doar in cazul incarcarii cu sarcini statice. In cazul unor solicitari dinamice (datorita socurilor, vibratiilor, micsorarii frecarii intre suprafetele de frecare etc.) si in absenta unor masuri suplimentare de asigurare, se poate produce autodesfacerea asamblarii. Din aceasta cauza, la asamblari filetate nu se mai face verificarea teoretica a conditiei de autofixare si se utilizeaza mijloace de asigurare impotriva autodesfacerii.
La transmisii surub-piulita, este absolut necesar sa se verifice conditia de autofranare deoarece, la unele filete cu pas mare sau cu mai multe inceputuri, poate exista pericolul neindeplinirii acesteia.
Randamentul cuplei elicoidale si al transmisiilor surub-piulita
Randamentul se determina ca raport dintre lucrul mecanic util (Lu) si lucrul mecanic consumat (Lc) h = Lu/Lc si este criteriu de comparare a filetelor de miscare si a transmisiilor surub-piulita, in general.
Randamentul cuplei elicoidale se obtine ca raport intre lucrul mecanic fara frecare (util) si lucrul mecanic cu frecare (consumat), corespunzator unei rotatii complete a elementului conducator
(2.21)
Deoarece j' creste cu valoarea unghiului profilului filetului, rezulta ca filetele cu flancurile inclinate au randamentul mai redus decat filetul patrat (a
Randamentul prezinta interes minim in cazul filetelor de fixare, in practica utilizandu-se filete cu un singur inceput si cu pas normal.
La suruburi de miscare, care functioneaza cu intreruperi scurte si dese, randamentul trebuie sa fie cat mai mare, in aceste cazuri alegandu-se filete cu pas mare si/sau cu mai multe inceputuri, chiar daca actionarea devine mai greoaie.
Randamentul transmisiilor surub-piulita tine seama de frecarea din cupla elicoidala si de frecarea dintre celelalte piese in miscare relativa.
Pentru cricul simplu (v. fig. 2.23, b)
(2.22)
Calculul asamblarilor filetate si a transmisiilor surub - piulita
Cauzele deteriorarii asamblarilor filetate si a transmisiilor surub piulita
Cercetari experimentale dar si analiza asamblarilor filetate distruse au condus la concluzia ca asamblarile filetate se deterioreaza ca urmare a ruperii tijei surubului sau a ruperii spirelor filetului surubului sau filetului piulitei. Cauza principala care conduce la ruperea tijei surubului este oboseala materialului favorizata atat de variatia sarcinii care incarca asamblarea cat si de existenta unor puternici concentratori de tensiuni. In cazul sarcinilor statice, ruperile se produc ca urmare a supraincarcarii asamblarii filetate, mai ales la montaj, respectiv ca urmare a unor defecte de fabricatie.
|
