Niedoceniane połączenie skurczowe - Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie

 

Wszędzie tam,

gdzie powstają

nowe konstrukcje

Wrzesień
Czerwiec
Marzec
Maj
Kwiecień
Listopad
Maj
Listopad
Styczeń/luty
Grudzień
Marzec
Czerwiec
Październik
Kwiecień
Listopad
Styczeń/luty
Lipiec/sierpień
Kwiecień
Czerwiec
Październik

Niedoceniane połączenie skurczowe


zembatka

Połączenie skurczowe jest bardzo starym rozwiązaniem konstrukcyjnym. Od wielu lat jest z powodzeniem stosowane w wielu dziedzinach techniki. Połączenie to jest zaliczane do kategorii połączeń nierozłącznych. Istotą połączenia jest tzw. wcisk, to znaczy, że np. otwór piasty koła zębatego ma mniejszą średnicę niż wał, na którym koło będzie osadzone.

Jerzy Mydlarz

Montaż takiego połączenia polega na zmianie temperatury jednego lub obu montowanych elementów w celu uzyskania wystarczającego luzu montażowego. Po wyrównaniu się temperatur prawidłowo zaprojektowane połączenie jest uważane za nierozłączne i swoimi właściwościami odpowiada części monolitycznej. Od strony obliczeniowej istnieje podobieństwo obliczania połączeń skurczowych i wtłaczanych. Różnica pomiędzy tymi połączeniami polega na tym, że prawidłowo wykonane połączenie wtłaczane można rozmontować metodą nieniszczącą. Przyczyną braku możliwości rozłączenia połączeń skurczowych są dwa zjawiska. Pierwsze to mikro-zaczepy kształtowe, pomiędzy obu połączonymi częściami. schema_sW połączeniach wtłaczanych zostają one częściowo wyrównane w procesie montażu. Drugim zjawiskiem jest utlenianie powierzchni nie pokrytej olejem, jak ma to miejsce w połączenia wtłaczanych. Warstwa tlenków na powierzchni metalu powstaje już w czasie ogrzewania jednego z elementów. Po zakończeniu montażu proces utleniania przebiega aż do wykorzystania całego tlenu w złączu. Ponieważ objętość tlenków jest większa niż materiału rodzimego, wcisk jest jeszcze większy.
W pewnych obszarach przemysłu połączenie skurczowe jest technologią podstawową. Jest ono od wielu lat stosowane do produkcji luf broni palnej, w zestawach kołowych dla kolei i w produkcji silników spalinowych, gdzie tą technologią osadza się gniazda i prowadnice zaworowe w głowicach silników, oraz wieńce zębate rozrusznika na kole zamachowym. Stykając się często z dokumentacją przekładni zębatych uważam, że połączenie to jest w tym obszarze zbyt rzadko stosowane.
Pozwala ono wyeliminować złącza typu wpust lub wielowypust i zapewnia najwyższą nośność, zbliżoną do monolitu. Technologia pozbawiona nacinania elementów uzębionych jest znacznie tańsza. W przypadku kół zębatych poddawanych obróbce cieplno-chemicznej, operacja niskiego odpuszczania nadaje się doskonale do montażu koła na wale, nie wymagając dodatkowego zużywania energii. Puryści obróbki cieplnej na pewno się oburzą, ponieważ koło zębate powinno być odpuszczane niezwłocznie po hartowaniu. Nie ośmielę się zaprotestować, ale w firmie, w której pracowałem wiele lat, koła zębate do połączenia skurczowego miały po hartowaniu szlifowany otwór i dopiero wtedy szły do niskiego odpuszczania zakończonego montażem na wale.  Ostatnią operacją było szlifowanie uzębienia, bazując na wcześniej wyszlifowanych powierzchniach pod łożyska na wale. Dzięki temu bicie uzębienia względem miejsc łożyskowania było najmniejsze. Pomimo tej technologii, odpuszczania niezgodnego ze sztuką, nie mieliśmy z tymi kołami problemów jakościowych, wywołanych mikropęknięciami. Jeśli jednak dla danego typu materiału bezzwłoczne odpuszczanie po hartowaniu jest niezbędne, to albo trzeba stosować podwójne odpuszczanie, albo sprawdzić czy możliwy jest montaż złącza przy samym tylko ochłodzeniu elementu wewnętrznego.
Prawdopodobnie na przeszkodzie szerszego stosowania tego połączenia stoi niedostępność literatury i sprawdzonych metod obliczeniowych. Brak jest niestety monografii na temat tego połączenia w polskiej literaturze technicznej. Wiedza jednak jest, tylko rozproszona. Mnie udało się ją częściowo zebrać i uzupełnić doświadczeniami swoimi i kolegów. Nie obserwuję też rozwoju tego rodzaju połączenia, a pojawiały się technologie, które mogą rozszerzyć obszar jego stosowania. Umieściłem kilka propozycji rozwojowych w uwagach końcowych niniejszego opracowania.  
Przykładem udanego zastosowania takiego połączenia w układzie napędowym jest pokazana powyżej przekładnia kombajnu chodnikowego, w której wał wyjściowy z monolitycznego został przekonstruowany na wał składany z wykorzystaniem połączenia skurczowego. Podjęte wcześniej próby zastosowania w tym miejscu wielowypustu zakończyły się niepowodzeniem.

Obliczenia
Jeśli wiemy jaką siłę ma przenosić nasze złącze i nie ma dostępnego legalnego modułu MES, to podstawowe jego parametry można obliczyć w oparciu o szeroko dostępną literaturę związaną z połączeniami wtłaczanymi. Ja od lat z upodobaniem korzystam z książki prof. Wacława Moszyńskiego. Jego czterotomowy „Wykład Elementów Maszyn” jest dla mnie dziełem podstawowym. Połączenia skurczowe są opisane w części I „Połączenia”. Mam w swojej bibliotece nawet dwa wydania z 1953 i 1955  roku. Książki te jeszcze wciąż można bez trudu kupić na aukcjach internetowych za małe kwoty. Ta część literatury pozwoli nam zaprojektować złącze od strony przenoszonego obciążenia. Co się tyczy technologii wykonania musimy sięgnąć do kilku innych pozycji. Zaletą dzieł profesora Moszyńskiego jest przystępny wykład teorii, zawsze poparty przykładem obliczeniowym, świadczącym o znajomości rzemiosła. Mój wspominany już przy innej okazji Tato, miał specyficzne poczucie humoru i znakomitą celność spostrzeżeń. Pewnego razu tłumaczył mi jak mam wymienić pompę cieczy chłodzącej w naszym rodzinnym samochodzie. Ja z właściwą dla młodzieńców arogancją uważałem, że poradzę sobie bez ojcowskich porad (byłem wtedy studentem politechniki). Niezbyt grzecznie przerwałem wywód, mówiąc: nie mów mi tego wszystkiego, bo ja wiem jak to zrobić! Na to Tato, z niezmąconym spokojem zapytał: Czy ty to wiesz, czy też już to kiedyś robiłeś? Ponieważ to są dwie zupełnie różne sprawy.
Czytając książki profesora Moszyńskiego wyczuwa się, że on i wiedział, i robił.

Najnowsze wydanie


280

Lipiec/sierpień 7/8 (82/83) 2014  
spis treści

Artykuł na życzenie

ed

Poniżej zamieszczamy fragmenty artykułów z najnowszego wydania, na które można głosować w naszej internetowej sondzie.
Artykuł, który zdobędzie największą ilość głosów zostanie opublikowany w całości.

Brough Superior; legenda powraca

Brough Superior; legenda powraca

Marka Brough Superior ciągle jest synonimem najwyższej jakości, stylu i doskonałych osiągów. Motocykle z jej logo są ozdobą najcenniejszych kolekcji. Jedną z największych sensacji ubiegłorocznych targów motocyklowych w Mediolanie była zapowiedź powrotu marki. Ryszard Romanowski Właściwie...

O projektowaniu aut od kuchni: Audi Q7

O projektowaniu aut od kuchni: Audi Q7

W roku 2000 zarząd Audi A.G. rozważał wprowadzenie na rynek dużych, siedmioosobowych SUV’ów. Koncepcja zakładała budowę dużego SUV’a na specjalnie w tym celu stworzonej własnej platformie. Pojazd miał być z założenia tańszy, nie tylko...

Stanisława Lisowskiego życie w terenie

Stanisława Lisowskiego życie w terenie

Stanisław Lisowski jest wielokrotnym mistrzem w rajdach samochodów terenowych. Wielu twierdzi, że to właśnie on w latach osiemdziesiątych wymyślił formułę tych rajdów. Niewielu zdaje sobie sprawę, że wiele lat wcześniej związany był...

Wyzwania technologiczne powstałe przy budowie korwety typu GAWRON

Wyzwania technologiczne powstałe przy budowie korwety typu GAWRON

Niniejszy tekst stanowi próbę opisania zagadnień technicznych, jakie pojawiły się w trakcie dotychczasowej realizacji budowy korwety wielozadaniowej typu GAWRON w latach 2001-2012, a od roku 2012 – okrętu patrolowego typu ŚLĄZAK. Budowa okrętu...

Symulacje numeryczne MES w projektowaniu hełmu strażackiego

Symulacje numeryczne MES w projektowaniu hełmu strażackiego

Uzyskanie konstrukcji hełmu strażackiego spełniającego wszystkie rygorystyczne wymagania dotyczące absorpcji energii oraz odporności na uderzenia udarowe wymaga sporego doświadczenia kadry inżynierskiej. Zwykle, wykorzystując tradycyjny proces projektowy wykonuje się kilka, kilkanaście...

Tworzenie złożeń i analiza kinematyczna w BricsCAD

Tworzenie złożeń i analiza kinematyczna w BricsCAD

Zastosowanie prostych i intuicyjnych mechanizmów wspomagających pracę konstruktora, posiadających jednak duże możliwości tworzenia złożeń, poważnie ogranicza lub nawet całkiem eliminuje ryzyko powstawania błędów od samego początku pracy. Krystian Binarski Pracę ze złożeniami można...

Definicja mechanizmu w CATIA V5

Definicja mechanizmu w CATIA V5

W rozmowach z konstruktorami (także na forach internetowych) bardzo często poruszany jest temat definicji mechanizmów w systemie CATIA V5. Wielu z tych, którzy tworzą swoje projekty w tym systemie i...

Jak diagnozować przyczyny błędów obróbki CNC detali? cz. 1

Jak diagnozować przyczyny błędów obróbki CNC detali? cz. 1

W mojej ponad 30-letniej praktyce badań dokładności i problemów z dokładnością obróbki na obrabiarkach często spotykałem się z pytaniami typu:– Dlaczego wychodzi mi dużo braków przy obróbce w ruchu interpolowanym, mimo sprawdzenia obrabiarki „laserem” i wprowadzeniu...

Zgrzewanie tarciowe FSW zamiast konwencjonalnych technologii łączenia Analiza zastosowania w cienkościennych metalowych strukturach lotniczych

Zgrzewanie tarciowe FSW zamiast konwencjonalnych technologii łączenia  Analiza zastosowania w cienkościennych metalowych strukturach lotniczych

Firmy z sektora lotniczego poszukują wciąż nowych rozwiązań, metod łączenia elementów struktur lotniczych i implementacji ich w procesie wytwarzania. Produkcja zaawansowanych metalowych konstrukcji lotniczych wymaga zastosowania i integracji wielu technik. Polski przemysł lotniczy wykorzystuje...