Wszędzie tam,
gdzie powstają
nowe konstrukcje

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

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 (94/95) 2015
spis treści

Artykuł na życzenie

Sonda

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.

Wpływ technik spawania na strukturę metalograficzną spoiny

Wpływ technik spawania na strukturę metalograficzną spoiny

Wykorzystanie w robotyzacji technik ręcznego spawania – ruchami zakosowymi, do przodu i do tyłu, a także połączenia tych ruchów z prostymi ściegami (elipsy i łuki)...

Korpusy maszyn i urządzeń; część 2

Korpusy maszyn i urządzeń; część 2

W ostatnich latach powstało mnóstwo nowych materiałów używanych na korpusy i to zarówno stopów na bazie żelaza, aluminium, jak i minerałów wcześniej nie...

Cięcie plazmą. Wpływ stosowanych gazów na jakość procesu

Cięcie plazmą. Wpływ stosowanych gazów na jakość procesu

Plazma to gazowa materia o wysokiej temperaturze, przewodząca prąd elektryczny. Składa się z dodatnio i ujemnie naładowanych cząstek, a także ze wzbudzonych i obojętnych atomów...

Janusz Kaniewski człowiek Pininfariny

Janusz Kaniewski człowiek Pininfariny

Zmarł człowiek, którego trudno nazwać wyłącznie projektantem. Janusz Kaniewski to nie tylko twórca fascynujących form, lecz także wizjoner usiłujący zapełniać...

Monitoring 3D górniczego wyrobiska ścianowego i pracujących tam urządzeń; cz. 1

Monitoring 3D górniczego wyrobiska ścianowego i pracujących tam urządzeń; cz. 1

W grudniu 2013 roku firma HYDROTECH S.A. oraz Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego dokonały zgłoszenia wynalazku w Urzędzie Patentowym RP na „Sposób...

Projekt wciągnika łańcuchowego z napędem pneumatycznym i hydraulicznym

Projekt wciągnika łańcuchowego z napędem pneumatycznym i hydraulicznym

W przemyśle górniczym do transportu bliskiego stosowane są różnego rodzaju środki. Są to między innymi wciągniki, umożliwiające montaż podzespołów maszyn i urządzeń...

Adjoint; solidne wsparcie w optymalizacji

Adjoint; solidne wsparcie w optymalizacji

Optymalizacja projektowanych części i urządzeń często kojarzy się z wieloma żmudnymi zmianami projektu i jego parametrów, i wielokrotnym wykonywaniem obliczeń czy symulacji inżynierskich. Nie...

Laserowe teksturowanie powierzchni na obrabiarce CNC

Laserowe teksturowanie powierzchni na obrabiarce CNC

Jednym z rozwiązań pozwalających na nadanie powierzchni określonych cech geometrycznych jest teksturowanie, tj. usuwanie materiału wskutek ukierunkowanego, kontrolowanego i sterowanego oddziaływania skoncentrowanej...

Pozycjonowanie obrabiarek CNC; Błędy wprowadzania korekcji

Pozycjonowanie obrabiarek CNC; Błędy wprowadzania korekcji

Podczas badań dokładności pozycjonowania obrabiarek często spotykałem się z sytuacją, że po wykasowaniu „starej” korekcji, wynik dokładności pozycjonowania osi był lepszy...

Termojądrowy silnik Boeinga

Termojądrowy silnik Boeinga

Prace nad nowymi sposobami napędu, zarówno pojazdów lądowych, jak i statków powietrznych, prowadzone są coraz intensywniej. Zajmują się nimi  niewielkie laboratoria...

Analiza modalna oraz jej zastosowanie w testach wibracyjnych

Analiza modalna oraz jej zastosowanie w testach wibracyjnych

Zastosowanie testów wibracyjnych jest powszechne dla większości wyrobów użytkowych. Począwszy od telefonu komórkowego, laptopa czy komponentów samochodowych, a skończywszy na satelitach...

Systemy monitorowania uszkodzeń statków powietrznych

Systemy monitorowania uszkodzeń statków powietrznych

Rozwiązania konstrukcyjne w lotnictwie są zoptymalizowane w tak wysokim stopniu, iż dalsze polepszanie parametrów lotu i osiągów statków powietrznych wiąże się z coraz większym...