Niedoceniane połączenie skurczowe - Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie

 

Wszędzie tam,

gdzie powstają

nowe konstrukcje

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

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

Czerwiec 6 (81) 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.

V-dwójka po włosku

V-dwójka po włosku

Gdy na ulicy zobaczymy motocykl w którym spod zbiornika paliwa wystają głowice – po jednej z każdej strony – prawie na pewno będzie to maszyna włoskiej marki Moto Guzzi. Ustawiony...

Napęd hybrydowy w lokomotywach manewrowych na przykładzie modernizacji SM42

Napęd hybrydowy w lokomotywach manewrowych na przykładzie modernizacji SM42

Lokomotywy manewrowe to głównie maszyny spalinowe wykorzystywane do prac o dużej różnorodności. Spotkać je możemy na bocznicach towarowych, bocznicach przyzakładowych, stacjach rozrządczych czy też punktach utrzymaniu taboru (tzw. depo). Spalinową...

Projektowanie form wtryskowych

Projektowanie form wtryskowych

W obecnych czasach udział elementów wykonywanych z tworzyw sztucznych w stosunku do innych technologii wytwarzania jest bardzo duży. Widać to w każdym produkcie, niezależnie czy jest to sprzęt AGD, czy samochód. Projektowanie elementów z tworzyw...

Przeczekać złą koniunkturę

Przeczekać złą koniunkturę

Ostatnie ekspozycje samochodowe pozwalają zwątpić w słowa polityków o tym, że kryzys już za nami. Niewiele firm odważa się na wprowadzanie nowych rozwiązań. Nowości te są zwykle mocno zbliżone do...

Zrobotyzowany trap z układem aktywnej kompensacji ruchu

Zrobotyzowany trap z układem aktywnej kompensacji ruchu

Spośród wielu problemów, z którymi boryka się górnictwo morskie, na wyróżnienie zasługuje problem transportu ludzi pomiędzy obiektami oceanotechnicznymi a statkami. Transport ten wiąże się z wysokim ryzykiem zajścia różnego rodzaju...

Okładziny dla masowego przepływu węgla w zasobnikach

Okładziny dla masowego przepływu węgla w zasobnikach

Należąca do Polskiej Grupy Energetycznej Elektrownia Turów o osiągalnej mocy 1498 MW, zlokalizowana jest w południowo-zachodniej części województwa dolnośląskiego. Pracuje nieprzerwanie od 1962 roku i jest trzecią, co do wielkości, w Polsce elektrownią spalająca...

Szybkie prototypowanie w procesie projektowania

Szybkie prototypowanie w procesie projektowania

Stosowanie technologii szybkiego prototypowania (Rapid Prototyping) pozwala w krótkim czasie wykonać wiele wariantów produktu i spośród nich wybrać ostateczny, który trafi do produkcji. Szczególnie istotne jest to w przypadku projektowania...

Szybkie prototypowanie i wytwarzanie endoprotez

Szybkie prototypowanie i wytwarzanie endoprotez

Warunki panujące w ludzkim organizmie stwarzają bardzo rygorystyczne kryteria dla materiałów stosowanych na elementy endoprotez. Ich trwałość jest ograniczona ze względu na procesy zużycia tribologicznego, zmęczenia materiału, inicjację procesów korozyjnych i reakcji...

Oszczędniej, wydajniej i nowocześniej w powietrzu

Oszczędniej, wydajniej i nowocześniej w powietrzu

Berliński Salon Lotniczy ILA to największa, odbywająca się co dwa lata, ekspozycja lotnicza. Przed dwoma laty współgospodarzem salonu była Polska, w tym roku tę rolę pełniły Turcja i Italia. Impreza...