Niedoceniane połączenie skurczowe - Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie


Wszędzie tam,
gdzie powstają
nowe konstrukcje

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

Wrzesień 9 (84) 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.

Romantyzm latania i konstrukcje Jerzego Wolfa

Romantyzm latania i konstrukcje Jerzego Wolfa

Z dr inż. Zbigniewem Czerwikiem pilotem, nestorem polskiego motolotniarstwa i honorowym prezesem Aeroklubu Łódzkiego rozmawia Ryszard Romanowski – Kiedy zaczął pan latać na lotniach i motolotniach?– Ten Niemiec, Alzheimer, który do mnie przyjeżdża, zakłóca...

O projektowaniu aut od kuchni: Volvo V70

O projektowaniu aut od kuchni: Volvo V70

Szwedzcy projektanci byli i są pionierami w kwestii bezpieczeństwa użytkowników pojazdów samochodowych. Doskonałe w tej dziedzinie rezultaty osiągnęli drogą ewolucyjnego procesu zwiększania bezpieczeństwa kolejnych generacji modeli aut Volvo. Piotr Bednarski W czasach przejęć i konsolidacji w branży samochodowej...

Gun Engine; przełomowy silnik Hołubowicza

Gun Engine; przełomowy silnik Hołubowicza

Można śmiało powiedzieć, że w dziedzinie silników spalinowych niewiele się dzieje. Wystarczy dokładnie przyjrzeć się większości stosowanych obecnie konstrukcji aby dojść do wniosku, że wywodzą się one wprost z konstrukcji sprzed co...

Historia pewnego wynalazku; cz. III

Historia pewnego wynalazku; cz. III

Od wydrukowania dwóch pierwszych części o tytule jak wyżej minęły już przeszło trzy lata i jest to jeszcze jedno potwierdzenie tezy, że praca inżyniera to raczej bieg długodystansowca czy wręcz maratończyka, a nie...

Ceramika techniczna; wyzwanie dla konstruktora

Ceramika techniczna; wyzwanie dla konstruktora

Sprawdzając pojęcie „ceramika” w encyklopedii można dowiedzieć się, że słowo to pochodzi z języka greckiego i oznacza wyroby z wypalanej gliny, takie jak terakota, kamionka, fajans, gres, porcelana, a także cegła. Przykładem największych artystycznych osiągnięć...

Projektowanie wkładu kominkowego w TurboCAD

Projektowanie wkładu kominkowego w TurboCAD

W kilku poprzednich artykułach opisujących pracę w TurboCAD zostały zaprezentowane możliwości projektowe systemu w oparciu o wybrane polecenia. Teraz skoncentrujemy się na przedstawieniu kolejnych faz projektowania podczas opracowywania gotowego wyrobu, jakim jest wkład kominkowy...

Rama i nie tylko, czyli podwozia motocyklowe

Rama i nie tylko, czyli podwozia motocyklowe

Niemiecki Hildebrant & Wolfmuller był pierwszym seryjnie produkowanym motocyklem na świecie. Obaj wspólnicy uzyskali nań patent 20 stycznia 1894 roku. Od tej chwili do dnia dzisiejszego konstrukcje podwozi motocyklowych przeszły...

Jak diagnozować przyczyny błędów obróbki CNC detali; cz. 2

Jak diagnozować przyczyny błędów obróbki CNC detali; cz. 2

Chociaż artykuł ten opisuje przede wszystkim jak diagnozować błędy wykonania detali przy obróbkach specjalnych na tokarkach, to może on być także wskazówką ogólną, jak podejść do diagnostyki przyczyn błędów obróbki...

Obróbka wykończeniowa materiałów lekkich; cz. II

Obróbka wykończeniowa materiałów lekkich; cz. II

Magnez (Mg), stanowiący 2% masy skorupy ziemskiej, jest jednym z najlżejszych metali o gęstości 1,74 g/cm3; jako czysty pierwiastek cechuje się niewielkimi własnościami wytrzymałościowymi i plastycznymi. Jego zalety, takie jak wysokie ciepło spalania...