Akademia Morska w Szczecinie
Wydział Inżynieryjno-Ekonomiczny Transportu

Technologia remontów – laboratorium

„Realizacja połączeń wciskowych i kształtowych podczas montażu i demontażu maszyn”

III ZIP, ZPSE, L01

Szczecin 2014

Wstęp

Połączenia służą do przenoszenia obciążeń między elementami konstrukcyjnymi uniemożliwiając ich wzajemne przemieszczenia.

Połączenia wciskowe należą do połączeń kształtowych bezpośrednich. Oznacza to, że połączenie odbywa się bez elementu pośredniczącego, dzięki tarciu wywołanemu wzajemnemu naciskowi łączonych elementów. Nacisk wywołany jest poprzez odpowiednie tolerowanie wymiarów w ten sposób, że wymiar wewnętrzny jednego elementu jest zawsze mniejszy od wymiaru zewnętrznego drugiego elementu w połączeniu.

Połączenia wciskowe są coraz szerzej stosowane ze względu na ich zalety, takie jak: dobre środkowanie części, oszczędności materiałowe, możliwość produkcji seryjnej, niski koszt przy zachowaniu pewności połączenia.

Zaletami połączenia wciskowego są dokładna współosiowość łączonych elementów, brak dodatkowych elementów pośredniczących w połączeniu, duża obciążalność złącza siłami zmiennymi i udarowymi oraz brak karbów. Do wad połączenia należy zaliczyć konieczność zachowania dużych dokładności wymiarów i małych chropowatości powierzchni, wrażliwość na temperaturę pracy w przypadku łączenia elementów wykonanych z różnych materiałów, możliwość zatarcia podczas montażu oraz koncentracja naprężeń na krawędziach połączenia.

Rozróżnia się rodzaje połączeń:

1. Bezpośrednie

2. Pośrednie

Według sposobu wykonania połączenia dzielimy na:

• Połączenia wtłaczane – realizowane za pomocą dużych sił w celu nasunięcia jednego elementu na drugi za pomocą prasy hydraulicznej, prasy ręcznej lub przy użyciu młotka.

• Połączenia skurczowe - wykorzystuje rozszerzalność cieplną metali. Obniżenie temperatury wałka lub podniesienie temperatury piasty. Następnie połączenie obu elementów i wyrównanie temperatur. Wykonuje się poprzez nagrzanie oprawy w piecu lub w kąpieli olejowej i swobodne nałożenie jej na czop.

• Połączenia rozprężne – wykonuje się poprzez oziębienie czopa w spirytusie lub acetonie, ochłodzonym za pomocą suchego lodu i włożenie go w otwór oprawy. Połączenia rozprężne stosuje się przy osadzaniu małych części w częściach dużych np. osadzanie tulejek lub kołków w kadłubach maszyn.

• Połączenie kombinowane – jest przy łączeniu elementów o dużych wymiarach, gdzie przy zwykłym wtłaczaniu wymagana byłaby zbyt duża wartość siły wcisku.

Projektując połączenie wtłaczane należy dobrać odpowiednie pasowanie, które zapewni osiągnięcie wcisku niezbędnego do przeniesienia żądanego obciążenia (siły wzdłużnej lub momentu skręcającego). Ponadto należy sprawdzić, czy wartość wcisku, wynikająca z zastosowania danego pasowania, nie wywoła docisku większego niż dopuszczalny, co może spowodować zniszczenie łączonych elementów.

Wciskiem N nazywamy bezwzględną wartość luzu ujemnego S czyli dodatnią wartość różnicy między średnicą zewnętrzną czopa i wewnętrzną oprawy.

N_max =  |−S_min| N_min =  |−S_max|

W przypadku połączeń skurczowych wartość wcisku, jaki może­my uzyskać, zależy głównie od naprężeń rozciągających w stygną­cej oprawie (pierścieniu). Badania wykazują, że naprężenia te mogą być bliskie Re bez szkody dla wytrzymałości złącza. Zapewnia to możliwość stosowania większych wartości wcisku oraz możliwość obciążenia złącza większą siłą niż w przypadku połączeń wtłaczanych.

Pierścienie skurczowe nagrzewamy do temperatury niezbędnej do osiągnięcia wymiaru otworu umożliwiającego swobodne na­łożenie pierścienia na łączone części. Przy wyznaczaniu tempera­tury nagrzania pierścienia uwzględniamy warunki technologiczno-montażowe, tzn. wymiary przedmiotu, odległość stanowiska grzewczego od stanowiska montażowego, czas montażu itd. Projektując połączenia skurczowe obliczamy względny (jednost­kowy) przyrost cieplny średnicy nominalnej.

Zastosowane przyrządy

Nagrzewnica indukcyjna - służy do nagrzewania metalowych przedmiotów za pomocą indukowania w nich prądów wirowych. Przedmiot, który ma zostać ogrzany, jest umieszczany w spirali, w której przepływa prąd o wysokiej częstotliwości. Indukowane prądy wirowe oraz straty w materiale wynikające z jego szybkiego przemagnesowywania powodują rozgrzewanie metalu „od wewnątrz”.

Prasa - maszyna robocza, której działanie polega na wywieraniu nacisku (również zgniatania, prasowania) na przedmiot umieszczony pomiędzy jej elementami roboczymi. Maszyna o napędzie ręcznym lub mechanicznym, której działanie oparte jest na wywieraniu statycznego nacisku na materiał lub przedmiot obrabiany, umieszczony pomiędzy jej częściami roboczymi (nieruchomą, będącą częścią ramy stojaka oraz ruchomą - suwakiem, belką, tłokiem itp., wykonującą ruch posuwisto-zwrotny).

Opis wykonania ćwiczenia oraz otrzymane pomiary

Przed nagrzaniem należało zmierzyć badane elementy:

• Średnicę wewnętrzna łożyska - 29,4 mm

• Średnicę zewnętrzna wału - 30 mm

Następnie, należało umieścić elementy w nagrzewnicy indukcyjnej. Nagrzewanie wykonywane było do konkretnej temperatury (w przypadku na zajęciach - 100 °C). Kolejnym etapem było wyciągnięcie i łączenie na prasie.

Wymiary po wykonanych procesach:

• I

  • Średnica wewnętrzna łożyska: 42,3 mm

  • Średnica zewnętrzna wału: 42,5 mm

• II

  • Średnica wewnętrzna łożyska: 42,50 mm

  • Średnica zewnętrzna wału: 42,62 mm

Wnioski

Podczas zajęć można było zapoznać się z metodą realizacji połączeń wciskowych, która jest stosowana do procesu montażu oraz demontażu maszyny i jej elementów. Ćwiczenie wykonywane było z użyciem takich urządzeń jak nagrzewnica indukcyjna, w której podgrzewana była badana próbka, oraz prasa, gdzie można było połączyć badane elementy.

Połączenia wciskowe cechuje prostota i łatwość wykonania. Mogą przenosić równocześnie stosunkowo duże obciążenia poosiowe i momenty obrotowe statyczne, jak i dynamiczne. Zaletami połączenia wciskowego są dokładna współosiowość łączonych elementów, brak dodatkowych elementów pośredniczących w połączeniu, duża obciążalność złącza siłami zmiennymi i udarowymi oraz brak karbów.