Precizia si controlul asamblarilor conice

PRECIZIA SI CONTROLUL ASAMBLARILOR CONICE

CLASIFICARE.ELEMENTELE UNEI ASAMBLARI CONICE

Din punct de vedere constructiv si tehnologic , asamblarile conice sunt mai complicate decat cele cilindrice , pentru definirea lor fiind necesari mai multi parametri.Totusi , asamblarile conice netede sunt des utilizate in constructii de masini datorta avantajelor pe care le prezinta : [1] , [6] , [9]

centrarea precisa a arborelui conic in alezaj

posibilitate de etansare la presiuni mici si mijlocii

posibilitatea de reglare a jocului , in cazul asamblarilor mobile

Din punct de vedere al caracterului si rolului functional , asamblarile conice se clasifica astfel : [1] , [3-5] , [8]

asamblari conice mobile caracterizate printr-un joc functional garantat ca poate fi reglat prin deplasarea axiala a uneia din piesele conice ; (exemplu : lagare conice de frictiune).

asamblari conice fixe , caracterizate prin existenta intre cele doua piese a unei strangeri , obtinute prin presare , ce asigura transmiterea unui moment de torsiune sau centrarea pieselor conjugate ; (exemplu: fixarea unei scule aschietoare).

asamblari conice de etansare , caracterizate printr-un contact foarte bun si un joc efectiv nul; (exemplu: robinetele de gaz cu cepuri conice) .

Principalele elemente ale unei asamblari conice sunt date in fig.1: [1], [3], [5-6], [9], [11]

diametrul mare (mic) al alezajului conic , D_M (D_m)

diametrul mare (mic) al arborelui conic , d_M (d_m)

unghiul de inclinare a generatoarei fata de axa , α/2

unghiul de conicitate format de generatoarele opuse in sectiune axiala , α

Fig.1. Asamblare conica

- distanta L₂₃ (l₂₃) dintre doua sectiuni cu diametrele D₂ si D₃ , (d₂ si d₃)

distanta L (l) dintre baza de cotare si sectiunea nominala de diametru D₁ (d₁); Ca baza de cotare se poate lua una din suprafetele frontale ale piesei conice , sau alta suprafata a piesei importanta functional.

distanta bazica L_B a asamblarii conice , ce reprezinta distanta in directie axiala intre doua suprafete apartinand pieselor din asamblare (L^'_B) sau legate direct de asamblare (L^''_B)

lungimea conului interior (exterior) l_D (l_d)

lungimea de contact dintre cele doua suprafete H

Intre elementele unei suprafete conice exista relatiile (1) , (2) :

- inclinatia: (1)

- conicitatea: (2)

2 PRECIZIA ASAMBLARILOR CONICE

Precizia asamblarilor conice si interschimbabilitatea pieselor componente depind de precizia de realizare a diametrelor, a unghiurilor de conicitate si , deseori , a altor elemente. In STAS 9068-71 sunt indicate doua metode de cotare si tolerare a suprafetelor conice:

I)          - metoda conicitatii nominale

II)       - metoda conicitatii tolerate

2.1. Metoda conicitatii nominale

In cadrul acestei metode , variatia dimensiunilor D₁ , d₁ si L (l) se considera intre doua conuri coaxiale avand conicitatile egale cu valoarea nominala (α=α_nom

Deosebim doua situatii distincte: fie se prescrie toleranta la diametrul D₁ (d₁) intr-un plan determinat , fie se prescrie toleranta cotei ce determina planul cu diametrul nominal de referinta. [1-4], [8-9], [11].

a)     In primul caz unghiul de conicitate α si distanta de la baza de cotare L (l) sunt considerate cote de referinta (incadrate) iar diametrul D₁ (d₁) este variabil , tolerantele TD₁ si Td₁ la diametru fiind aceeasi in orice sectiune pe lungimea suprafetei conice. (fig.2)

Fig.2. Metoda conicitatii nominale:

toleranta la diametru

Deoarece tolerantele la diametrele celor doua suprafete conice determina direct toleranta la distanta bazica L_B acest mod de cotare se aplica cand se impune o anumita precizie a pieselor conice in directie axiala .

In functie de pozitia tolerantelor la diametru D₁ (d₁) se deosebesc trei situatii : [1], [3-4], [9]

TD₁ este data in plus iar Td₁ este data in minus (fig.3.)

Fig.3. Toleranta in plus la D₁ si toleranta in minus la d₁

Deoarece suprafetele conice trebuie sa fie in contact , tolerantele diametrelor vor determina o variatie a distantei bazice in limitele unei tolerante TL_B. Astfel in cazul limita din figura distantele bazice au valoare nominala. In celalalt caz limita cand d₁=d_{1 min} (CC^') si D₁=D_{1 max} (BB^' ) contactul dintre suprafete necesita deplasarea axiala a arborelui spre stanga sau a alezajului spre dreapta cu o valoare TL_B. Daca distanta bazica este L^'_B aceasta va ajunge la valoarea maxima L^'_{B max}=L^'_B+TL_B iar cand distanta bazica este L^''_B aceasta va ajunge la valoarea minima L^''_{B min}=L^''_B-TL_B . Rezulta pentru cele doua distante bazice una din cele doua posibilitati :

sau

Din triunghiul dreptunghic ∆ BCE rezulta (3) :

(3)

Cum C<1 rezulta ca toleranta la distanta bazica este mai mare decat suma tolerantelor diametrale.

De mentionat , ca in limitele tolerantei la diametru, unghiul de conicitate α variaza la fiecare suprafata conica intre doua limite determinate si de lungimea conului.Aceasta variatie a unghiului α este imporatnta din punct de vedere al contactului si controlului suprafetei conice (fig.4).

Fig.4. Variatia unghiului de conicitate α

TD₁ esta data in minus iar Td₁ este data in plus (fig.5)

Aceasta varianta , aplicata foarte rar , se deosebeste de prima prin aceea ca toleranta la distanta bazica are o pozitie contrara.

Fig.5. Toleranta in minus la D₁ si toleranta in plus la d₁

Tolerantele la diametrul alezajului si arborelui conic sunt suprapuse simetrice fata de valoarea nominala (fic.6)

In aceasta varianta, cel mai frecvent aplicata si recomandata de STAS putem scrie (4) :

Fig.6. Tolerante suprapuse la D₁ si d₁

(4)

D_{1 med}=d_1med=N

Cand D₁ , d₁ sunt la valoarea nominala (medie) , distanta bazica va fi nominala si medie .

Cand D₁= D_{1 max} si d₁ = d_{1 max} arborele conic se va deplasa spre stanga cu TL_B /2 iar distanta bazica devine L_B + TL_B /2 , respectiv L_B - TL_B /2 . In celalalt caz limita distantelor bazice devin L_B - TL_B /2 si respectiv L_B + TL_B /2 .

In fig.7 se prezinta un exemplu de cotare a unui arbore si un alezaj conic prin aceasta ultima varianta.

Fig. Exemplu de cotare a pieselor conice

b)     In sistemul de cotare cu tolerarea cotei L (1) ce determina pozitia planului de referinta , conicitatea si diametrul se pastreaza drept cote incadrate avand valori nominale ( fig.8. ).

Fig.8. Metoda conicitatii nominale:

Toleranta la cota L sau l

Dupa cum se observa , variatia cotei L (l) in limitele tolerantei prescrise determina o anumita varietate a diametrului D (d), aceeasi (in valoare absoluta ) pe toata lungimea conului.Variatia diametrului D (d) va determina o variatie TL_B la distanta bazica L_B. Unghiul de conicitate α variaza intre doua limite α_min si α_max determinate de tolerantele cotelor L si l si de lungimea suprafetelor conice respective.

Acest sistem de cotare este foarte comod din punct de vedere al controlului suprafetelor conice cu calibre limitative tampon sau bucsa conica si se aplica mai ales in cazul conicitatilor mari .

La ambele sisteme de cotare , abaterile de la rectilinitatea generatoarei si de la circularitate se vor incadra in tolerantele prescrise pentru diametrele D (d) sau pentru cotele L (l) , sau daca este necesar se vor prescrie (ca la suprafete cilindrice) . [1] , [4] , [9]

2.2. Metoda conicitatii tolerate

Aceasta metoda prevede stabilirea tolerantelor independent pentru una din dimensiunile liniare ( fie pentru diametrele D₁ si d₁ intr-un plan determinat prin cota de referinta L respective 1 , fie pentru cotele L si l , diametrele fiind considerate dimensiuni de referinta ) si pentru conicitate (toleranta la unghiul α se noteaza AT_α

Considerand ca toleranta la unghiul AT_α este simetrica , sunt posibile patru situatii: [1-4] , [8-9] , [11]

Se tolereaza diametrul mare (D_M sau d_M) al conului si unghiul de conicitate α (fig.9.)

Fig.9. Toleranta la diametrul mare al

conului si la unghiul de conicitate

Datorita tolerantei unghiului variatia lui D (d) creste , fata de toleranta prescrisa pentru D_M sau d_M , inspre diametrul mic al conului , ceea ce are importanta numai in privinta pozitiei axiale a pieselor (prin distanta bazica L_B) . La asamblarile fixe si etanse, importanta este numai toleranta AT_α . Aceasta varianta se aplica atunci cand sectiunea piesei cu diametrul D_M sau d_M este convenabila din punct de vedere al executiei si controlului . [1], [3-4], [9].

Se tolereaza D₁ si d₁ intr-o sectiune aflata la distanta de referinta L sau l fata de baza de referinta si unghiul α. (fig.10.).

Aceasta varianta se aplica atunci cand diametrul nu se poate masura in planurile frontale. Toleranta prescrisa la diametru TD₁, Td₁ se respecta numai in planul de referinta deoarece din cauza influentei abaterii de unghi, variatia maxima teoretica a diametrului in celelalte sectiuni. [1], [3-4], [9].

Fig.10. Toleranta la diametru conului intr-un plan dat si la

unghiul de conicitate

Se tolereaza diametrul mic ( D_m sau d_m ) al conului si unghiul de conicitate α (fig.11.)

Fig.11. Toleranta la diametru mic al conului si la

unghiul de conicitate

Situatia este asemanatoare celei de la punctul 1. [1], [3-4], [9].

4) Se tolereaza cota L (1) pana la planul nominal de masurare si unghiul de conicitate α (fig. 12.)

Se constata ca tolerantele T_L , T_l si AT_α determina tolerantele diametrale care vor fi diferite in diferite sectiuni ale conului . Aceasta varianta se aplica atunci cand intereseaza mai mult unghiul α si distanta L (1) si mai putin diametrul . [1] , [3-4]

Metoda conicitatii tolerate se utilizeaza la asamblari conice fixe si etanse , in care elementul principal care determina calitatea asamblarii (contactul suprafetelor) este unghiul α , lucru usor de demonstrat .

Fig. 12. Toleranta la cota de bazare L (1)

si la unghiul de conicitate

Exemplu:

Fig. 13. Toleranta in plus pentru α_D

si toleranta in minus pentru α_d

Astfel , in situatia din fig. 13. , cand toleranta la unghiul alezajului este data in plus , iar cea la unghiul arborelui in minus , adica:

α_{D max} = α _nom + AT_α

α_{d min} = α_nom - AT_α

contactul intre suprafetele conice va fi incomplet si va avea loc in zona diametrelor mici , in rest aparand un joc deoarece unghiul efectiv al alezajului este mai mare decat al arborelui conic .

Fig.14.Toleranta in minus pentru α_D

si toleranta in plus pentru α_d

Situatia cea mai favorabila este aceea in care tolerantele la suprafetele conice sunt suprapuse (eventual si simetrice) , deoarece unghiurile efective de conicitate au valori foarte apropiate si contactul este mult mai bun . (fig.15.) : [1]

Fig.15. Tolerante suprapuse pentru α_D si α_d

Pentru tolerantele unghiului conului sunt prevazute conform STAS 10120-75, 12 trepte de precizie , notate de la 1 la 12 in ordinea descrescatoare a preciziei. Tolerantele se dau in unitati unghiulare sau liniare pentru conicitati de la 1:3 la 1:500 si lungimi de la 6 la 630 m. Gama de lungimi este impartita in 10 intervale, toleranta la unghi descrescand cu lungimea, intrucat precizia unghiulara se realizeaza mai usor la piese mai lungi. Aceste tolerante se pot aplica si pentru piese prismatice.

3. CONTROLUL PIESELOR CONICE SI AL UNGHIURILOR

Pentru controlul pieselor conice in productia de serie si de masa se folosesc frecvent calibrele conice tampon (fig.16.) sau bucsa (manson) cu sectiune circulara (fig.1) sau uneori calibre conice plate (fig.18. si fig.19.).

Fig.16. Calibre conice: tampon Fig.1 Calibre conice: bucsa

Fig.18. Calibru-potcoava unghiular Fig.19. Calibru-potcoava unghiular

cu repere "trece" si ,nu trece"

Cu ajutorul calibrelor conice circulare se poate executa un control complex , al tuturor parametrilor geometrici (exceptand rugozitatea) . [1-2], [4-9], [12].

Distanta "T" dintre repere este tocmai toleranta pozitiei axiale a piesei verificate , functie de abaterile limita ale diametrului si unghiului α. Calibrele conice plate pot fi fixe sau portabile si se utilizeaza pentru controlul pieselor cu conicitati sau unghiuri mari.

Verificarea cu ajutorul calibrelor plate se poate face si la fanta de lumina. [1-2], [4-10], [12].

Controlul unghiurilor si conicitatilor in productia de serie se poate face si cu ajutorul unor dispozitive speciale: microscop, rigla de sinus, raportor, role calibrate, e.t.c. care vor fi abordate in cadrul activitatii de laborator.