consideratii privind alegerea si proiectarea cuplajelor elastice cu ...

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAOV
Catedra Design de Produs 'i Robotic-
Simpozionul naional cu participare internaional
PRoiectarea ASIstat de Calculator
P R A S I C ' 02
Vol. II - Organe de ma'ini. Transmisii mecanice
7-8 Noiembrie Braov, România
ISBN 973-635-075-4
CONSIDERAII PRIVIND ALEGEREA I PROIECTAREA CUPLAJELOR
ELASTICE CU ELEMENTE NEMETALICE
Marilena RADU, Emil CHIU, Radu VELICU
Universitatea “Transilvania” din Braov
Abstract: For one of them coupling’s size choosing can be taking of supplementary loads which, for a date
transmission, it is actuating about this. The determination of this is a problem of builder, which is indicating
the factors who contribute to the diminution loading capacity of coupling. In this paper it is present choosing
way of factors from correction the nominal torque, but and designing an particular case of coupling, namely
Periflex coupling, using the calculator, more exactly, by means of Delphi programm and ACAD draw
programm.
Cuvinte cheie: cuplaj elastic, func&ii, alegerea m'rimii unui cuplaj, proiectare cuplaj.
1. Introducere
Cuplajele realizeaz legtura, permanent sau
intermitent, între dou elemente ale unui lan
cinematic, fr a modifica legea de micare.
Alegerea unui tip de cuplaj se efectueaz avându-se
în vedere funciile pe care acesta trebuie s le
îndeplineasc în cadrul transmisiei.
Dintre cuplajele mecanice se folosesc, cu
prioritate, cuplajele permanente mobile elastice, în
general, i din aceast categorie cuplajele cu
elemente elastice cu elemente nemetalice, în special.
Cuplajele elastice pot prelua toate tipurile de abateri
– axiale, radiale, unghiulare – îns cu scderea
capacitii de transmitere.
Implementarea unui cuplaj într-o transmisie
mecanic trebuie efectuat astfel încât acesta s
rspund, într-o msur cât mai mare, cerinelor
impuse de funcionarea i durabilitatea transmisiei.
În acest sens este important s se aleag corect tipul
cuplajului i apoi m'rimea acestuia.
2. Alegerea 'i proiectarea cuplajelor
Principala funcie a cuplajelor este transmiterea
unui moment de torsiune impus M tn [1,2], fiind
evident necesitatea cunoaterii acestuia sau a
puterii P [kW] i turaiei n [rot/min], la arborele pe
care se monteaz semicuplajul conductor, între
aceste elemente existând relaia
P
= 9,55
10
[ Nmm]
. (1)
n
M tn
6
Alegerea mrimii cuplajului din cataloagele
firmelor de specialitate sau proiectarea unui cuplaj
nou nu pot fi efectuate inându-se seama doar de
valoarea momentului de torsiune M tn , deoarece la
montaj sau în timpul funcionrii asupra cuplajului
acioneaz i alte sarcini, suplimentare, cum ar fi:
• sarcini de inerie, care apar în regimurile
nestaionare de funcionare ale transmisiei;
• sarcini de oc i vibraii, care apar atât în
regimurile nestaionare cât i în cel staionar
de funcionare;

• sarcini datorate deformrii forate a
elementelor componente ale cuplajelor, atât
la montaj cât i în funcionare, datorate
necoaxialitii arborilor;
• sarcini datorate frecrii reciproce a
elementelor mobile ale cuplajelor.
Mrimile acestor sarcini depind de: caracteristica
mainii motoare, regimul de funcionare al mainii
antrenate i influena cuplajului asupra momentului
de inerie, rigiditii i comportrii la vibraii a
lanului cinematic al transmisiei pe care cuplajul o
echipeaz.
Pentru alegerea mrimii unui cuplaj trebuie s se
in seama de sarcinile suplimentare care, pentru o
transmisie dat, acioneaz asupra acestuia. De
regul, pentru alegerea mrimii cuplajului din
cataloagele firmelor constructoare se apeleaz la aa
numitul moment de torsiune de calcul (sarcin de
calcul), definit prin relaia
180
dintre bandaj, pe de o parte, i semicuplaje i discuri
pe de alt parte, fora de apsare fiind realizat prin
strângerea uruburilor 5, la montaj. Fora necesar
de prestrângere a unuia din cele z uruburi, montate
pe un semicuplaj, în ipoteza încrcrii uniforme a
uruburilor, se determin din condiia ca întregul
moment de torsiune s se transmit prin frecare
M
tc
D1
+ D2
M f = µ z iF01
, (3)
4
rezultând
F
01
4M
tc
, (4)
µ z(
D + D ) i
1
2
M
tc
= K M M
(2)
S
tn
tcn ,
în care K S este un factor de siguran (de regim, de
sarcin), determinat experimental i indicat în
cataloage sau standarde pentru fiecare tip de cuplaj
în parte, iar M tcn - momentul de torsiune indicat în
catalog pentru mrimea aleas. Coeficientul K S se
prezint atât sub forma unei valori globale, în
general pentru cuplaje permanente rigide, cât i sub
forma unui produs de coeficieni pariali, care in
seama de anumite aspecte ale funcionrii cuplajului,
respectiv a transmisiei în care acesta este
implementat [1, 2].
Pentru a uura activitatea de proiectare a
executanilor în ceea ce privete proiectarea
cuplajului Periflex, a fost realizat un program de
calcul pentru acest cuplaj, programul fiind realizat în
Delphi.
Cuplajul elastic cu bandaj de cauciuc, cunoscut
sub denumirea de cuplaj Periflex, are o larg
utilizare, în special datorit simplitii lor [2, 3].
Aceste cuplaje exist în mai multe variante
constructive, care se deosebesc prin forma
elementului elastic, care impune i forma
semicuplajelor.
Cuplajul elastic cu bandaj de cauciuc (fig. 1) se
compune dintr-un bandaj de cauciuc 3, cu inserii
textile, care este fixat pe semicuplajele 1 i 2 prin
intermediul discurilor 4, strânse cu uruburile 5.
Elementul elastic poate fi dintr-o singur bucat
(despicat pentru a putea fi montat) sau din mai
multe segmente aezate simetric. Solicitrile
principale ale bandajului de cauciuc sunt forfecarea,
strivirea i traciunea.
Momenul de torsiune se transmite prin frecarea
Fig. 1
unde: µ este coeficientul de frecare dintre bandaj i
semicuplaj sau disc ( µ = 0,3...0,5)
; D 1 i D 2 -
diametrele, minim i maxim, ale suprafeelor de
frecare; i – numrul perechilor de suprafee de
frecare (în acest caz i=2); M tc - momentul de
torsiune capabil a fi transmis de cuplaj, F 01 - fora
necesar de prestrângere a unuia din cele z uruburi.

Calculul la forfecare se reduce la calculul
tensiunii de forfecare în zona cea mai solicitat i
compararea cu rezistena admisibil
F f
f =
A
f
2M
=
D
tc
2
2
h
af
, (5)
unde: F f este fora care produce forfecarea, A f -
aria de forfecare, h – grosimea bandajului de
cauciuc, af – rezistena admisibil la forfecare ( af =
0,3…0,5MPa).
La strângerea elementului de cauciuc pe
semicuplaje, se produce strivirea acestuia, datorit
forei normale
F n = zF 01 , (6)
fiind necesar o verificare a bandajului la strivire, cu
relaia
Fs
s =
A
s
zF01
=
as , (7)
2 2
( D2
D1
)
4
în care: s reprezint tensiunea de strivire, as -
rezistena admisibil de strivire, ( as = 5…7MPa).
Bandajul de cauciuc este solicitat suplimentar la
traciune de ctre forele centrifuge, traciunea
devenind periculoas la viteze periferice mari. Din
acest motiv se limiteaz viteza periferic a
bandajului la v ad = 17,5…20 m/s, pentru care
tensiunea efectiv de traciune nu depete
rezistena admisibil la traciune a cauciucului ( at =
0,5MPa).
Ca verificare la traciune se accept inegalitatea
181
Dn
v = 60000
v ad
, (8)
unde: v este viteza periferic a bandajului de
cauciuc, v ad - viteza periferic admisibil.
Prin folosirea programului de calcul menionat
mai sus, aceste calcule pot fi rezolvate într-un timp
scurt, fiind necesar parcurgerea urmtoarelor etape:
1) Cunoscând diametrul arborelui de intrare d,
în cadrul ferestrei ‹‹Date de intrare -
Elemente geometrice››, dup selectarea
diametrului arborelui de intrare d, pentru
situaia considerat d=18mm, sunt afiate
dimensiunile geometrice ale cuplajului
(fig.2), din catalog, respectiv calculate.
2) În etapa a doua, dup selectarea ferestrei
‹‹Cuplaje Periflex - Elemente de calcul››
(fig. 3), se obin date din catalog despre
momentul de torsiune – pentru sarcin de
durat sau suprasarcin i turaia maxim la
care poate funciona cuplajul. În continuare
se stabilesc valorile pentru coeficientul de
siguran K S , coeficientul de frecare µ,
tensiunea admisibil la strivire as , rezistena
admisibil la forfecare af i numrul de
uruburi z.
3) Având stabilite datele de mai sus, în
fereastra ‹‹ Cuplaje Periflex - Rezultate ››
(fig. 4), se obin rezultatele privind calculele
efectuate la forfecare, strivire, fora de
apsare necesar strângerii bandajului de
cauciuc pe semicuplaje, fora care încarc
uruburile, momentele de torsiune capabil
M tcap , respectiv nominal M tn i verificarea la
traciune a bandajului de cauciuc, datorit
forelor centrifuge.
Fig. 2 Fig. 3

182
Fig. 4
Având dimensiunile geometrice ale cuplajului, Având la dispoziie cele dou programe,
verificarea cuplajului la cele trei solicitri fiind
realizat, se poate trece la executarea desenului,
executantul poate termina într-un timp mai scurt
proiectarea acestui tip de cuplaj.
folosind programul de desenare ACAD.
3. Concluzii
Alegerea tipului de cuplaj i a mrimii acestuia
sunt de foarte mare importan pentru transmisia pe
care cuplajul o echipeaz atât din punct de vedere a
transmiterii sarcinii cât i a atingerii unei durate de
funcionare impuse sistemului mecanic.
Bibliografie
1. Chiu E. .a. Cuplaje mecanice intermitente.
Braov, Editura Lux Libris, 1999.
2. Drghici, I. .a. Calculul 4i construc&ia
cuplajelor. Editura Tehnic, Bucureti, 1978.
3. Jula, A. .a. Organe de ma4ini, vol. I.
Universitatea din Braov, 1986.