badanie noŚnoŚci poŁĄczenia wciskowego

Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) 49

Andrzej Białas, Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL, Katowice Jerzy Madej, Akademia Techniczno-Humanistyczna, Bielsko-Biała

BADANIE NOŚNOŚCI POŁĄCZENIA WCISKOWEGO

LOAD CAPACITY ANALYSIS OF THE INTERFERENCE JOINT

Streszczenie: W artykule przedstawiono sposób badania nośności połączenia wciskowego realizowanego między wałem a tuleją. Przedstawiono również ogólne założenia konstrukcyjne dotyczące modeli badawczych (wał i tuleja) oraz zaprojektowane i wykonane stanowisko badawcze. Głównym celem pracy jest określenie wpływu chropowatości powierzchni, sposobu montażu i długości badanego połączenia na jego nośność.

Abstract: Description of the analysis method of the interference joint between shaft and sleeve is presented in the paper. The design intents of research models (shaft and sleeve) and designed test stand is shown too. The determine the effect of surface roughness, method and lengths of assembly for the load of joint is the main purpose.

Słowa kluczowe: maszyny elektryczne, połączenie wciskowe, wał, tuleja

Keywords: electrical machines, interference joint, shaft, sleeve

1. Wstęp

Połączeniem wciskowym bezpośrednim jest po-łączenie, w którym wzajemne unieruchomienie łączonych części następuje na skutek tarcia wy-wołanego przez wcisk. Rozłączeniu połączo-nych w ten sposób części przeciwdziałają siły tarcia i naprężenia powstałe w wyniku połą-czenia [1]. Istotnym czynnikiem określającym nośność połączenia jest ujemna wartość różnicy wymiarów otworu i wałka przed ich połącze-niem (rys.1) [2].

Rys. 1. Elementy złącza wciskowego: 1 - wał,

2 – tuleja

W zależności od technologii montażu połącze-nie wciskowe dzielimy na:

• połączenie wtłaczane, • połączenie skurczowe (wykorzystując

rozszerzalność cieplną materiałów), • połączenie rozprężne, • połączenie kombinowane.

Taki typ połączenia jest często używany w ma-szynach elektrycznych [4, 5, 6, 7, 8].

2. Założenia konstrukcyjne modelu bada-wczego

W ramach badań nośności połączenia wcisko-wego zostały zaprojektowane i wykonane mo-dele wału i tulei. Na rysunkach 2 i 3 przedsta-wiono konstrukcję oraz rzeczywisty obraz ba-danego wału. Rysunki 4 i 5 przedstawiają kon-strukcję oraz model rzeczywisty badanej tulei.

Rys. 2. Rysunek konstrukcyjny badanego wału

Rys. 3. Model rzeczywisty badanego wału


Rys. 4. Rysunek konstrukcyjny badanej tulei

Rys. 5. Model rzeczywisty badanej tulei

W ramach pierwszego etapu badań wykonano 12 wałów oraz 12 tulei. Tuleje zostały wyko-nane w dwóch wymiarach długości: 50mm (sztuk 4) i 100mm (sztuk 8). W założeniach ko-nstrukcyjnych dotyczących jakości powierzchni części współpracujących zadeklarowano dla wału chropowatość powierzchni Ra0,8, nato-miast dla tulei wartość Ra1,6 i Ra6,3.

3. Pomiar kontrolny modelów rzeczywi-stych

Pomiar kontrolny wałów i tulei został podzie-lony na dwa etapy. Etap pierwszy dotyczył pomiaru chropowatości powierzchni współpracujących części badanych.

W tabeli 1 przedstawiono wymagane przez autorów chropowatości powierzchni wału i tulei oraz zakresy wartości wykonanych modeli rze-czywistych po obróbce wykańczającej. Pomiar chropowatości został wykonany przy użyciu mobilnego urządzenia do pomiaru chropowato-ści.

Tabela 1

Wymagana chropowatość

Wykonana chropowatość

Wał (szt.12) max Ra0,8 Ra0,38-0,47 Tuleja (szt. 6) max Ra1,6 Ra1,2-1,4 Tuleja (szt. 6) max Ra6,3 Ra5,6-5,9

Etap drugi, który zostanie zrealizowany w naj-bliższym czasie, dotyczy pomiaru średnicy oraz tolerancji kształtu – okrągłości i walcowatości powierzchni współpracujących. Pomiary te zo-staną wykonane na współrzędnościowej maszy-nie pomiarowej Zeiss Accura 7 (rys. 6), której deklarowana dokładność wynosi 2 µm.

Rys. 6. Współrzędnościowa maszyna pomiaro-

wa Zeiss Accura 7

Sposób zamocowania oraz przykład pomiaru tulei przeznaczonej do badań nośności połącze-nia wciskowego przedstawia rysunek 7.


Rys. 7. Pomiar modelu rzeczywistego

4. Zakres badań

Celem planowanych badań jest wyznaczenie wpływu chropowatości powierzchni, sposobu montażu między wałem a tuleją oraz długości badanego połączenia na jego nośność. W tab. 2 przedstawiono rozważane konfiguracje bada-nego połączenia.

Tabela 2

Na rysunku 8 pokazano złożony model prze-znaczony do badania maksymalnego obciążenia zewnętrznego w postaci momentu obrotowego, który może zostać przeniesione przez analizo-wane połączenia wciskowego.

Rys. 8. Modelu badanego obiektu

5. Stanowisko badawcze

W ramach pracy zostało zaprojektowane i wy-konane stanowisko badawcze, pozwalające na pomiar maksymalnego momentu obrotowego, przy którym nastąpi zerwanie połączenia mię-dzy wałem a tuleją.

Rys. 9. Model 3D stanowiska badawczego

Rys. 10. Stanowisko badawcze

Wał

dł. mm

Ra

wału

Tuleja dł. mm

Ra

tulei

Sposób montażu

1

2 Ra1,6

Połączenie skurczowe

3

4

50 Ø48M6

Ra6,3 Połączenie skurczowe

5

6

Połączenie wtłaczane

7

8


9

10

Połączenie wtłaczane

11

12

100 Ø48m5

Ra0,8

100 Ø48M6



Na rysunkach 9 i 10 pokazano model 3D stano-wiska oraz jego rzeczywistą realizację. Podczas badań wykonywanych na tym stanowisku bę-dzie odczytywana obciążenia powodującego ze-rwanie połączenia wciskowego. Przykładowy wynik otrzymany podczas badań przedstawia rysunek 11.

Rys. 11. Przykład wyników pomiarowych

6. Podsumowanie

W artykule przedstawiono sposób pomiaru no-śności połączenia wciskowego realizowanego między wałem a tuleją. Podjęte prace umożli-wią poszerzenie wiedzy dotyczącej nośności połączeń wciskowych, które są coraz częściej stosowane ze względu na dużą wytrzymałość złącza, brak karbu i możliwość zachowania współosiowości elementów łączonych. Kolej-nym krokiem będzie przeprowadzenie badań nośności połączeń wciskowych z określeniem wpływu jakości powierzchni części współpra-cujący oraz sposobu montażu. Autorzy planują również analizować badane połączenia przy użyciu metody elementów skończonych. Wy-niki tych badań zostaną opublikowane w kolej-nych artykułach.

Literatura [1]. Praca zbiorowa, „Mały poradnik mechanika”, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1994. [2]. Dziurski A., Kania L., Mazanek E. „Przykłady

obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn”, Wyda-wnictwo Naukowo-Techniczne 2009. [3]. Rutkowski A., „Części maszyn”, WSiP, 2009.

[4]. Radwański W., Będkowski B.: „Obliczenia tra-

kcyjne pojazdu sportowo rekreacyjnego UTV”, Ze-szyty Problemowe - Maszyny Elektryczne, nr 3/2012(96). [5]. Dukalski P., Brymora L.: „Nowa koncepcja

silnika trakcyjnego wzbudzanego magnesami trwa-

łymi przeznaczonego do zastosowania w napędach

kopalń”, Zeszyty Problemowe - Maszyny Elektry-czne, nr 2/2012(99). [6]. Wolnik T.: „Porównanie współczynnika gęsto-

ści momentu silnika tarczowego oraz silnika cylin-

drycznego z magnesami trwałymi”, Przegląd Ele-ktrotechniczny, NR 1/2014. [7]. Mróz J., Skupień K., Drwięga A., Budzyński Z., Polnik B., Czerniak D., Dukalski P., Brymora l.: "Gentle

accumulator drive (GAD) – new directions of development

for the mining industry". Przegląd Elektrotechniczny 06/2013. [8]. Bernatt J., Gawron S., Król E.: „Zastosowania trak-

cyjne nowoczesnych silników z magnesami trwałymi." Przegląd Elektrotechniczny, Nr 12/2009.

Autorzy

mgr inż. Andrzej Białas [email protected] Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL al. Roździeńskiego 188 40-203 Katowice dr hab. inż. Jerzy Madej, prof. ATH [email protected] Akademia Techniczno-Humanistyczna Katedra Podstaw Budowy Maszyn Zakład Wytrzymałości Materiałów i Maszyn Przepływowych 43-309 Bielsko Biała, ul. Willowa 2 Autor jest stypendystą w ramach projektu „DoktoRIS – Program stypendialny na rzecz innowacyjnego Śląska” współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

badanie noŚnoŚci poŁĄczenia wciskowego

Documents