1

1

Elementi konstrukcija 1

Stezni spojevi

dr. sc. Milan Kljajin, red. prof. u tr. zv.dr. sc. Željko Ivandić, izv. prof.

2

Postupci steznog spajanja

Pod steznim spojem podrazumijeva se spoj dva dijela (si. 1.86.) od kojih jedan ima vanjsku, a drugi istu unutarnju nazivnu mjeru, pri čemu je ostvaren preklop (prisnost) između dijelova, najčešće između glavine i rukavca.

Prije spajanja vanjski dio - glavina mora imati nešto manju unutarnju mjeru, nego vanjsku mjeru unutrašnji dio - vratilo, da bi se ostvario osnovni uvjet steznoga spoja.

2

3

4

Najčešće se spajaju rotacijski dijelovi (remenice, zupčanici, lančanici, turbinski i ventilatorski rotori, elektromotorski rotori, kotači, ležajni prsteni, dijelovi spojki itd.) odnosno općenito dijelovi u spoju s vratilom ili osovinom.

3

5

Steznim spajanjem dobivaju se izdržljivi i protiv vibracija sigurni spojevi koji mogu prenijeti velika dinamička i udarna opterećenja promjenjivog smjera vrtnje uz veliku prednost da su unutarnji i vanjski dijelovi točno međusobno centrirani bez zračnosti.

Pomicanje dijelova u spoju nije moguće nakon spajanja bez rastavljanja.

Stezni spojevi su cjenovno povoljni i jednostavni za izradu.

6

Ovisno o načinu formiranja preklopa steznogdosjeda, konstrukcijskoj izvedbi elemenata spoja i korištenim montažnim alatima i sredstvima razlikuju se mehanički, toplinski i hidraulički postupci spajanja odnosno uzdužni i poprečni stezni spojevi.

4

7

Uzdužni stezni spoj odnosno mehanički formirani spoj postiže se uprešavanjem, pri čemu se jedan dio utiskuje ili navlači na drugi dio silom pri temperaturi okoline (si. 1.86.).

8

Naležne površine prije spajanja se lagano naulje, što zapravo smanjuje faktor prianjanja ν, a time i prenosivo pogonsko opterećenje, jer pri uprešavanju nasuho može doći do struganja površina pa čak i do hladnog zavarivanja.

5

9

Ublažavanje navedenih problema i olakšanje uprešavanja ostvaruje se konstrukcijskim oblikovanjem dijelova u spoju kao:

• na spojnim dijelovima ne smije biti oštrih rubova i naglih prijelaza;

• kut skošenja vrha vratila ϕ treba biti najviše 5°;• duljina skošenja vrha mora biti ili

preporučenih vrijednosti prema DIN 7198;• duge, tanke dijelove treba kontrolirati na izvijanje;• zaobljene bridove treba izvesti na dijelu koji ima

veću granicu razvlačenja Re (odnosno Rp0,2).

3Fe Dl ≈

10

Brzina uprešavanja preporuča se < 2 mm/s s dovoljnom rezervom sile uprešavanja FUPod oko 2,5 puta veća od sile razdvajanja –popuštanja spoja. Stezni spoj ovako formiran smije se opteretiti tek 24 sata nakon uprešavanja.

6

11

Razlikujemo dvije vrste poprečnih steznih spojeva i to poprečni stezni spoj ostvaren skupljanjem i spoj ostvaren rastezanjem.Kod steznog spoja ostvarenog skupljanjem, vanjski dio se zagrijava na toliku temperaturu da se rastegne toliko da se lagano može navući na unutarnji dio. Pri ohlađivanju vanjski dio se skuplja i nalegne naunutarnji dio nakon poništenja zračnosti, te u daljnjem procesu stezanja pri hlađenju povećava se tlak na naležnim površinama spoja.

12

Zagrijavanje se može obaviti na elektrogrijaćojploči ili prstenastim plinskim gorionikom, iako zbog ravnomjernije raspodjele topline mnogo je bolje zagrijavanje u uljnoj kupci (mineralno ulje do 300 °C, a parafinsko ili silikonsko ulje do 400 °C). Kada naležna površina mora ostati suha tj. nenauljena bez ogorine, može se koristiti vrući zrak do 400 °C (u posebnim pećima do 600 °C) za zagrijavanje. Pri zagrijavanju na temperaturi iznad 400 °C dolazi do popuštanja materijala što ima za posljedicu smanjenje čvrstoće, a time i tvrdoće materijala.

7

13

Ako naležne površine oksidiraju, povećava se faktor prianjanja ν odnosno faktor trenja μ.

14

Pri formiranju steznog spoja rastezanjem, unutarnji dio se pothlađuje toliko da se može umetnuti u provrt vanjskoga dijela, odnosno u graničnom slučaju lagano ugurati u vanjski dio. Pri zagrijavanju na temperaturu okoline pothlađeni dio se rastegne, poništenjem zračnosti nalegne jedan na drugi, te potom pritisne naležnu površinu vanjskoga dijela. Za pothlađivanje unutarnjeg dijela upotrebljava se suhi led (snijeg ugljične kiseline) t oko –78 °C ili tekući dušik t oko –196 °C.

8

15

Skupo pothlađivanje vršimo samo kada bi vanjski dio trebalo zagrijati iznad dopuštene temperature. Najčešće se primjenjuje u serijskoj proizvodnji, ali uz ograničenje da putovi transporta budu što kraći zbog brzog zagrijavanja na temperaturu okoline.

16

Kombinirani stezni spoj nastaje istodobnom upotrebom steznoga spoja ostvarenoga skupljanjem i steznoga spoja ostvarenoga rastezanjem, tj. istodobnim zagrijavanjem vanjskog dijela i pothlađivanjem unutarnjeg dijela. Ovaj način se koristi kada se jednim postupkom ne može kompenzirati cjelokupan preklop dosje-da, te se stoga preklop podijeli na vanjski i unutarnji dio u odnosu koeficijenata toplinskog rastezanja za grijanje i hlađenje korištenih materijala steznoga spoja.

9

17

Kod hidrauličkih postupaka odnosno spajanja uljem pod tlakom poradi visokoga narinutog tlaka ulja između naležnih površina spoja, vanjski dio se proširuje, a unutarnji skuplja, čime je omogućeno međusobno navlačenje dijelova. Ovaj postupak je primjenjivan pri blago koničnooblikovanim naležnim površinama (koničnost 1 : 30), čime je omogućeno lagano navlačenje i oslobađanje naležnih površina dijelova u spoju (sl. 1.87a).

18

10

19

Ulje pod tlakom vodi se kroz provrte i obodne utore u rukavcu ili glavini. Dijelovi u steznom spoju najprije se lagano spoje rukom što omogućuje konus, te se istodobno uz povećanje tlaka uzdužnom silom pomiče konus u uklinjenje čime se smanjuje debljina uljnoga sloja tj. zračnost između dijelova, a time i gubitak tlaka ulja.

20

U trenutku postizanja potrebne vrijednosti uzdužne sile ili pozicije konusa, ulje pod tlakom se isključuje. U vremenu od 10 do 120 minuta, kada dođe dopotpunog gubitka tlaka ulja kroz rascjepe i provrte, stezni spoj se može potpuno opteretiti. Za otpuštanje steznoga spoja postupak je suprotan. Potrebno je osigurati 2 do 5 puta veći tlak od tlaka na naležnim površinama.

11

21

Pri spajanju bolja su se pokazala rjeđa ulja (mala viskoznost), a pri razdvajanju gušća ulja. Za ekstremno visoke tlakove koristi se glicerin.Za dijelove s cilindričnim naležnim površinama može se primijeniti postupak tlačnim uljem samo za rastavljanje dijelova u spoju uz neizostavno korištenje raznih priprema i naprava prema DIN 15055 (sl. 1.87b).

22

Proračun cilindričnih steznihspojeva

Uslijed razlike dimenzija promjera pri spajanju u cjelinu, kao posljedica nastalih deformacija javlja se tlak pF na naležnoj površini spoja. Umnožak tlaka na naležnoj površini pF, naležne površine spoja

i faktora prianjanja ν daje otpor koji se suprotstavlja djelovanju pogonskog opterećenja, obodne sile

FFF π lDA ⋅⋅=

12

23

uslijed momenta vrtnje To, uzdužne sile Faodnosno njihove rezultante Fres kada djeluju istodobno (sl. 1.88.).

F

oo

2DT

F =

24

13

25

Pogonska rezultirajuća sila Fres koja se javlja u radu:

26

Pritom se mora pogonsko opterećenje Fo, Fa ili Fres sigurno prenijeti, tj. potrebna sila prianjanja na naležnoj površini steznoga spoja mora iznositi:

14

27

28

Budući da je otpor prianjanja prije popuštanja spoja veći od otpora proklizavanja, sila popuštanja bit će veća od sile međusobnog proklizavanja dijelova u spoju. Pri naizmjeničnom opterećenju, sila potrebna za svladavanje otpora prianjanja pada na vrijednost sile proklizavanja. Zbog sigurnosti uzima se da je sila koja se može prenijeti steznim spojem ona koja proizlazi iz sile proklizavanja.

15

29

U proračunu prema DIN 7190 pored pogonskog opterećenja treba uzeti u obzir i djelovanje centrifugalne sile ili temperaturna kolebanja koja se javljaju pri radu.Postupak proračuna prema DIN 7190 uzima u obzir stezne spojeve jednake uzdužne duljine vanjskog i unutarnjeg dijela, dok se zadovoljavajuće vrijednosti mogu dobiti i za spojeve različite duljine pri čemu se mora uzeti u obzir povećanje rubnih pritisaka – napetosti u rubnom području spoja.

30

Potrebni tlak u naležnoj površini steznog spoje:

16

31

32

17

33

34

18

35

36

19

37

38

20

39

40

21

41

42

22

43

44

23

45

46

24

47

48

25

49

50

26

51

Proračun čisto elastično opterećenog spoja

52

27

53

54

28

55

56

29

57

58

30

59

60

31

61

62

Proračun elastično-plastičnog opterećenog spoja

32

63

64

33

65

Formiranje steznih spojeva

66

34

67

68

35

69

70

36

71

72

37

73

74

38

75

Kraj poglavlja

Slavonski Brod, 2011.