UPEVŇOVÁNÍ KOVOVÝCH
VÁLCOVÝCH DÍLŮ
Spojení válcových dílů lepidly je důmyslný, ale složitý postup lepení. Při správné konstrukci,
výběru produktu a montáži nabízí tato technologie významné přínosy pro inženýry v
konstrukci i ve výrobě.
7.1 Upevňování kovových válcových dílů lepidly
Loctite zavedl pojem Retaining Compounds - "upevňovací sloučeniny" pro popis lepidel
používaných k pevnému spojení vzájemně zasunutých válcových dílů. Typickým příkladem
jsou ložiska namontovaná v krytu elektrického motoru.
Americká normotvorná společnost (ASA) začala normalizovat postupy pro lisovaná uložení v
roce 1920. Teprve v roce 1955 byla zveřejněna norma ASA B4.1 "Doporučené tolerance a
lícování pro válcové součásti". Tento postup byl omezen jen na dostatečně masívní díly, které
by přenesly velké zatížení nalisovaných uložení.
Svá upevňovací lepidla Loctite uvedl na trh v roce 1963. Odezva inženýrů zabývajících se
výměnou opotřebených ložisek byla velmi pozitivní. Upevňovací lepidla umožnila
zákazníkům kupujícím nová ložiska zachránit opotřebené skříně a ušetřit uživatelům
elektrických motorů i náklady na sešrotování.
Upevňovače jsou anaeroby (viz úvod kapitoly 2), a proto jsou vhodné na kovové díly
vystavené široké škále zatížení a vlivu prostředí. Pro lepení válcových nekovových částí,
např. plastových dílů, lze též použít postupů uvedených v této kapitole, avšak raději si
vyžádejte doporučení ve Vaší místní kanceláří Loctite (viz Zdroje - kapitola 1).
7.1.1 Oblíbené aplikace upevňovacích lepidel
Montáž ložisek do skříní nebo na hřídele.
Upevnění rotorů, ozubených převodů, pastorků a řetězovek na hřídeli.
Upevnění vložek válců motorů.
Utěsnění zátek, tzv. jaderných či mrazových, v motorech.
Náhrada per a stavěcích šroubů.
Omezení zkrutu přesných nástrojů nebo dílů.
Montáž vrtacích vodících pouzder.
Upevnění vodící trubky olejoznaku v odlitku motoru.
Obnovení přesnosti opotřebených obráběcích nástrojů.
7.1.2 Druhy upevnění válcových dílů
Spoje používané k přenosu zatížení ve směru torzním, radiálním nebo axiálním z hřídele na
náboj (nebo i naopak) lze rozdělit do čtyř skupin:
1.
2.
3.
4.
Přenos tvarem (např. perem, drážkováním).
Přenos třením (např. lisovaným spojem).
Svařováním nebo pájením na tvrdo.
Spojení lepením.
Kategorie 3 a 4 jsou někdy uváděny společně a nazývány jako přenos styčnou plochou.
7.1.2.1 Sestavy přenosu tvarem
Nejobvyklejší sestavou přenosu tvarem je obvyklé spojení hřídele s perem a drážkou. Patří
sem také klín, kolík, drážkování a vroubkování. Tyto systémy se relativně snadno montují
nebo demontují a přenášejí velké krouticí momenty. Proti těmto přednostem stojí nevýhody,
jako jsou vysoké koncentrace namáhání vlivem "vrubového účinku" v okolí klínu, vysoké
náklady na opracování, potřeba axiálního upevnění a vůle nezbytné ve většině konstrukcí.
Naklínování dílů přináší excentricitu, nerovnoměrné rozložení hmot a tudíž i nevyváženost,
která vede k vibracím při vysokých otáčkách.
7.1.2.2 Sestavy přenosu třením
Dobře známé montážní uzly pro přenos třením zahrnují svěrné upevnění, lisované uložení za
studena i za tepla a uložení s kuželovým čepem.
Tato řešení mohou být velmi hospodárná, nezpůsobují nevyváženost při vysokých otáčkách a
nepotřebují dodatečná axiální upevnění.
Mají však nevýhody: přenos momentu závisí výhradně na tření, které je omezeno materiálem,
povrchem a konstrukce vyžadují velmi těsné tolerance k dosažení vysokých specifických
tlaků, což vede k vysokým výrobním nákladům. Vyjma případu s uložením na kužel a
rozpínacích pouzder je toto spojení jen obtížně a nebo vůbec nerozebíratelné kvůli zadírání.
Uložení s přesahem vytváří v dílech napětí, která mohou vést až k jejich porušení, zvláště
sečtou-li se s napětími provozními.
Obr. 62 Koroze třením.
Koroze třením
Montážní skupiny s přenosem zatížení tvarem i třením jsou náchylné k tzv. červené korozi,
způsobené třením i napětím. Příčinou jsou mikropohyby vedoucí i ke zrychlenému opotřebení
a k případnému selhání (viz obr. 62).
Svařování, pájení natvrdo a lepení tvoří spoje, kde nejsou mikropohyby možné. Jsou - li
správně zkonstruované, tyto spoje vylučují třecí korozi.
7.1.2.3 Svařování nebo pájení natvrdo
Odolnost vůči korozi, velmi vysoká pevnost a vysoká tepelná a elektrická vodivost jsou
přednostmi svařovaných nebo pájených spojení. I zde však jsou mnohá omezení. Například
obvykle je možno svařovat pouze kompatibilní kovy, součásti mohou být porušeny vysokými
teplotami a ohřev materiálu může zanechat trhliny, zbytková napětí a zhoršení struktury.
Rovněž demontáž je obtížná nebo dokonce nemožná.
Obr. 63: Srovnání výrobních nákladů pro nejobvyklejší montáž válcových součástí. Výpočty
platí pro série 500 kusů. Náklady na montáž lepením Loctitem bereme jako 100%.
7.1.2.4 Spojení lepením:
Existují dva odlišné druhy lepených spojení válcových součástí:
Lepená suvná uložení - části jsou opracovány s vůlí a vytvrzené lepidlo přenáší
veškeré zatížení.
Lepená uložení lisovaná nebo lisovaná za tepla - zatížení se přenáší jak vytvrzeným
lepidlem tak i třením mezi díly díky lícování s přesahem.
U obou druhů se používá lepidlo v podobě kapaliny, která zcela vyplní spoj a vytvrdí se na
tuhý reaktoplast, který spolu spojí oba povrchy.
7.1.3 Přednosti lepeného spoje válcových částí
Zlepšuje nebo nahrazuje mechanická spojení.
Vylučuje vznik třecí koroze.
Umožňuje pevnější a tužší spoje.
Vylučuje vůli u per a klínů.
Vylučuje potřebu dalších zajišťujících dílů.
Snižuje sílu stěn nutnou pro únosnost.
Snižuje požadavky na tolerance.
Součásti lze demontovat ohřevem snížujícím pevnost lepidla.
Umožňuje použití odlišných materiálů.
Rozkládá rovnoměrně v dílech napětí a snižuje jeho špičky.
Snižuje náklady na opracování.
Samočině vyrovná nesouososti ložisek a pouzder.
Tvrdé a měkké povrchy spojuje bez jejich poškození.
Úplně utěsní spoje a vyloučí korozi.
7.2 Konstrukce uzlů upevněných lepením
Lepení zjednoduší konstrukci, výrobu i montáž dílů. Například při montáži ložisek lepidlo
kompenzuje v určitých mezích jejich nesouosost. Hřídele a ložiska smontovaná bez
parazitního zatížení nesouosostí mají delší provozní životnost a lze je znovu použít po
jednoduchém vyčistění. Lepidla též umožňují použít díly s tenčími stěnami ve srovnání s
nalisovaným spojem.
Obr. 64: Různé lepené spoje válcových dílů.
7.2.1 Druhy zatížení
Důležité je vždycky vyhodnotit podmínky zatížení kvůli optimalizaci konstrukce lepeného
spoje. Většina spojů přenáší kombinaci axiálního, torzního, radiálního a ohybového zatížení
(viz obr. 65).
Dále rozlišíme, zda zatížení působí staticky nebo dynamicky.
7.2.2 Konstrukce spoje
Lepené uzly mají být navrženy tak, aby se minimalizovalo zatížení páčením a zatížení
loupáním a převedlo se na zatížení tlakem a smykem. Relativně malé změny v detailu někdy
vedou k velkým zlepšením výsledné pevnosti (viz obr. 66).
7.2.3 Rozložení napětí
V praxi většinou nejsou zatížení ani napětí spojovaných válcových dílů rovnoměrně rozdělena
po celé jejich délce. Například napětí se budou koncentrovat na okraji spoje, a tudíž
zvětšením délky spoje nevzroste úměrně jeho pevnost. Konstruktéři se však mohou vypořádat
s koncentrací napětí příznivou úpravou geometrie součástí (viz obr. 67 a 68).
7.2.4 Rozdílná tepelná roztažnost
Často se spojují válcové díly z nestejných materiálů s různými koeficienty tepelné roztažnosti.
To může vést po ohřátí na provozní teplotu k velkým nežádoucím tahovým napětím,
namáhajícím tenkou vrstvu lepidla.
Obr. 65: Druhy zatížení.
1. Axiální
2. Torzní
3. Ohybové
4. Radiální
Obr. 66: Příklad konstrukčního zlepšení (lepeného spoje) válcových dílů.
Obr. 67: Snížení koncentrace napětí vhodnou konstrukcí.
Výpočet tepelné roztažnosti:
Použije se výraz: d = do(1+DT)
Kde:
d
do
T
= nový průměr
= původní průměr
= koeficient lineární tepelné
roztažnosti
= teplotní rozdíl
mm
mm
mm °C-1
°C
K tomu, aby se lepený spoj lépe přizpůsobil tepelné roztažnosti, použijeme jeden z těchto tří
postupů:
Uložení s přesahem zlepšené lepením
Dodatečně k uložení (lícování) s přesahem použijeme lepidla. Jestliže bude malý přesah
zachován v celém rozsahu provozních teplot, bude spoj pracovat úspěšně.
Suvné lepené uložení s velkou spárou
Ralativně nízký modul pružnosti a vysoký koeficient tepelné roztažnosti upevňovacích lepidel
Loctite vyloučí nebo alespoň sníží tahové zatížení ve spoji tím, že vhodnou volbou tolerancí
vznikne dostatečná tloušťka filmu lepidla (viz příklad v obr. 70).
Obr. 68: Rozložení napětí v lepeném spoji.
Obr. 69: Radius drážky pro pero snižuje (dle Rydera) koncentraci napětí.
Obr. 70: Postup pro výpočet optimální tlouštky lepidla.
DS = průměr čepu ocel při 20°C
DB = průměr náboje mosaz při 20°C
Suvné uložení lepené za tepla
Toto uložení bude předepsáno (obvyklá vůle 0,05 mm na průměru 50,0 mm), když vnější díl
bude mít větší koeficient tepelné roztažnosti nežli vnitřní díl, např. ocelový hřídel (nebo
ložisko) uložený v hliníkové kladce (nebo skříni). Lepidlo má být aplikováno na hřídelovou
součást, součást s otvorem bude ohřáta a pak budou součásti smontovány (obvyklý je teplotní
rozdíl 100°C).
Tento montážní postup vede k tlakovému namáhání lepidla ve studeném stavu. Když
diferenční expanze teplem v provozu zvětšuje mezeru ve spoji, tlakové napětí v lepidle klesá.
To umožní poměrně značnou diferenční expanzi předtím, než v lepidle vznikne nepřijatelné
tahové napětí.
7.2.5 Dynamické zatížení
Jsou-li upevněné díly vystaveny dynamickému (cyklickému) zatížení, je třeba věnovat
pozornost únavové odolnosti spoje.
K získání Wöhlerových křivek pro výpočet meze únavy byly provedeny rozsáhlé laboratorní
zkoušky (viz obr. 71).
7.2.6 Kombinované montážní postupy
Lepidla mohou mít pozitivní vliv i na všechny tradiční postupy montáže válcových součástí,
protože umožní přenést vyšší zatížení a vylučují třecí korozi.
7.2.6.1 Spoje přenosu kroutícího momentu tvarem s lepidly
Pera, klíny atd. mají sklon k otlačení a ke zvětšování vůle, která je pro jejich konstrukci
typická. Upevňovací lepidla vyplní všechny volné prostory ve spoji. Po vytvrzení, zabraňují
vzájemnému pohybu součástí, a tak zvyšují dlouhodobě jejich zatížitelnost.
Schopnost lepidel přenášet axiální zatížení uspoří dodatečné axiální upevňovací prvky, jako
jsou pojistné kroužky, distanční kroužky nebo kolíky.
Obr. 71: Wöhlerova křivka lepeného spoje se suvným uložením zjištěná v rozsahu střídavého
zatížení od 15 do 20 Hz. Ve vystínované části leží charakteristiky únavy typického
upevňovacího lepidla Loctite při dynamickém torzním zatížení.
Obr. 72: Upevňovací lepidlo Loctite použité pro zvýšení pevnosti drážkování v převodovce
terénního vozidla.
7.2.6.2 Přesahová uložení s lepidlem
Pevnost nelepeného spoje nalisovaného s přesahem určuje obvodová síla, která se vypočte
podle vzorce:
Síla = tlak náboje x koeficient tření x styčná plocha
Proměnné závisí na následujícím:
Tlak náboje na styčné ploše závisí na skutečné velikosti přesahu, modulu pružnosti
materiálu a konstrukci součástí. Čím vyšší je přesah, tím vyšší je tlak.
Koeficient tření závisí na materiálu, drsnosti a stavu povrchu.
Styková plocha: studie ukázaly, že maximální skutečný styk mezi povrchy kovů
náboje a hřídele je pouze 25 - 30 % celkové plochy i při nejvyšším tlaku u nalisování
za tepla.
Je-li spoj doplněn lepidlem, zvýší se plocha styku na 100 %, takže celá plocha spoje přenáší
smykové a tlakové zatížení. Únosnost suchého spoje s přesahem a únosnost lepidla se sečtou,
což znamená, že stejnou velikostí spoje lze přenést vyšší zatížení.
V praxi lze nově dimenzovat stávající konstrukce, přičemž nová řešení budou kompaktnější,
lehčí a méně nákladná.
Existují dva montážní postupy pro lepené spoje s přesahovým uložením:
Spoje lisované za studena: lepidlo se nanese v tenké vrstvě na jeden nebo oba povrchy (viz
obr. 73) a součásti se slisují. Při montáži je důležité zabránit setření lepidla z dílů.
Obr. 73: Lepený spoj s lisovaným uložením v převodovce tahače s motorem 500 HP. Lepidlo
je automaticky nanášeno válečkovým systémem.
Spoje nalisované za tepla: součásti mají při pracovní teplotě vzájemný přesah, jsou však
smontovány s vůlí. Preferovaným postupem při nalisování za tepla s lepidlem je nanést
lepidlo na čep a ohřát součást s otvorem tak, aby vznikla montážní vůle. Nalisování za tepla
dává spojům optimální pevnost, protože akumulované teplo v uzlu pomáhá rychlému
vytvrzení, a smrštění vnějšího dílu vyvolá ve vytvrzovaném lepidle tlak. Výsledkem je
celková pevnost daleko převyšující součet smykové pevnosti lepidla a pevnosti suchého
nalisování.
Obr. 74: Srovnání lepeného a nelepeného spoje nalisovaného za tepla.
Čep: průměr 120 mm.
Náboj: vnitřní průměr 120 mm, vnější průměr 145 mm
délka spoje: 25 mm
Alternativním postupem je zmrazení čepu a nanesní lepidla do dílu s otvorem. Tento postup
se běžně nedoporučuje, protože kondenzace vodních par (ze zmrazení) na studené součásti
může ovlivnit vytvrzení lepidla a pevnost lepeného spoje.
V případě velmi vysokých přesahů nebo malých průměrů spoje, kde zvětšení tepelnou
roztažností je příliš malé, se někdy kombinují oba postupy. Spojte se s Vaším místním
Loctitem (viz kapitolu 1 Zdroje) se žádostí o konkrétní radu.
7.2.7 Detailní konstrukce
7.2.7.1 Povrchová úprava
Doporučuje se povrchová drsnost 0.8 až 3.2 mikronů Ra. Obecně se doporučuje vyhnout se
velmi hladkým povrchům, protože ty snižují možnost "zakotvení" lepidla.
Konvenční postupy obrábění (soustružení) vytvářejí na povrchu vrstvu, která má hrubý
povrch v axiálním směru a jemný ve směru obvodovém. Je proto třeba věnovat pozornost
směru zatížení při určení vlivu opracování povrchu.
Obr. 75, vlevo: Poměrné výrobní náklady ovlivněné tolerancemi u dvou různých průměrů.
Šedivý úsek ukazuje obvyklou třídu přesnosti při výrobě lepených spojů. Toto srovnání
ukazuje, že použitím techniky lepení se sníží výrobní náklady.
Obr. 76, vpravo: Vliv drsnosti povrchu na poměrné výrobní náklady pro dva různé průměry.
Zde ukazuje šedivý úsek drsnosti povrchu vhodné pro lepení. Povšimněte si úspor nákladů.
7.2.7.2 Vodicí sražení hrany
Aby se omezila možnost setření lepidla z povrchu při montáži, doporučuje se provést zkosení
na vstupní straně jak čepu tak i otvoru. Doporučuje se zkosení 1.0 mm pod úhlem 15° až 35°
k ose hřídele (viz obr. 77).
7.2.7.3 Osazené hřídele
Mají-li být dva nebo tři díly namontovány na jeden konec hřídele, montážní uzel má být pro
snadnější montáž navržen s odstupňováním průměrů lepených ploch (viz obr. 78).
7.2.7.4 Spoje s kuželem
Použijí-li se upevňovací lepidla na mírně kuželových plochách, vyloučí se možnost setření a
zvýší se přenos zatížení. Lepené spoje s kuželem zajišťují dokonalou soustřednost a dobré
pokrytí lepidlem u konstrukcí, kde lepené plochy jsou dlouhé, a proto hrozí setření lepidla
během montáže.
7.2.7.5 Plochy s proměnnou tloušťkou spáry
Lepené plochy s odstupňovanou spárou na osazení mohou být užitečné tam, kde je třeba
vytvořit současně jemný film lepidla na centrující části povrchu, zajišťující souosost, i silnou
vrstvu lepidla pro kompenzaci tepelné dilatace.
7.2.7.6 Utěsnění s upevňovacími lepidly
Upevňovací lepidla montážní uzly zcela utěsní, proto u skříní převodovek, ve vodních
pláštích atd. lze použít průchozí otvory bez rizika nětěsnosti. Tím lze uspořit náklady na
opracování a váhu ve srovnání s běžným provedením s otvory slepými.
Obr. 77: Zkosení s úhlem mezi 15 až 35° zabrání, aby se lepidlo během montáže setřelo.
Obr. 78: Osazené hřídele. Odstupňování průměrů hřídele, aby při montáži nedošlo k setření
lepidla.
7.2.8 Nanášení lepidla a montáž
7.2.8.1 Příprava povrchu
Díly mají být čisté a zejména nekontaminované tukem, olejem, řeznými kapalinami,
ochrannými nátěry atd. Obvykle se provede odmaštění rozpouštědly nebo vodními roztoky
mycích prostředků.
Při volbě postupu čistění je třeba věnovat pozornost tomu, aby na povrchu nezůstávaly zbytky
některé chemikálie, která by bránila vytvrzení lepidla. Nejobvyklejším problémem jsou
zbytkové dusitany z některých vodních mycích roztoků nebo z řezných kapalin. Tyto
materiály se neodstraní rozpouštědly a vyžadují omytí čistou vodou, aby došlo k vytvrzení
lepidla.
Moření, abraze nebo otryskání má na pevnost spojení pozitivní vliv. Všechny obvyklé
parametry lepidel platí pro normovaným postupem odmaštěné povrchy (viz Technické údaje,
kapitola 12).
7.2.8.2 Upevňovací lepidla tolerantní k olejům
Loctite vyrábí některá upevňovací lepidla necitlivá vůči olejům, která účinně slepí díly i ve
stavu, "jak jsou dodány", kde jsou tedy mírně znečištěné olejem.Tato lepidla jsou ideální pro
velkosériovou výrobu.
Tato technologie je užitečná například k upevnění ložiskových kluzných spékaných
samomazných pouzder impregnovaných olejem, jejichž úplné odmaštění by snížilo jejich
životnost a jejich nalisování by deformovalo průměr vývrtu. Upevňovací lepidla tolerantní k
olejům umožňují montovat tato pouzdra suvně po prostém otření lepeného povrchu.
7.3 Poznámky k výrobě
7.3.1 Kam nanášet lepidlo
Optimální je nanést lepidlo na celé lepené povrchy obou součástí. V praxi by však nanesení
housenky lepidla na zaváděcí hranu jednoho nebo obou dílů mělo vést ke spolehlivému
výsledku. U dlouhých lepených ploch může být nutné nanést lepidlo ve dvou nebo více
pruzích. Každé konstrukční uspořádání je jiné a k ověření dobrého nanesení lepidla se mají
provést po montáži zkoušky zaplnění spoje.
7.3.1.1 Slepé otvory
Když se čepy montují do slepých otvorů, lepidlo může být vytlačeno ze spoje stlačovaným
vzduchem. Tomu lze zabránit provedením větracího otvoru. Není-li to možné, má se lepidlo
nanést na dno díry. Při montáži ho bude hydraulický tlak vytlačovat otvorem vzhůru, takže
pokryje celou lepenou plochu (viz obr. 79).
Obr. 79: Aby lepidlo nebylo vytlačováno ze spáry vzduchem stlačovaným při montáži,
použijeme slepé díry jako zásobníku lepidla.
Obr. 80: Nanášení lepidla na pouzdro statoru housenkou ve tvaru šroubovice. Při montáži se
lepidlo rovnoměrně rozetře po celé ploše spoje.
7.3.1.2 Postupy nanášení
Produkty Loctite mohou být nanášeny manuálně přímo z obalových lahviček 10 ml, 50 ml a
250 ml opatřených dávkovacími tryskami.
Loctite vyrábí standardní řadu dávkovačů používaných na celém světě (viz kapitolu 13). Tyto
aplikační systémy byly vyvinuty pro manuální, poloautomatické a automatické nanášení
lepidla.
Loctite rovněž konstruuje, vyrábí a uvádí do provozu i speciální zařízení, která vyhovují
unikátním požadavkům konkrétních aplikací. Jednoúčelové zařízení může být
poloautomatické nebo plně automatické. Může být samostatné nebo integrované do nových
nebo stávajících montážních linek.
7.3.2 Montáž součástí
7.3.2.1 Suvné uložení
Tam, kde je to možné, má se válcovými díly při montáži mírně navzájem otáčet. Lepidlo se
tím dobře rozprostře a pokryje celou lepenou plochu.
Tam, kde je třeba dodržet vzájemnou polohu a souosost lepených dílů, má se na počátku
vytvrzování použít upěvňovacího přípravku. Díly musí být navzájem správně ustaveny.
Opravy ustavení nebo pohyby prováděné během procesu vytvrzování poškozují polymerové
řetězce, které se již vytvořily, a tím snižují konečnou pevnost spoje.
7.3.2.2 Lisované uložení (za studena)
Zakomponování lepidel do již existujících lisovaných spojů značně zvýší pevnost spoje.
Současně tím však značně vzroste montážní síla (viz obr. 82), takže je třeba podle toho
nastavit montážní lis. Montáž vysokou rychlostí (obvykle 1000 mm/min.) sníží montážní sílu
asi o 30 až 40 % ve srovnání s obvyklými rychlostmi lisování.
Obr. 81: Montáž ložiska s použitím anaerobního lepidla.
7.3.2.3 Uložení lisované za tepla
Součást s otvorem se musí před zalisováním ohřát. Maximální doporučená teplota pro
upevňovací lepidla je 200 °C. Pro montáž má být zajištěna mezera 0,1 % jmenovitého
průměru (minimálně však 0.01 mm). Lepidlo se nanese na celý povrch studeného dílu
(hřídele).
Zvýšená teplota ohřátého dílu vytvrdí rychle nanesené lepidlo. Proto je důležité, aby díly byly
zasunuty a ustaveny do konečné polohy plynule. Pro doporučení ve věci vhodnosti lepidel pro
uložení lisovaná za tepla se spojte s Vaší místní kanceláří Loctite (viz kapitola 1 Zdroje).
Obr. 82: Srovnání sil pro montáž a demontáž lisovaných spojů.
Čep: průměr 20 mm
nákružek: 20 mm vnitřní průměr
40 mm vnější průměr, délka spoje: 24 mm
7.3.3 Vytvrzování lepidla
Upevňovací lepidla Loctite se vytvrzují při pokojové teplotě. Každé však má svůj vlastní
průběh vytvrzování. Je dobře zajistit, aby na lepený uzel nepůsobilo zatížení, dokud nebude
lepidlo dostatečně pevné.
7.3.4 Demontáž a opětná montáž
Působí-li teplo na anaerobní lepidla (maximálně do 250 °C), jeho pevnost se sníží, což
umožní demontovat díly obvyklým stahovacím zařízením. Je-li konstrukčním požadavkem
častější demontáž lepeného válcového spoje, zvolí se anaerobní lepidlo s vhodnou pevností
a/nebo teplotním parametrem. Před opětnou montáží se mají odstranit všechny zbytky starého
lepidla.
7.3.5 Upevňovací lepidla pro údržbu a opravy
Opotřebené, provozu neschopné části lze často spolehlivě opravit anaerobními lepidly.
Například volná ložiska mohou být opět upevněna do skříní anaerobními lepidly, takže
opotřebené skříně nebo hřídele lze zachránit před sešrotováním. Pro správné ustavení dílů je
nutné je vystředit, jsou-li vůle příliš velké. U extrémně velkých vůlí, jež nelze vyplnit pouze
lepidlem, můžeme součást často zachránit kombinací lepidla a kovové vložky.
7.4 Výpočet pevnosti lepených válcových dílů
Loctite vyvinul softwarový program pro osobní počitače, RETCALC, který usnadňuje
výpočtem ověřit odhad pevnosti různých válcových spojů. To umožňuje uživateli, aby
posoudil, zda konstrukce spoje bude vyhovovat požadavkům zatížení ještě před provedením
zkoušek na prototypu.
Vypočtené výsledky považujeme za přibližné hodnoty pevnosti, kterou lze v praxi očekávat.
Přesnou pevnost lze však stanovit pouze zkouškami na skutečných dílech.
Dosažitelná síla a kroutící moment lepeného spoje, který může přenést, se vypočtou z
následujících vzorců:
7.4.1 Statická axiální vytlačovací síla
F=
xdxl
1000
x [(
B2
x fc) + (P x µ)]
7.4.2 Statický kroutící moment
T=
x d2 x l
2000
x [(
B2
x fc) + (P x µ)]
kde
F = síla vytlačení
T = kroutící moment
d = jmenovitý průměr spoje
kN
Nm
mm
= délka spoje
B2 = statická smyková pevnost lepidla (podle 10123/MIL-R46082)
fc = násobek opravných faktorů: (f11 x f2 x f3 x f4 x.....)
P = radiální tlak na styku z přesahu, uložení podle klasické
teorie ”silnostěnného válce” (pro suvné uložení p = 0)
µ = túčinný koeficient tření
l
mm
N/mm2
N/mm2
Obr. 83: Počítačový program RETCALC.
7.4.3 Opravné faktory
Existuje několik normovaných zkušebních metod k určení pevnosti lepidel ve válcových
spojích. Loctite používá normalizované čepy a nákružky podle ISO 10123 / MIL-R-46082 ve
většině jím prováděných zkoušek. Jejich výsledky jsou užitečné pro srovnání vlastností
jednotlivých lepidel a pro účely kontroly kvality. Nemohou se však přímo použít pro
konstrukční výpočty. Loctite vyvinul řadu opravných součinitelů vycházejících z empirických
zkoušek a z více než 20-ti letých praktických zkušeností. Tyto opravné činitele slouží k
opravě hodnoty pevnosti lepidla stanovené standardními zkouškami při vyjádření skutečných
fyzikálních a provozních podmínek zamýšlené aplikace.
f1 = druh materiálu
f2 = druh spoje
f3 = skutečná vůle / přesah
f4 = geometrie
f5 = provozní teplota
f6 = tepelné stárnutí
f7 = provozní prostředí
Pro některá použití budou důležité i dodatečné faktory, jako je:
Dynamické zatížení
Drsnost povrchu
Diferenční tepelná roztažnost.
Spojte se prosím s Vaší místní kanceláří Loctite se žádostí o další pomoc.
7.4.3.1 Druh materiálu f1
Vytvrzování anaerobních lepidel je ovlivňováno katalytickým působením povrchu (viz Úvod,
kapitola 2). Pevnost lepidla je částečně závislá na povrchové struktuře materiálu. Následující
opravný faktor platí pro lepené materiály:
ocel
legovaná ocel
litina
nerezová ocel
hliník
měď a slitiny
galvanické pokovení
1,0
0,9
0,8
0,8
0,5
0,4
0,2
Při spojování dvou různých materiálů se vždy vezme menší z obou hodnot. Při lepení plastů
bývá pevnost lepidla oslabena rovněž špatnou smáčivostí. Kyanoakrylátová lepidla mohou být
vhodnější pro spojování malých plastových dílů.
7.4.3.2 Druh spojení, f2
V závislosti na tom, zda spojení je provedeno s uložením suvným, lisovaným nebo lisovaným
za tepla efektivní podíl lepidla na pevnosti bude různý:
uložení suvné
uložení lisované za studena
uložení lisované za tepla
1,0
0,5
1,2
Poznámka: Tyto hodnoty jsou poněkud zastaralé a velmi přibližné a jsou velmi ovlivňovány
skutečnou konstrukcí. Spojte se prosím s Vaší místní kanceláří Loctite se žádostí o další
podrobnosti.
7.4.3.3 Skutečná vůle / přesah, f3
U spoje se suvným uložením je někdy pevnost lepidla ovlivněna příliš velkými vůlemi.
Nejvhodnější spára činí 0.02 až 0.07 mm jako vůle na průměru (viz obr. 84). Pro spoje s
přesahem bude tento činitel f3 roven 1.
Chování jednotlivých lepidel při různých velikostech spáry najdeme v oddílu Technické
informace o produktech (viz kapitola 12). Všechny údaje byly získány na dílech, které byly
smontovány souose. V praxi malá nesouosost pevnost spoje neovlivní.
Obr. 84: Vztah mezi opravným činitelem a vůlí na průměru.
7.4.3.4 Geometrie, f4
Smykové napětí uvnitř válcového spoje není rovnoměrně rozděleno po celé jeho délce.
Maximální napětí jsou soustředěna na okrajích součástí. To znamená, že pevnost uzlu se
nezvyšuje lineárně se zvětšující se délkou spoje.
Také poměr účinné délky k průměru spoje (poměr L/D) ovlivňuje konečnou pevnost lepení.
Oba tyto vlivy jsou souhrnně vyjádřeny v činiteli geometrie f4 (viz obr. 85).
7.4.3.5 Provozní teplota, f5
Pevnost lepidla se snižuje s rostoucí teplotou. Stupeň snížení okamžité pevnosti pak závisí na
zvoleném lepidle. Relativní hodnoty pevnosti produktů Loctite jsou graficky znázorněny jako
funkce provozní teploty v kapitole 12 - "Technické informace o produktech".
Faktor f5 vypočítáme z těchto údajů následovně:
relativní pevnost v %
Faktor f5
=
100
Obr. 85: Vztah mezi opravným činitelem a lepenou plochou pro různý poměr délky k průměru.
7.4.3.6 Tepelné stárnutí, f6
Tepelné stárnutí lepidla je důsledkem dlouhodobé expozice vysokým teplotám. Důsledkem
může být trvalé zvýšení nebo snížení původní pevnosti lepidla zkoušené při pokojové teplotě.
Vliv na tento proces má použitý produkt i trvání a intenzita tepelného působení. Tato data
jsou graficky znázorněna v kapitole 12 - "Technické informace o produktech".
Faktor f6 vypočítáme z těchto údajů následovně:
relativní pevnost v %
Faktor f6
=
100
7.4.3.7 Provozní prostředí, f7
Upevňovací produkty Loctite jsou odolné vůči většině průmyslových prostředí. Chemická
odolnost proti médiím a rozpouštědlům je uvedena v tabulkách v kapitole 12 - "Technické
informace o produktech".
Faktor f7 vypočteme z těchto tabulek následovně:
relativní pevnost v %
Faktor f7
=
100
7.4.4 Dynamické zatížení
V mnoha aplikacích je zatížení působící na spoj dynamické, tj. proměnlivé. Zatížení působí
např. střídavě, takže vytváří ve spoji střídavé napětí. Toto zatížení buďto působí ve směru
axiálním nebo obvodovém. Loctite provedl studie dynamické únavy na lepených válcových
spojích pro stanovení křivek S/N (Wöhlerovy křivky) meze pevnosti v únavě.
Únavové zkoušky se soustředily především na torzní zatížení, protože to je nejčastější způsob
zatížení u těchto aplikací. Z těchto studií byla odvozena řada dynamických korekčních faktorů
pro stanovení mezí dynamické únavy jako poměrné hodnoty ze statické pevnosti.
Dynamická únosnost při axiálním zatížení
FDYN = F x kDA
Dynamická únosnost při torzním zatížení TDY = T x kDT
kde
kDA = 0.12 pro axiální lepený spoj se suvným
uložením
kDT = 0.30 pro lepený spoj se suvným uložením a
0.35 pro lepený spoj s uložením s přesahem
Poznámka: Tyto hodnoty jsou poněkud zastaralé a přibližné a velmi závisejí na skutečných
parametrech konstrukce. Spojte se prosím s Vaší místní kanceláří Loctite se žádostí o další
podrobnosti.
7.4.5 Drsnost povrchu
Zatímco drsnost povrchu přibližně 0.2 mm (Ra) se vyžaduje pro lisované spoje, hodnota 1.0 3.5 mm (Ra) stačí pro spoje lepené a tím také spoří náklady na opracování. S povrchovou
drsností vyšší než 3.5 mm (Ra) vzniká nebezpečí, že celý povrch se nesmočí a vzroste též
značně vrubový účinek.
7.5 Výběr upevňovacích produktů
Následující přehled pro výběr byl sestaven pro rychlou volbu vhodného lepidla. Výběrové
schema a výpočty jsou ovšem pouze orientační. Důležité je před konečnou volbou vyhodnotit
dle listu technických dat parametry lepidla a provést s ním předběžné zkoušky za provozních
podmínek.
Upevňovací lepidla - Lepení spojů s kovovými válcovými díly (náboj na hřídeli). Pro úspěšné
spoje při lepení nestejných materiálů se vyžaduje pečlivé technické posouzení.
Požadovaná pevnost
Střední
Vysoká
Rychlost vytvrzení
Rychlá
Pomalá
Vůle na průměru (mm)
do 0,1
do 0,25
Teplotní odolnost
150°C
175°C
200°C
Produkt
641
603
661
Dávkovací systém (viz kapitolu 13)
Rukou
Manuálním dávkovačem
Injekční aplikátor
620
Díl č. 97001
-
Díl č. 97003 + (97111 or 97131)
Díl č. 97004 + 97111
Díl č. 97005 or 97006
Následující dávkovací zařízení se používá s poloautomatickým ovladačem 97102 nebo s
automatickým ovladačem 97103/97123.
Samostatný zásobník
Díl č. 97105, 97106, 97107 nebo 97108
Vysvětlení dávkovacích systémů (pro další informace viz Aplikační a dávkovací zařízení kapitola 13). Ručně
držený - balení s produktem je drženo rukou, množství a rychlost jsou řízeny operátorem. Automatický aplikátor
- Pevný zásobník, všechny proměnné jsou předem nastaveny, použití v automatizovaných strojích/robotech.
Produkty, které byly ukázány v předcházejících vydáních této knihy a nejsou uvedeny v tomto vydání, jsou
dosud obecně k dostání. Spojte se prosím s Vaší místní kanceláří Loctite pro další pomoc.
Download

Zajištění kovových válcových dílů