Finommechanikai elemek
Dr. Halmai Attila (2012)
EDUTUS Főiskola
A finommechanikában gyakran találkozunk egy, az általános gépszerkesztésben ritkán alkalmazott rögzítésmóddal, a bepattanó kötéssel. Gondoljunk itt a távkapcsolók elemtartójának fedelére, a mobiltelefonok hátlapjára, esetleg cserélhető előlapjára! A számítógépházak műanyag-fém kapcsolataira. A CD-olvasó, kislemezmeghajtó előlapjára, vagy csak egy „egyszerű”, alkoholos filctoll kupakjára.
A bepattanó kötések olyan alakkal záró kapcsolatok, ahol a két összeszerelendő alkatrészt túlfedéssel bíró szakaszon keresztül toljuk össze. A kötés összeszerelése során az egyik vagy mindkét alkatrész rugalmasan deformálódik, majd a kötési művelet befejezésekor terheletlen állapotba pattan vissza. A csatlakozó alkatrészek szerelt állapotban terheletlenek maradnak mindaddig, amíg külső erőhatás a kötést bontani nem akarja.
Ezt a kötésfajtát főleg műanyag-műanyag, illetve műanyag-fém kapcsolatoknál – ahol a rugalmasan deformálódó alkatrész műanyagból van – alkalmazzák. A bepattanó kötések műanyagszerkezetek számára azért különösen kedvezőek, mert a műanyagok viszonylag kis rugalmassági modulusuk miatt a fémekhez viszonyítva nagy rugalmas alakváltozást tudnak elviselni, így szerelt állapotban nagyobb túlfedések állnak rendelkezésre a kötés rögzítésére.
A bepattanó kötéseknek két fajtáját különböztetjük meg, úgymint lapos nyelves típus (4.8.1. ábra) és csapos típus (4.8.2. ábra). A két típus közti elvi különbség van, ez méretezésükben is megnyilvánul, mint ahogy azt a későbbiekben látni is fogjuk.
4.8.1. ábra Forrás: BME MOGI
4.8.2. ábra Forrás: BME MOGI
A bepattanó rögzítés előnye, hogy a kapcsolatot ki tudjuk alakítani magából az alapanyagból, nincs szükség egyéb kötőelemre. Ezáltal a kisebb alkatrészek gyártása jóval egyszerűbben valósítható meg. Előnye még, hogy megfelelően kialakított alámetszés segítségével lehet egyszerűen, könnyen és gyorsan szerelhető kötéseket (4.8.3. ábra), kötőelemeket (4.8.4. ábra) létrehozni. Hátránya, hogy – főleg a csapos típusnál – a kötés károsodása nélkül nem bontható. A nyelves típus oldhatósága megfelelő konstrukció kialakításával megoldható (4.8.5. ábra).
4.8.3. ábra Forrás: BME MOGI
4.8.4. ábra Forrás: BME MOGI
4.8.5. ábra Forrás: BME MOGI
A 4.8.6. ábrán műszertechnikai bepattanó elemeket láthatunk. A 4.8.7. ábrán a tengelyek axiális helyzetének rögzítésére szolgáló bepattanó rögzítőgyűrűt láthatjuk, amelyet rugóacélból, alárendeltebb helyen műanyagból is készítenek.
4.8.6. ábra Forrás: Hildebrand
4.8.7. ábra Forrás: Hildebrand
A 4.7.1.1. ábrán látható bepattanó kötés nyelvrésze egyik végén befogott, hajlított tartónak tekinthető, amire a kar végén lévő váll magasságának megfelelő besüllyedést kényszerítjük. A váll hegyén ébredő F erő hatására keletkező hajlítónyomaték a rúd befogási keresztmetszetében:
[Nm] [4.10.]
4.8.1.1. ábra Forrás: BME MOGI
4.8.1.2. ábra Forrás: BME MOGI
A legnagyobb feszültség a befogásnál ébred. Feltételezve, hogy a rúdvég lekerekítési sugara a befogásnál elég nagy ahhoz, hogy ott számottevő feszültségtorlódás ne lépjen fel (ez akkor következik be, ha a 4.7.1.1. és 4.7.1.2. ábra jelöléseivel: r/h>0,8), a hajlításból adódó feszültség csúcsértéke:
[Pa] [4.11.]
Ahol: K a bepattanó kar keresztmetszeti tényezője,
J a másodrendű nyomatéka,
l a kar hossza (4.7.1.1. ábra),
h a kar vastagsága (4.7.1.2. ábra).
A bepattanó kar végső keresztmetszetének „y” elmozdulása szereléskor, a rugalmasságtanból ismert összefüggés szerint:
[m] [4.12.]
Az előző egyenletekből az (Fl)/J-t kifejezve, és az egyenletet rendezve, az alábbi összefüggésre jutunk:
a bepattanó kar tövénél a kar szélső szálában fellépő fajlagos nyúlás. A kar méreteit úgy kell felvenni, hogy
értéke egy
megengedett határ alatt maradjon!
Mivel a bepattanás egyszeri túlterhelés, a műanyagok folyási határához tartozó
és n értékeit a 4.7.1.3. táblázatban állítottuk össze néhány gyakorlatban használt műanyagtípus számára.
4.8.1.3. ábra Forrás: BME MOGI
A 3.6.5.1. ábrán bemutatott bepattanó csap esetén a rögzítést az agy válla biztosítja. Szereléskor a vállat mintegy fel kell sajtolni a csapra. Tehát a megengedhető túlfedést a sajtolás összefüggéseinek alapulvételével kell meghatározni, annak ellenére, hogy a rövid váll körül kialakuló feszültségállapotot ezek az összefüggések csak az első közelítésben írják le. Amennyiben a bepattanó csap ugyanolyan anyagból készül, mint az agy, amibe betolják, az agy belső felszínének felpattanása, vagy legalábbis képlékeny feltágulása okozza a kötés tönkremenetelét. Ez akkor kerülhető el, ha az agy belső felszínének gyűrűirányú
nyúlása az
megengedett érték alatt marad. A gyűrűirányú nyúlás
helyen
és
értékekkel:
Ahol: E az agy (EK) és a csap (EB) rugalmassági modulusa,
υ az agy (UK) és a csap (UB) Poisson-tényezője,
R az agy külső,
R1 az agy belső sugara.
A p palástnyomás értéke:
[Pa] [4.15.]
Ahol:
[m] [4.16.]
[m] [4.17.]
r az üreges csap belső sugara.
A megfelelő átalakítások után a megengedhető túlfedésre az alábbi összefüggést nyerjük:
[m] [4.18.]
ahol:
[m] [4.19.]
Tömör (furat nélküli) bepattanó csap esetén r = 0, ezzel BA = 1. Méretezéskor
helyébe kell behelyettesíteni
értékét a 4.7.1.3. táblázat adatainak figyelembevételével.