1.6 Клеммовые соединения (фрикционные винтовые соединения)

1.6.1 Общие сведения

Клеммовые соединения – это фрикционные (т.е. основанные на действии сил трения) соединения с соосными цилиндрическими посадочными поверхностями, в которых необходимое нормальное давление (натяг) создается затяжкой винтов (болтов). Создаваемые затяжкой болтов силы трения позволяют нагружать соединения моментом ( ) или осевой силой . Клеммовые соединения применяют для закрепления на валах и других деталях круглого поперечного сечения деталей типа кривошипов (например, в кривошипно-ползунном механизме), шкивов, установочных колец.

По конструкции различают два основных типа клеммовых соединений: с прорезью в ступице (рисунок 1.8, а) и с разъемной ступицей (рисунок 1.8, б). Разъемная ступица несколько увеличивает массу и стоимость соединения, но с другой стороны позволяет устанавливать клемму в любой части вала независимо от формы соседних участков и других расположенных на валу деталей.

Рисунок 1.8 – Клеммовые соединения

К достоинствам клеммового соединения относятся:

• простота монтажа и демонтажа;

• самопредохранение от перегрузки;

• возможность перестановки и регулировки взаимного расположения деталей как в осевом, так и окружном направлениях (регулировка положения рычагов и тяг в механизмах управления и т.п.).

1.6.1 Расчет клеммовых соединений на прочность

При проектировании соединения обычно требуется определить силу затяжки болтов, обеспечивающую взаимную фиксацию деталей и передачу требуемого вращающего момента и (или) восприятия осевой силы, а также оценить прочность болта (болтов) и охватывающей детали (клеммы). В зависимости от выполнения соединения при расчете на прочность рассматривают два предельных случая (рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 – К расчету клеммовых соединений

Первый расчетный случай. Клемма обладает высокой жесткостью, а посадка деталей выполнена с большим зазором (рисунок 1.9, а). В данном случае можно допустить, что контакт деталей происходит по линии. Тогда условие прочности соединения можно выразить в виде

• при нагружении крутящим моментом

,

или

; (1.20)

• при нагружении осевой силой

,

или

, (1.21)

где – окружное усилие, Н; – диаметр вала (диаметр посадочной поверхности), мм; – нормальная реакция в месте контакта, Н; – коэффициент трения; – крутящий момент, Н·мм; – коэффициент запаса сцепления.

По условию равновесия любой половины клеммы имеем

;

где – число болтов.

Подставив значение в формулы (1.20) и (1.21), получим

, , (1.22)

Второй расчетный случай. Клемма обладает высокой податливостью, посадочные поверхности соединяемых деталей – строго цилиндрические, зазор в соединении близок к нулю (рисунок 1.9, б). В данном случае предполагают, что давление , МПа, равномерно распределено по посадочной поверхности соприкасающихся деталей (как в соединениях с натягом). Условия прочности соединения при действии сдвигающей нагрузки (крутящего момента или осевой силы) имеют вид

• при нагружении крутящим моментом

,

или

; (1.23)

• при нагружении осевой силой

,

или

, (1.24)

где – длина ступицы клеммы (длина посадочной поверхности), мм.

Из допущения о характере распределения сил взаимодействия по поверхности контакта следует, что если контакт осуществляется по поверхности полуцилиндра, то расчетная площадь равна площади проекции поверхности контакта на диаметральную плоскость (произведению диаметра цилиндрической поверхности на ее длину). В соответствии с этим, если соединение имеет болтов, условие равновесия клеммы имеет вид

. (1.25)

После подстановки (1.25) в формулы (1.23) и (1.24) определим необходимую силу затяжки болтов:

, . (1.26)

При совместном действии крутящего момента и осевой сдвигающей силы требуемая сила затяжки болтов определяется по формуле

. (1.27)

Коэффициент трения для стальных и чугунных деталей, работающих без смазки, выбирается в пределах . Коэффициент запаса сцепления .

После определения требуемой силы затяжки по формулам (1.22) или (1.26) – (1.27) определяют диаметр резьбы болта по формуле (1.3) и подбирают стандартный болт.

Для клеммового соединения с прорезью в ступице (рисунок 1.8, а) справедливы соотношения (1.26) и (1.27).