4.2.8. Клеммовые соединения

 

Клеммовые соединения (рис. 4.2.26a) применяются для крепления деталей на валах и осях. Они выполняются с неразъемной или разъемной ступицей (рис. 4.2.26b, c). Неподвижность такого соединения обеспечивается посредством трения на сопряженной поверхности клеммы. Трение в контакте, в свою очередь, возникает вследствие усилий затяжки резьбового соединения.

 

                         

a)                                                            b)                                                              c)

Рис. 4.2.26

 

Рис. 4.2.27

Клеммовые соединения просты в изготовлении, монтаже и демонтаже. Однако существенным недостатком таких соединений является их малая нагрузочная способность. При больших нагрузках соединения получаются громоздкими, и их применение считается неоправданным. Не рекомендуется также использование клеммовых соединений при высоких скоростях вращения вала, так как это может привести к появлению значительных динамических нагрузок.

Расчет клеммового соединения одинаков для любых видов клемм, но в сильной степени зависит от принятой расчетной модели. Рассмотрим вначале модель, при которой клемма считается абсолютно жесткой и установленной с зазором (рис. 4.2.27). В таком случае ее контакт с валом полагается линейным, а нормальные давления представляются равномерно распределенными по линии контакта. Условие отсутствия сдвига при приложении момента вращения для такой модели можно записать в виде

,                                      (4.2.72)

где  – сила затяжки винта;  – внешний момент трения;  – диаметр сопряжения;  – коэффициент трения.

Условие несдвигаемости для случая приложения осевой силы  записывается как

.                                           (4.2.73)

Рис. 4.2.28

 

Предложенная выше расчетная модель является предельной. Можно также рассмотреть альтернативную предельную модель: клемма установлена на валу без зазора и считается податливой (рис. 4.2.28). Контакт с валом в таком случае принимается равномерным. Если предположить, что контактное давление постоянно и равно , а ширину клеммы обозначить через , то условия несдвигаемости при приложении нагрузок различных типов представляются в форме следующих неравенств:

·       для случая приложения момента вращения

                                       (4.2.74)

·       для случая нагружения осевой силой  

.                                               (4.2.75)

Поскольку очевидно, что , то выражения (4.2.74) и (4.2.75) соответственно принимают вид

                                           (4.2.76)

и                                                            .                                               (4.2.77)

Следует отметить, что как первая, так и вторая модели не отражают объективной картины, поскольку клемму нельзя считать ни абсолютно жесткой, ни абсолютно податливой. Полученные результаты следует рассматривать лишь как некоторые предельные решения. Реальную величину силы затяжки , обеспечивающей передачу требуемого момента вращения , для клеммы конечной жесткости рекомендуется рассчитывать по следующим формулам:

·       при приложении момента вращения:

,                                            (4.2.78)

где  – коэффициент запаса по сдвигу;  – число винтов, расположенных с одной стороны вала;

·       при приложении осевой силы:

                                .                                             (4.2.79)

В случае одновременного приложения осевой силы и момента вращения расчет на несдвигаемость выполняется по результирующей нагрузке F_as, значение которой определяется из выражения

.              (4.2.80)

В заключение необходимо выполнить расчет прочности винтов. Под расчетом прочности винтового соединения понимается определение диаметра винта по известным величинам силы затяжки и внешней нагрузки с учетом материала винта. Такая задача была рассмотрена в главе 4.1.