должна быть обеспечена прочность деталей соединения (вала и ступицы) при действии распределенного давления р( расчет аналогичен расчетуна прочностьдеталей соединенийс натягом, см. гл. 5).

7.2. Соединения коническими стяжными кольцами

Соединения коническими стяжными кольцами предназначены, в основном, для передачи вращающего момента и осевой силы в соединениях типа вал—ступица. Соединение образуется послеприложения осевойсилы затя жки, затяжкаосуществляетсяпри завинчивании (затяжке) гайки 1 ( рис. 7.3, а) или винтов 4 и 5

кольца прижимаются к ступице, а диаметр внутренних колец 3 и 7 уменьшается и они прижимаются к валу. На поверхностях контакта колец с валом и со ступицей возникает нормальное к поверхности контакта давление р и, как следствие, появляются силы трения, которые определяют несущую способность соединения при сдвигающих нагрузках; такие соединения называют еще конусными фрикционными. Кольцавыполняют нера зрезными.

Преимущества соединений коническими стяжными кольцами: вал и ступица не ослабляются шпоночными канавками или шлицами, обеспечивается надежная передача нагрузки (ударной, динамической с перегрузками или реверсивной), затяжку (сборку соединения) можно выполнить при любом взаимном угловом положении деталей соединения, детали соединения хорошо центрируются, соединения допускаютпрактически неограниченное число сборок и разборок.

Недостатки: необходима высокая точность изготовления контактирующих поверхностей деталей; соединения имеют увеличенныйразмер в радиальном направлении, особенно при затяжке винтами (см. рис. 7.3. в); с течением времени затяжка, а следовательно, и несущая способность соединений могут снижаться в результате самоотвинчивания гаек и винтов, а также из-за обмятия контактирующих поверхностей. Поэтому гайки и винты должны бытьнадежно застопорены, ихследует периодическиподтягивать .

Длясоединений (см. рис. 7.3, а и б) принимают кольцевой зазор между валом и ступицей в диапазоне b (0,08 0,12)d , а длину

колец l (0,2 0,4)d; бóльшие значения b и l имеют кольца в соединениях с валами, диаметр которых менее 40 мм; рекомендуется принимать уголнаклона образующей конической поверхности колец

138

7.2. Соединения коническими стяжнымикольца ми

Рис. 7.3. Соединения коническимикольцами :

а — затяжкагайкой ; б, в — затяжка винтами

16 42 ( tg 0,3 ), так как при 16 42 возможно самозакли-

нивание колец, а при больших углах потребуется слишком большаясила осевойзатяжки .

Кольцаизготовляют изпружинных с талейтипа 55ГС, 60С2А с твердостью поверхности45…50 HRC; твердость рабочих поверх-

139

ностей валов и ступиц рекомендуется назначать не ниже 35… 40 HRC; рабочие контактирующие поверхности (цилиндрические конические ),как правило , шлифуют.

В табл. 7.2 приведены размеры стяжных конических колец

(см . рис. 7.3, а и в), значения осевых сил F1 зат — для их деформирования на величину зазоров( выборка зазоров) и F2 зат — для со-

здания на поверхности контакта давления p 100 МПа, а также передаваемые при таком давлении одной парой колец вращающие моменты Т и осевые силы Fa (данные каталога фирмыRingfeder Krefeld Uerdingen).

При одновременном нагружении соединения вращающим моментом T и осевой силой Fa нагрузочную способность соединения приближенноможно определять по равнодействующей силе

F 2Td 2 Fa2 ,

причем F не должна превышать силу Fa (см. табл. 7.2).

Если в соединении установлено две пары колец, а затяжку осущестляют с одной стороны соединения, как это показано на рис. 7.3, а и б, то вторая пара колец (считая со стороны приложениясилы затяжки) вследствие противодействия силтрения затянута примерно вдвое слабее первой пары колец и вторая пара колец передает вращающий момент и осевую силу примерно в2 раза меньше, чемуказано в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Параметры соединений с одной парой конических стяжных колец

Примечание. Обозначения d, D, l см. на рис. 7.3, а.

140

7.2. Соединения коническими стяжнымикольца ми

Следует иметь в виду, что при давлениях на поверхности контакта колец с валом и со ступицей, отличных от 100 МПа, несущая способность соединения изменяется пропорционально: например, при p 200 МПазна ченияT и Fa (см. табл. 7.2) удваиваются.

Примечание. При многорядной установке колец с затяжкой с одной стороны (см. рис. 7.3, а) первая от гайки пара колец, на которую действует

меньше, так как часть силы затяжки «погашается» силамитрения о ступицу и вал первой пары колец, вторая пара колец оказывается затянута силой, меньшей, чем Fзат; соответственноуменьш ается долявращающего момента и осевой силы, передаваемойвторой парой колец.

диаметральными размерами, в первом приближении круговыекольца соединения представим в виде плоских клиньев 1 и 2 (рис. 7.5)

единичной длины, которые зажимаютсямежду двумя параллельными плоскостями А и Б; при этом попереч-

ныесе ченияколец и заменяющих их клиньев одинаковы.

Для упрощения расчетов распределенные силы взаимодействия клиньев и плоскостей заменим сосредоточенными. На клин 1 действует сила F1, которая перемещает клин 1 по направлению оси X; на клин 2 действует сила F2 в противоположном направлении (реакция со стороны второй пары клиньев). Когда клинья прижмутся к параллельным плоскостям А и Б, на них будут действовать нормальные реакции Fr1 и Fr2, а также силы трения f Fr1 и f Fr2. Спроецируем силы на ось Y и составим уравнение равновесия. Нетрудно убедиться, что Fr1 = Fr2. Спроецируем силы на ось Х, тогдаиз условия равновесия сил следует

141

Рис. 7.6. Схема нагружения одного клина

Суммапроекций сил на ось Х

откудаследует

Fr 1

FN cos f sin .

Если принять среднее значение коэффициента трения пары сталь по

F1 f Fr 1 f 1,11Fr 1 cos16 42 1,11Fr 1 sin16 42 0.

142

7.2. Соединения коническими стяжнымикольца ми

Напомним, что F2 — реакция со стороны второй пары клиньев, т. е. сила затяжки второй пары клиньев, которые приняты в качестве модели колец. Полученный результат подтверждает вывод: при установке двух пар колец и затяжке с одной стороны соединения вторая пара затянута примерно в2 раза слабее первой и может передавать нагрузку, примерно

упругих колебаниях отмечаются местноеснятие силтр ения и так называемоеявление переползания, аналогичное тому, что происходит при само-

личиться, ап ервойпары колец — уменьшиться.

Рис. 7.8. Взаимное расположение колец с разрезом вдольоси вращения

Послеустанов кисоединения нава лу в требуемом осевом и угловомположенииначинают затягиват ь (завинчивать)винты 4.

При завинчивании винтов 4, расположенных по окружности, кольца 1 и2 сближаются вдоль оси. При этом благодаря взаимо-

действию конических поверхностей внутренний диаметр d этих колец уменьшается, а наружный диаметр D кольца 3 увеличивается. Сила прижатия рабочих поверхностей зависит от угла конуса поверхностей и отсилы затяжки винтов 4( угол конуса 4 30 ).

Таким образом, вследствие малости угла конуса силой затяжки винтов 4 можно создать значительные силы трения на поверхностях контактавал а с кольцами 1, 2 и ступицы 5 с кольцом 3 (см. рис. 7.7). Это позволяет передавать вращающий момент и осевую силу, даже большие, чем в соединениях с натягом после сборки запресовкой вследствие малости угла конуса , и обеспечивает точценоетрирование соединяемых детелей .

При демонтаже затянутого соединения, имеющего значительные силы трения на рабочих поверхностях, необходимо создать значительные осевые силы в направлении, противоположном дей-

144