2.4 Соединение посадкой на конус

Такие соединения применяют для закрепления деталей на концах валов (рис. 2.11). Давление на конической поверхности образуется в результате затяжки гайки. В остальном соединение подобно прессовому. В отличие от прессового соединение легко монтируется и демонтируется без применения специального оборудования (например,

прессов). Это удобно для соединений узлов, монтаж и демонтаж которых производят не только при сборке изделия на заводе, но и в процессе эксплуатации.

Задачей расчета является определение момента Т, который может передавать соединение при заданных размерах и силе F_3ат затяжки гайки:

(2.13)*

О

Рис. 2.11

бычно принимают стандартную конусность 1/10. При этом

а = 2°51'40"; коэффициент трения 0,11.. .0,13;

коэффициент запаса К1,3. .. 1,5. За расчетный моментТ принимают максимальный; F_зат— определяют по формуле , в которой Т_зав = F_Kl_K, где —длина стандартного ключа (d—диаметр резьбы), 150.. .200 Н—сила на ключе.

Если условие (2.13) не соблюдается, соединение усиливают шпонкой. Расчет шпоночного соединения выполняют по полному моменту нагрузки Т. Влияние посадки на конус учитывают, как и в прессовых посадках, при выборе допускаемых напряжений [σ _см].

2.5 Клеммовые соединения

2.5.1. Конструкция и применение. Клеммовые соединения применяют для закрепления деталей на валах и осях, цилиндрических колоннах, кронштейнах и т. д. Один из примеров клеммового соединения (закрепление рычага на валу) изображен на рис. 2.5.1.

По конструктивным признакам различают два основных типа клеммовых соединений: а) со ступицей, имеющей прорезь (рис. 2.5.1, а); б) с разъемной ступицей (рис.2.5.1, б). Разъемная ступица несколько увеличивает массу и стоимость соединения, но при этом становится возможным устанавливать клемму в любой части вала независимо от формы соседних участков и других расположенных на валу деталей.

При соединении деталей с помощью клемм используют силы трения, которые возникают от затяжки болтов. Эти силы трения позволяют нагружать соединение как моментом (T=Fl), так и осевой силой F_а. Ранее отмечалось, что передача нагрузки только силами трения недостаточно надежна. Поэтому не рекомендуют применять клеммовые соединения для передачи больших нагрузок.

К достоинствам клеммового соединения относятся простота монтажа и демонтажа, самопредохранение от перегрузки, а также возможность перестановки и регулировки взаимного расположения.

Рис. 2.5.1

деталей как в осевом, так и в окружном направлениях (регулировка положения рычагов и тяг в механизмах управления и т. п.).

2. 5.2. Расчет на прочность

В зависимости от выполнения соединения при расчете можно рассмотреть два предельных случая (рис. 2.5.2).

Первый случай. Клемма обладает большой жесткостью, а посадка деталей выполнена с большим зазором (рис. 2.5.2, а). При этом можно допустить, что контакт деталей происходит по линии, а условие прочности соединения выражается в виде

F_td=Fnfa>T, 2F_nfF_a, (2.5.1)

F_зат

Рис.2.5.2.

где F_n — реакция в месте контак та; f — коэффициент трения. По условию равновесия любой половины клеммы ,где F_зaт — сила затяжки болтов.

Подставив значение F_n в формулы (2.5.1), найдем ,(2.5.2 )

Второй случай. Клемма достаточно гибкая, форма сопрягаемых деталей строго цилиндрическая, зазор в соединении близок к нулю (рис. 2.5.2, б). В этом случае можно полагать, что давление р распределено равномерно по поверхности соприкосновения деталей, а условия прочности соединения выражаются в виде

Рассматривая равновесие полуклеммы, записываем

После подстановки и сокращения получаем (2.5.3)

Таким образом, нагрузочные способности для двух предельных случаев относятся как 2/[ср. формулы (2.5.2) и (2.5.3)]. Первый случайявляется самым неблагоприятным, а второй — наиболее рациональ­ным с точки зрения требуемой затяжки болтов.

Следует заметить также, что наличие больших зазоров в соединении может привести к разрушению клеммы от напряжений изгиба. Практически конструкция с большими зазорами является дефектной.

В современном машиностроении размеры деталей клеммового соединения выполняют под посадку типа Н8/h8. При такой посадке обеспечивается свободная сборка деталей без излишних зазоров.

Это дает основание рассматривать условия работы практически выполняемых клеммовых соединений как средние между двумя рассмотренными выше крайними случаями и рассчитывать их прочность по формулам

2,5F_затfd>t, 5F_зат>F_a. (2. 5. 4)

Здесь коэффициенты 2,5 и 5 приближенно равны среднему значению коэффициентов в формулах (2.5.2) и (2.5.3).

Расчет клеммового соединения с односторонним расположением болтов (см. рис.2. 5. 1) принято выполнять по тем же формулам (2.5.4). При этом условно полагают, что функции второго болта соединения выполняет сам материал рычага. Действительно, если верхний болт в конструкции по рис. 2.5.1, б приварить к деталям, то условия работы клеммы и нижнего болта не изменятся, а конструкция станет подобна конструкции, изображенной на рис.2. 5.1, а.

Для определения потребной силы затяжки болтов преобразуем формулы (2.5.4) к виду

F_зат = KT/(2,5zfd), F_зат= KF_a/(5zf). (2. 5. 5)

При совместном действии Т и F_а, сдвигающей силой на поверхности контакта будет равнодействующая осевой F_a и окружной F_t= 2T/d сил. Для такого случая

(2.5.6)

По найденной F_злт выполняем расчет болтов на прочность.

В формулах (2.5.5) и (2.5.6) z— число болтов, расположенных с одной стороны вала.

K = (1,3...1,8) — коэффициент запаса. Коэффициент трения для чугунных и стальных деталей, работающих без смазки, можно выбирать в пределах f =0,15...0,18.