5.6. Клемові з'єднання

Клемові з'єднання застосовуються для закріплення на валах і інших круглих стержнях різних деталей (кривошипів, важелів і т.п.) при необхідності подальших перестановок.

По конструкції розрізняють два основних типи клемових з'єднань: а) із ступицею, що має проріз (рис. 5.15); б) із роз‘ємною ступицею (рис. 5.16).

Рис. 5.15. Клемове з‘єднання

(ступиця деталі має прорізь)

У клемових з'єднаннях використовують сили тертя, що виникають від затягування болтів і дозволяють наванта­жувати з'єднання як момен­том () (рис. 5.15), так і осьовою силою .

До переваг клемового з'єднання відносяться просто­та монтажу, самоза­побігання від переван­таження, а також можливість перестановки і регулювання взаємного розта­шування дета­лей як в осьовому, так і окруж-

Рис. 5.16. Клемове з‘єднання (ступиця деталі роз‘ємна)

ному напрямках. При цьому вал не послабляється шпонковою канав­кою.

Недоліком є ненадійність передачі навантаження силами тертя і дис­баланс насаджених на вал деталей. Тому клемові з'єд­нання не застосовуються для передачі великих навантажень, а також при великих швидкостях обертання.

У залежності від конструкції з'єднання при розрахунку можна розглянути два граничних випадки (див. рис. 5.16).

Перший випадок. Клема має велику жорсткість, а посадка виконана з великим зазором (рис. 5.16, а). При цьому можна припустити, що контакт деталей відбувається по лінії. Запишемо відповідно умови міцності при на­вантаженні з'єднання моментом або осьовою силою:

або, (5.45)

де – сила тертя ();– реакція в зоні контакту ;– коефіцієнт тертя.

За умовою рівноваги половини клеми , де– силазатягування болтів.

Підставляючи значення у формули (5.45), отримаємо

. (5.46)

Другий випадок. Клема досить гнучка, форма деталей, що стикуються, строго циліндрична, зазор у з'єднанні близький до нуля (рис. 5.16).

При такій конструкції можна прийняти, що тиск р розподілений рівно­мірно по поверхні стику деталей. У цьому випадку умови міцності з'єднання при навантаженні моментом Т або осьовою силою відповідно мають вигляд:

(5.47)

Із умови рівноваги клеми отримаємо:

. (5.48)

Підставляючи значення р (5.48) у рівняння (5.47), знаходимо:

(5.49)

Із зіставлення рівнянь (5.48) і (5.49) випливає, що навантажувальні спро­можності клемового з'єднання для двох цих граничних випадків відносяться, як . Тому з умови необхідного затягування болтів перший випадок самий не­сприятливий, а другий найбільш сприятливий (потрібна найменша сила затя­гування болтів). Крім того, наявність великих зазорів у з'єднанні може привести до руйнування клеми від напруження згину. Практично конструкції з великими зазорами недосконалі і не засто­совуються.

У сучасному машинобудуванні розміри деталей клемового з'єднання ви­конують під посадку, при якій забезпечується вільна зборка деталей без зайвих зазорів. Це дає підставу розглядати умови роботи практично виконуваних клемових з'єднань як середні між двома розглянутими крайніми випадками і розраховувати їх на міцність по формулах

(5.50)

де 2,5 і 5 – коефіцієнти, приблизно рівні середньому значенню коефіцієнтів у формулах (5.46) і (5.49).

Розрахунок клемового з‘єднання з одностороннім розташуванням болтів (див. рис. 5.15) прийнято також виконувати по формулах (5.50). при цьому умовно вважають, що функції другого болта з‘єднання виконує сам матеріал важеля.

Використовуючи формули (5.50), визначимо потрібну силу затяжки болта . При дії моментаТ

; (5.51)

при дії осьової сили

, (5.52)

де k – коефіцієнт запасу (k = 1,3…1,8); z – число болтів, розташованих по один бік вала.

При спільній дії Т і зсуваючою силою на поверхні контакту буде рівнодійна осьової і окружноїсил

. (5.53)

Після визначення сили розрахунок болтів на міцність виконують по формулі

. (5.54)