6. Клинові та штифтові з‘єднання

6.1. Клинові з‘єднання

Клиновими називають роз‘ємні з'єднання, здійснювані за допомогою клина. За призначенням розрізняють клинові з'єднання: силові (служать для міцного з'єднання деталей машин) і установочні (призначені для регулювання й установки деталей машин у потрібному положенні). Прикладом міцного кли­нового з'єднання служить з'єднання за допомогою клина 2 штока 1 із стержнем 3 (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Ненапружене клинове з‘єднання

У залежності від методу зборки розрізняють клинові з'єднання ненапру­жені (що збираються без попе­реднього затягування) і напру­жені (що збира­ються з попереднім затя­гуванням). Ненапру­жені з'єд­нання призначаються для сприй­няття постій­них за знаком зусиль (рис. 6.1).

При знакозмінних динамічних навантаженнях застосовуються на­пружені конструкції (рис. 6.2), в яких до прикладення зовнішнього навантаження при запресуванні клина створюється попереднє затягування. Обов'язкова умова на­дійної роботи таких з'єднань – зберігання залиш­кового затягування деталей після при­кладення зовнішнього навантаження.

Конструктивно напруженість клино­вого з'єднання досягається за допомо­гою бурта стержня (див. рис. 6.2), посадкою хвостовика стержня у

Рис. 6.2. Напружене клинове з‘єднання

втулці на конус, упором торця хвостовика в дно отвору втулки.

Застосовувані в клинових з'єд­наннях клини бувають односкосі, двоскосі і безскосі (безскосий клин називають чекою). У силових клинових з'єднаннях за­стосовують, як правило, односкосі клини.

У силовому клиновому з'єднанні клин установлюють на робоче місце забиванням (іноді затягуванням за допомогою гвинта). Клин утримується зде­більшого лише тертям. Для надійності самогальмування клинів необхідно, щоб дотримувалася умова , де – кут клина, а  – кут тертя. З цією метою ухил у силових клинових з'єднаннях звичайно приймають рівним 1:100, 1:40 або 1:30. Установочні клини виконують з ухилами 1:10, 1:6, 1:4; в усіх випадках при i>1:25 необхідні пристрої, що забезпечують невипадання клину, тобто при і<1:25 і безударних навантаженнях такі пристрої не потрібні, оскільки забезпечується самогальмування. Кріпильні клини зви­чайно виконують із сталі Ст 4, Ст 5, сталь 35, сталь 40, сталь 45.

Переваги клинових з'єднань:

1. простота конструкції;

2. зручність і простота зборки і розбирання;

3. забезпечення центрування з‘єднуваних деталей;

4. можливість передавати великі навантаження.

Недоліки клинових з‘єднань:

1. нетехнологічність конструкції (складність обробки деталей з‘єднання);

2. ослаблення з'єднуваних деталей прорізами для установки клина;

3. необхідність застосування у відповідальних випадках пристроїв, що стопорять клин.

Перераховані недоліки обмежують область застосування клинових з'єд­нань, у даний час застосовуваних там, де зручність і швидкість зборки і розби­рання мають вирішальне значення (наприклад, у парових машинах, двигунах внутрішнього згоряння, у затискних пристроях станочних пристроїв і т. п.).

При розрахунку ненапружених клинових з'єднань за розрахункове при­ймається найбільше зовнішнє навантаження, прикладене до з'єднання.

Стержень працює на розтяг. Умова міцності в перерізі А-А (рис. 6.3):

. (6.1)

Рис 6.3. Розрахункова схема до визначення розмірів стержня

клинового з‘єднання

Товщина клина приймається ; приіз (6.1) визначимоd:

. (6.2)

Напруження зминання під клином:

. (6.3)

Розмір визначається із умови міцності на зріз:

(6.4)

Умова міцності на зминання опорної поверхні у втулці (рис. 6.4):

, (6.5) звідки

.

Рис. 6.4. Розрахункова схема до визначення розмірів втулки і штока

клинового з‘єднання

Міцність втулки на розтяг перевіряється за умовою

. (6.6)

Розмір може бути знайдений із умови міцності втулки на зріз

(6.7)

Як правило приймають , де h – висота клина в середньому перерізі. Діаметр втулки приймають .

Аналіз випадків руйнування клина показує, що до початку процесу зрі­зання клин піддається деформації згину. Тому висоту середнього перерізу клина h визначають з умови міцності на згин (рис. 6.5). Клин розглядається як балка, що лежить на двох опорах із рівномірно розподіленим навантаженням із боку стержня. Тоді згинаючий момент:

.

Рис. 6.5. Розрахункова схема до визначення розмірів клина

Момент опору . Умова міцності на згин:

, (6.8)

звідки

. (6.9)

Вважаючи і , отримаємо

. (6.10)

Довжину клина зазвичай приймають ; матеріал клинів Ст 5, Ст 6 та ін. При розрахунку напружених клинових з‘єднань з урахуванням напружень від попередньої затяжки розрахункове навантаження збільшують на 25%. Тоді:

. (6.11)