Клемові, або фрикційно-гвинтові, з'єднання

Клемові з'єднання застосовують для закріплення на валах та інших циліндричних елементах таких деталей, як кривошипи, важелі, шківи, якщо вони вимагають частих перестановок. Такі з'єднання передають зовнішні навантаження за рахунок сил тертя, створюваних відповід­ною затяжкою болтів чи гвинтів. Тому клемові з'єднання інколи називають фрикційно-гвинтовими.

На рис. 11.21 показані приклади клемових з'єднань важеля з валом. Ці з'єднання можуть навантажуватись моментом Μ = Ql або осьовою силою. За конструктивною ознакою клемове з'єднання може бути з нероз'ємною (рис. 11.21,а) із роз'ємною (рис. 11.21,б) маточинами.

Розрахунок клемових з'єднань полягає у визначенні потрібної сили затяжки болтів F₀, яка може забезпечити (за рахунок сил тертя в з'єднанні) передачу зовнішнього навантаження.

У клемовому з'єднанні з нероз'ємною маточиною за допомогою затяжки болтів F₀z (z – кількість болтів) створюються сили N тиску на вал, а сили тертя F_s = Nf забезпечують передачу зовнішнього навантаження від важеля до вала. Момент сил тертя повинен зрівноважити зовнішній момент, тобто

Nfd = kQl, (51)

де k = 1,2...1,3 – коефіцієнт надійності з'єднання, що вводиться в розрахунок для компенсації нестабільності коефіцієнта тертя f.

Силу N визначимо за умови рівності моментів сил N і F₀z щодо точки О (рис. 11.21,а), яку умовно можна взяти за шарнірне з'єднання верхньої та нижньої частин клеми:

F₀z (а + 0,5d) = 0,5Nd або N = F₀z (2a/d + 1). (52)

Після підстановки N у рівність (51) знайдемо потрібну силу затяжки F₀ одного болта в клемовому з'єднанні з нероз'ємною маточиною:

F₀ = k Q l /[ z f (2a + d)]. (53)

Враховуючи скручування болтів при затяжці, запишемо розрахункову силу для болта;

F_б.ρ = F₀β = k Q l β / [z f (2a + d)]. (54)

У клемовому з'єднанні з роз'ємною маточиною (рис. 11.21,б) зовнішній момент Μ =Ql також урівноважується моментом сил тертя T_s = Nfd, тобто Nfd = kQl.

Якщо сила N = 2F₀ (при наявності двох гвинтів у з'єднанні), то відповідно матимемо потрібну силу затяжки для одного гвинта:

F₀ = k Q l / (2f d). (55)

Для гвинта клемового з'єднання з роз'ємною маточиною розрахункова сила

F_{б p} = k Q l β /(2f d). (56)

За виразами (54) та (56) для розрахункових сил двох варіантів клемового з'єднання можна визначити потрібні діаметри болтів або гвинтів за умови міцності їх на розтяг [див. формулу (38)].

Допустимі напруження та запаси міцності при розрахунках різьбових з'єднань

Допустимі напруження та запаси міцності для різьбових деталей з'єднань залежать від деяких факторів: впевненості у точності розрахункових навантажень з'єднання; характеру зміни навантаження в часі, якості монтажу з'єднань (перекосів опорних площин під гайку чи головку гвинта), точності забезпечення затяжки болтів (контрольована чи неконтрольована затяжка).

Для затягнутих болтів та гвинтів, що знаходяться під дією статичних навантажень, допустиме напруження беруть [σ] = σ_T/s, де коефіцієнт запасу міцності s = 1,3...1,5 при контрольованій затяжці з'єднання. Якщо ж затяжка не контролюється, то s треба вибирати із табл. 11.4.

Таблиця 11.4 - Коефіцієнти запасу міцності для болтів та гвинтів
Матеріал болта або гвинта	Значення s для діаметрів болтів d, мм
	6 – 16	16 – 30	30 – 60
Сталь: вуглецева легована	4 – 3 5 – 4	3 – 2 4 – 2,6	2 – 1,3 2,5 – 2

Для болтів та гвинтів, які розраховують на втому, допустимі коефіцієнти запасу міцності наведені в п.7, до того ж для болтів малих діаметрів при не контрольованій затяжці слід брати підвищені значення запасів міцності.

При розрахунку болтів на зріз допустимі напруження беруть [τ]_3ρ = (0,3...0,4) σ_T (більші значення для статично навантажених з'єднань).

Із наведених даних випливає, що при неконтрольованій затяжці різьбового з'єднання для болтів малих діаметрів треба брати підвищені коефіцієнти запасу міцності. Це пов'язано з можливістю перенапруження або навіть руй­нування болтів малого діаметра при неконтрольованій затяжці.

Контрольована затяжка має місце в великосерійному та масовому виробництвах, а також використовується для відповідальних різьбових з'єднань. Передбаченням контрольованої затяжки при проектуванні можна досягти зменшення маси різьбових з'єднань.