9. 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)].

10. 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 контро–льованій 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.

374