Клеммовые соединения. Соединения с гарантированным натягом

Лекция № 9

Тема 6: Клеммовые соединения

6.1. Общие сведения

Клеммовые соединения применяют для закрепления деталей на валах и осях, цилиндрических колоннах, кронштейнах и т.д. По конструктивным признакам различают 2 основных типа клеммовых соединений (рис. 6.1):

а) со ступицей, имеющей прорезь;

б) с разъёмной ступицей.

 

Рис. 6.1. Типы клеммовых соединений

Разъёмная ступица несколько увеличивает массу и стоимость соединения, но при этом становится возможным установить клемму в любой части вала независимо от формы соседних участков и расположенных рядом деталей.

При соединении деталей с помощью клемм используют силы трения, которые зависят от затяжки болтов. Силы трения позволяют нагружать соединение моментом Т, осевой силой F_а, а также их комбинацией.

Достоинства:

1) простота монтажа и демонтажа;

2) самопредохранение от перегрузки;

3) возможность перестановки и регулировки взаимного расположения деталей в осевом и окружном направлениях.

Недостатки:

1) ограниченная передаваемая нагрузка;

2) низкая прочность деталей клеммы при некачественном монтаже.

6.2. Расчёты на прочность

При проектировании клеммового соединения прежде всего требуется определить силу затяжки болтов, обеспечивающую передачу требуемой нагрузки. Сравнительно точный расчёт такого соединения возможен путем решения контактной задачи методом конечных элементов, при котором рассматриваются два предельных случая.

А) Жёсткая клемма (рис. 6.2, а).

В этом случае клемма обладает большой жёсткостью, а посадка деталей выполнена с большим зазором. При этом допускают, что контакт деталей происходит по линии в точках "с". Данный случай является дефектным, так как при затяжке болтов клемма может разрушиться.

 

Рис. 6.2. Конструкции жёсткой и гибкой клеммы

Для восприятия осевой силы F_а необходимо болты затянуть усилием F_зат, что вызывает в точках контакта "с" реакцию N и силу трения Nf. Из условия равенства внешней нагрузки и сил трения можно записать:

                                                   (6.1)

Из условия равновесия любой половины клеммы:

                                                    (6.2)

Из равенств (6.1) и (6.2) находят усилие затяжки F_зат:

                                                  (6.3)

где  K – коэффициент запаса по сцеплению; K = 1,3…1,8.

Б) Гибкая клемма (рис. 6.2, б).

В такой клемме форма сопрягаемых деталей строго цилиндрическая, зазор в соединении близок к нулю, а при затяжке болтов образуется натяг. В этом случае полагают, что давление p распределяется равномерно по поверхности соприкосновения деталей. Данный случай наиболее рациональный с точки зрения требуемой затяжки болтов. Условие равенства внешней нагрузки и сил трения:

                                                  (6.4)

где  l – длина клеммы, мм; рекомендуется l = (1,2…1,5)d,

р – давление в соединении, МПа;

f – коэффициент трения; для стальных и чугунных клемм и сухих несмазанных поверхностей f = 0,15…0,2.

Условие равновесия полуклеммы:

                                                 (6.5)

В данном соединении давление p равнозначно напряжению смятия, а  - условная площадь смятия. Из равенств (6.4) и (6.5) следует:

                                                  (6.6)

Из формул (6.3) и (6.6) видно, что нагрузочные способности для двух предельных случаев относятся как 2/p. В современном машиностроении размеры деталей клеммового соединения выполняют под посадку Н8/h8, при которой обеспечивается свободная сборка деталей без излишних зазоров. Это дает основание рассматривать условия работы практически выполненных клеммовых соединений как средние между крайними случаями и рассчитывать их на прочность по формуле:

                                                  (6.7)

Здесь коэффициент 5 приближенно равен среднему между 4 и 2p. В формулу (6.7) дополнительно ставится z – число болтов, расположенных с одной стороны вала.

Расчет клеммового соединения с односторонним расположением болтов также выполняют по формуле (6.7). При этом условно полагают, что функции второго болта соединения выполняет сама деталь рычага. При нагружении моментом Т его действие можно заменить силой F_t, приложенной к поверхности вала диаметром d, по условию:

                                                          (6.8)

и формула (6.7) примет вид:

                                                 (6.9)

При комбинированной нагрузке расчёт ведут по геометрической сумме усилия от момента и осевой силе:

                                   (6.10)