Расчет на прочность клиновых соединений

При забивании клина суммарные силы на рабочих гранях клина равнодействующие нормальных сил и сил трения наклонены на угол трения φ к нормалям в сторону, обратную перемещению клина рис. 28. В установочных клиновых соединениях усилие на стержне равно полезной нагрузке Q = Q _вн.

В соединениях с предварительным натягом по условию, что после приложения нагрузки в соединении сохранился натяг Q = (1,25…1,5) Q _вн. Из условия равновесия клина можно определить усилие, необходимое для его забивания Р:

P=Q[tg(α+φ)+tgφ];

где α – угол наклона образующей клина к его оси.

При забивании клина изменяется направление сил трения на рабочих гранях и усилие, необходимое для выбивания клина можно определить по зависимости:

P₁=Q[tg(φ+α)+tgφ].

Самоторможение клинового соединения возможно, если сила P₁, необходимая для его выбивания должна быть больше нуля.

Поэтому:

tg(φ+α)+tgφ≥0

или угол наклона клина был меньше удвоенного угла трения α≤2φ.

а) б) в)

Рис.28. Расчетная схема клинового соединения

 

Таким образом, угол односкосного клина или сумма углов сторон угол заострения двухскосного клина должен быть меньше двойного клина трения на рабочих гранях.

Расчётный коэффициент трения обычно принимают равным 0,1φ≈5⁰45’. В силовых клиновых соединениях при уклоне менее 1:25 обеспечивается значительный запас самоторможения.

Действительное распределение давлений по рабочей поверхности клина неравномерно, однако в расчётах условно принимают, что давление по поверхности контакта распределяется равномерно рис. 28,б.

В клиновом соединении стержень рассчитывают на растяжение по ослабленному сечению:

где d – диаметр стержня; в – ширина прорези для клина.

Втулка рассчитывается на смятие рабочих поверхностей:

где δ – толщина втулки.

Клин работает на изгиб, поэтому его рассчитывают по схеме, приведённой на рис.28,б.

Высота клина h равна:

Клин обычно изготавливают из среднеуглеродистой стали марки Ст. 5 или Ст. 6, для которых [σ]≈150 МПа, а [σ]_см≤ 200 МПа.

Штифтовые и профильные соединения

Штифтовые соединения служат для соединения осей и валов с уста­новленными на них деталями при передаче небольших вращающихся моментов и точного взаимного фиксирования деталей. Образуются совместным сверлением соединяемых деталей и установкой в отверстие с натягом специальных цилиндрических или конических штифтов (рис. 29).

Рис.29. Штифтовые соединения

 

Рис.30. Конструкции штифтов

 

Известны цилиндрические (рис.30, а, б), конические (рис.30, в, г, д), цилиндрические пружинные разрезные (рис.30, е), просечённые цилиндрические, конические и др. (рис.30, ж, з, и, к), простые, забиваемые в отверстия (рис.30, б, в), выбиваемые из сквозных отверстий с другой стороны (гладкие, с насечками и канавками, пружинные, вальцованные из ленты, снабжённые резьбой для закрепления или извлечения (рис.30, д) и т.д. Применяются специальные срезаемые штифты, служащие предохранителями.

Цилиндрические штифты устанавливают в отверстиях с натягом; иногда штифты расклепывают.

Конические штифты выполняют с конусностью 1:50, обеспечивающей самоторможение и центрирование деталей. Наибольшее распространение имеют гладкие конические штифты. Они обеспечивают надёжное самоторможение и центрирование деталей. Конические штифты в основном применяют в соединениях деталей по плоскостям, стягиваемым крепёжными болтами. В этих соединениях штифты осуществляют фиксацию деталей, а основная нагрузка воспринимается силами трения в стыке, создаваемыми начальной затяжкой болтов.

Под насеченные цилиндрические штифты с коническими или цилиндрическими насечками не нужно развертывать отверстие - насечки обеспечивают надежное соединение и предохраняют штифт от выпадения в процессе работы.

Установочные штифты обычно устанавливают в глухое отверстие по посадке с натягом в одной из соединяемых деталей; выступающий конец штифта входит в отверстие другой детали по посадке H7/j_s6 или H7/h6.

По назначению их разделяют на силовые и установочные. На рис.31 по­казана установка цилиндрического штифта. В качестве силовых использу­ют конические и фасонные штифты.

Гладкие конические и цилиндрические штифты чаще всего применяют в качестве установочных. Конические штифты изготавливают с конусностью 1:50, обеспечивающей самоторможение, они допускают многократную сборку–разборку и поэтому применяются чаще.

Хорошо зарекомендовали себя в качестве крепежных насеченные штифты, которые надежно сцепляются при забивании со стенками отверстия, допускают многократную сборку – разборку без заметного ухудшения сцепления. Пружинные штифты ввиду большой податливости можно устанавливать в грубо обработанные отверстия, причем обеспечивается надежное сцепление при вибрационных и ударных нагрузках, допускается многократная разборка и сборка.

Рис. 31. Соединение цилиндрическим штифтом

 

При больших нагрузках ставят два или три штифта (под углом 90 или 120°). При передаче знакопеременной нагрузки эти штифты следует уста­навливать так, чтобы исключить их выпадение. Материал штифтов — сталь Ст5, Стб, 40, 35Х и др. Гладкие штифты выполняют из стали 45 и А12, штифты с канавками и пружинные – из пружинной стали.

При закреплении колёс на валу штифты передают как вращающий момент, так и осевое усилие.