background image

POŁĄCZENIA WCISKOWE 

Charakterystyka i podstawowe parametry połączeń wciskowych. 

Połączeniem wciskowym nazywa się bezpośrednie czopowe połączenie cierne 

elementów o gładkiej walcowej powierzchni styku uzyskane dzięki dodatniej 

różnicy wymiarów łączonych elementów przed montażem. 

Po połączeniu elementów wcisk wywołuje w nich odkształcenie sprężyste i 

docisk na powierzchni styku, dzięki czemu możliwe jest tarciowe przeniesienie 

momentu skręcającego i siły wzdłużnej.  

 

Złącze wciskowe:  a) wymiary przed zmontowaniem,  

                                b) po zmontowaniu 

– odkształcenia elementów łączonych i  

                                     

naprężenia na powierzchniach. 

2

w

1

z

d

d

W

 

 

- wcisk, 

1

z

d

- zewnętrzna średnica czopa przed zmontowaniem, 

2

w

d

- wewnętrzna średnica oprawy przed zmontowaniem, 

   - wspólna średnica czopa i oprawy po montażu, 

l    - długość oprawy, 

1

 - 

naprężenia obwodowe (ściskające) na powierzchni zewnętrznej czopa, 

'
1

 - 

naprężenia obwodowe (ściskające) na powierzchni wewnętrznej czopa, 

2

 - 

naprężenia obwodowe (rozciągające) na powierzchni wewnętrznej 

            oprawy, 

'
2

 - 

naprężenia obwodowe (rozciągające) na powierzchni zewnętrznej  

            oprawy, 

p

 

naprężenia promieniowe (ściskające) na powierzchni styku czopa i    

  oprawy, 

 

background image

Rodzaje połączeń wciskowych. 

Połączenia wtłaczane – uzyskuje się przez wtłoczenie czopa do otworu oprawy 

lub nasadzenie oprawy na czop. Do montażu najczęściej stosuje się prasy 

hydrauliczne. 

Połączenia skurczowe – uzyskuje się przez ogrzanie oprawy (piec gazowy, 

elektryczny lub wanna 

olejowa) i termicznemu zwiększeniu jej średnicy, 

umożliwiającemu swobodne nasadzenie oprawy na czop. 

Połączenia rozprężne – uzyskuje się przez oziębienie czopa. Czop zanurza się 

w spirytusie lub acetonie ochłodzonym za pomoca „suchego lodu” (CO

2

 w 

stanie stałym o temperaturze parowania t

p

= - 79

o

C) lub w skroplonym 

powietrzu (t

p

= - 196

o

C). 

 

Połączenia kombinowane – zastosowanie kombinacji wyżej wymienionych 

sposobów (np. wtłaczanie podgrzanej oprawy). 

Połączenia wciskowe na ogół są projektowane jako nierozłączne. Połączenia 

wciskowe projektowane jako rozłączne powinny mieć zapewnioną 

konstrukcyjnie możliwość rozłączania, np. przez zastosowanie hydraulicznego 

rozprężania czopa. 

 

Zalety połączeń wciskowych:  

prostota i łatwość wykonania, 

duża obciążalność złącza (zarówno przy obciążeniach statycznych jak i 

okresowo-zmiennych lub udarowych), 

dobre centrowanie elementów łączonych. 

 

Wady połączeń wciskowych:  

wprowadzenie dodatkowych naprężeń w łączonych elementach 

(szczególnie niebezpieczne dla materiałów kruchych), 

zmniejszenie wytrzymałości zmęczeniowej, 

oddziaływanie na nośność złącza temperatury oraz siły odśrodkowej,  

trudności z ustaleniem prawidłowych wartości współczynnika tarcia 

zależnego od wielu trudnych do określenia czynników. 

 

 

 

 

background image

 

Naprężenia w łączonych elementach

  

 

Oznaczenia: 

1

R

 - 

naprężenia promieniowe w czopie, 

1

T

 - 

naprężenia obwodowe w czopie, 

2

R

 - 

naprężenia promieniowe w oprawie, 

2

T

 - 

naprężenia obwodowe w oprawie, 

p

 - 

nacisk oprawy na powierzchnię zewnętrzną czopa (maksymalne naprężenie 

       promieniowe 

– występuje zawsze na powierzchni styku), 

1

 - 

naprężenie obwodowe na powierzchni styku w czopie, 

2

 - 

naprężenie obwodowe na powierzchni styku w oprawie, 

'
1

 - 

naprężenie obwodowe na powierzchni swobodnej czopa, 

'
2

 - 

naprężenie obwodowe na powierzchni swobodnej oprawy, 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

Analiza naprężeń 

Założenia: 

-  czop i oprawa mają kształt okręgów, 
-  rozkład nacisków na powierzchni styku jest równomierny, 
-  odkształcenia są w zakresie sprężystym, 
-  w przekroju połączenia występują tylko naprężenia promieniowe i 

obwodowe ( płaski stan naprężenia – naprężenia osiowe są pomijalnie 
małe). 

 

Naprężenia promieniowe są w obu elementach ściskające; ich wartość 
maksymalna występuje na powierzchni styku łączonych elementów, gdzie:  

p

2

R

1

R

 

Naprężenia obwodowe w czopie 

1

T

 - są ściskające, w oprawie 

2

T

 - 

rozciągające. 
Analiza oparta jest na rozwiązaniu zagadnienia Lame gdzie zakłada się, że:  

-  suma naprężeń obwodowych i promieniowych jest w każdym punkcie  
     

przekroju wielkością stałą,  

zatem: 

const

T

R

          

stąd:     

p

1

'
1

        oraz         

p

2

'
2

 

 

Można określić stosunek naprężenia obwodowego do nacisku jednostkowego 
na powierzchniach styku przy pomocy 

zależności: 

2

1

2

1

1

x

1

x

1

p

     oraz    

2

2

2

2

2

x

1

x

1

p

 

 

stąd na powierzchniach swobodnych: 

1

p

p

1

'
1

    oraz      

1

p

p

2

'
2

 

 

gdzie: 

1

x

2

x

współczynniki wydrążenia czopa i oprawy: 

d

d

x

1

1

   i   

2

2

d

d

=

x

 

 
Przyjmuje się, że zniszczenie elementów złącza wciskowego powodują głównie 
naprężenia styczne (ściskające w czopie, rozciągające w oprawie). 
Po uwzględnieniu wyżej omówionych związków otrzymujemy zależności, z 
których można wyznaczyć maksymalne naprężenia styczne dla czopa i dla 
oprawy. 
 
 

background image

Maksymalne naprężenie styczne dla drążonego czopa występuje na jego 
swobodnej wewnętrznej powierzchni i wynosi: 

2

1

max

1

T

x

1

1

p

2

 

 

Maksymalne naprężenie styczne dla oprawy występuje na powierzchni styku 
oprawy i czopa i można je określić na podstawie zależności: 
 

2

2

2

2

max

2

T

x

1

x

1

p

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

Naciski występujące pomiędzy czopem i oprawą w połączeniu 
wciskowym      

 

Można wykazać że: 
 





2

2

1

1

E

C

E

C

p

d

      

skąd      





2

2

1

1

E

C

E

C

pd

 

gdzie: 

1

2

1

2

2

1

2

1

d

d

d

d

C

     i     

2

2

2

2

2

2

2

2

d

d

d

d

C

 

 

 

1

E

2

E

moduł Younga (stal – 

MPa

10

1

,

2

E

5

),    

1

2

współczynnik  

           Poissona (stal 

– 

3

,

0

). 

 
Występująca w powyższych zależnościach wielkość 

jest zmierzoną różnicą 

średnicy zewnętrznej czopa i wewnętrznej średnicy oprawy, którą nazywa się 
wciskiem zmierzonym.  
 
Dla połączeń wtłaczanych należy uwzględnić wygładzanie chropowatości 
powierzchni podczas montażu, które powoduje zmniejszenie wcisku 
rzeczyw

istego w stosunku do wartości wynikających z wcisku zmierzonego. 

 
W obliczeniach połączeń wciskowych występuje wcisk maksymalny i wcisk 
minimalny. 
Wcisk maksymalny 

max

W

 

daje bardzo duży nacisk obliczeniowy pstąd 

zapewnia on wysoką nośność ruchową połączenia, ale może spowodować 
uszkodzenie jednego z łączonych elementów, niekiedy już podczas montażu. 
 
 

background image

Wcisk minimalny, 

min

W

 

, który należy pomniejszyć o poprawkę na wygładzanie 

nierówności przy łączeniu elementów 

R

W

 

daje mniejszą nośność ruchową 

połączenia natomiast nie spowoduje uszkodzenie łączonych elementów 
podczas montażu. 
 
Zatem w obliczeniach nalęży uwzględnić dwie wartości nacisków: 
 

-  nacisk maksymalny, 

max

p

 do obliczeń wytrzymałościowych połączenia: 

 





2

2

1

1

max

max

E

C

E

C

d

W

p

 

-  nacisk minimalny, 

min

p

 do obliczenia nośności ruchowej połączenia: 

 

  





2

2

1

1

R

min

min

E

C

E

C

d

W

W

p

 

 

)

R

R

(

2

,

1

W

2

w

1

z

R

 

 

gdzie: 

1

z

R

średnia arytmetyczna wysokości nierówności zewnętrznej 

                              powierzchni czopa, 
                        

2

w

R

średnia arytmetyczna wysokości nierówności wewnętrznej 

                              powierzchni oprawy. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

Warunki poprawnej pracy połączenia 

 
Warunek nośności: 
Moment tarcia na powierzchni styku łączonych elementów wynikający z 
minimalnego nacisku na tej powierzchni powinien być większy niż moment 
obciążenia zewnętrznego. 

Z

2

min

t

M

l

d

2

p

M

 

 
Siła tarcia (wzdłużna) na powierzchni styku łączonych elementów wynikająca z 
minimalnego nacisku na tej powierzchni powinna być większa niż siła 
wzdłużna obciążenia zewnętrznego. 

Z

min

t

P

dl

p

P

 

 

t

M

Z

M

moment tarcia, moment obciążenia zewnętrznego, Nm

t

P

Z

P

siła tarcia wzdłużnego, siła wzdłużna obciążenia zewnętrznego, N

,   - średnica średnia i długość połączenia wciskowego, mm  

współczynnik tarcia na powierzchni styku łączonych elementów. 

 
Warunek wytrzymałości: 

-  dla czopa 
 

1

c

2

1

max

max

1

T

k

x

1

1

p

2

 

-  dla oprawy 
 

2

r

2

2

2

2

max

max

2

T

k

x

1

x

1

p

 

gdzie: 

1

c

k

 - 

dopuszczalne naprężenie na ściskanie dla materiału czopa, 

      

2

r

k

-  

dopuszczalne naprężenie na rozciąganie dla materiału oprawy. 

 
W tablicy podano współczynniki tarcia stosowane w obliczeniach połączeń 
wciskowych. 
 
 

 

 
 
 
 
 
 

background image

 
 
 
 
 
Na rysunku oraz na wykresach pokazano siły, jakie występują przy montażu i 
demontażu połączeń wciskowych.