Połączenia wciskowe

i zaciskowe

Połączenia

cierne:

Połączenia wciskowe w zależności od
cech ich powstawania dzieli się na:



wtłaczane



skurczowe

Połączenia te mogą być rozłączne
lub nierozłączne.

Cechą wspólna jest to, że są to
połączenia utworzone przez siły
sprężystości materiału, które
ujawniają się odpowiednim
odkształceniem.

W niektórych połączeniach np.
wtłaczanych występuje mechanizm sił
i odkształceń plastycznych.

Przykłady połączeń:

Rys.1 Połączenia wciskowe (skurczowe)
obciążone siłami odśrodkowymi działającymi
prostopadle do rozciąganego przekroju: a) dwie
części koła połączone kotwicą, b) połączenie
dwóch części piast koła za pomocą pierścieni

Rys.2 Połączenie wciskowe styczne z
powierzchniami walcowymi: a) fragment
wału korbowego, b) zestaw koła wagonu
kolejowego, c) koło ślimakowe, d)
łożysko toczne

Połączenia wtłaczane i skurczowe dzieli się
na normalne i styczne, zależnie od tego, czy
obciążenia działające na złącze skierowane są
normalnie do jego powierzchni, czy stycznie; w
pierwszym przypadku zachodzą połączenia
pośrednie, za pomocą dodatkowych łączników,
najczęściej skurczowych mających postać
kotwic (rys.1a) albo pierścieni (rys.1b),
kołowych lub wydłużonych.

Rys. 3. Połączenie wtłaczane.

Czop

Piasta

Piasta

Czop

Rys. 4. Wtłaczanie piasty na wał.

d

> D

w

Pw

Pr

Pr=1,5

Pw

W połączeniach ciernych średnicę czopa (wału) wykonuje
się nieco większe od średnicy otworu:

d

> D

w

w

R

P

P



max

w

R

P

P

5

,

1



Rys.5. Uproszczony szkic połączenia
ciernego

w

D

d

W





Powstaje wcisk W

Gdzie d, D

w

– wymiary czopa i piasty przed połączeniem

Wcisk wywołuje odkształcenia sprężyste elementów łączonych

i powstają naprężenia ściskające kontaktowe

( „naciski powierzchniowe”) – „P”. Za pomocą tarcia t,

połączenie może przenieść siłę wzdłużną P lub moment skręcający Ms.





P

T

1

l

d

P

F

P

p













dop

P

dop

P

l

d

P









1

















dop

P

l

d

T

1

(1)

(2)

(3)

1

0

Warunek nośności złącza obciążonego

siłą wzdłużną:

T

P

w



gdzie: na całej długości złącza l:















dop

p

l

d

T

µ = 0,08 ÷ 0,22 stal na stali lub żeliwie

µ = 0,04 ÷ 0,1 stal lub żeliwo na
stopach Cu i Al

µ = 0,3 ÷ 0,7 stal lub żeliwo na
tworzywach

2

0

W przypadku obciążenia M

s





















dop

s

p

l

d

d

T

M

2

5

,

0

2

(4)

(5)

3

0

W przypadku obciążenia P

w

i M

s

T

R

d

M

P

R

s

w



















2

2

2

(6)

(7)

Uwagi praktyczne:

Zwykle znamy wymiary geometryczne połączenia: d,
D, l oraz zadane obciążenie zewnętrzne M

s

i P

w

Zadaniem

jest dokonać analizy naprężeń kontaktowych:

- rzeczywistych p

rzecz.

- obliczonych p

obl.

p

rzecz

> p

obl

na podstawie (4) i
(5)

Rzeczywiste naprężenia kontaktowe p

rzecz

(oznaczymy dalej

- p)

Zależą istotnie od:

• wymiarów geometrycznych połączenia – G
• jego materiałów i stanu powierzchni – M
• wielkości wcisku - W

Na podstawie wzorów Lamé:

c

d

W

p





(8)

w

w

w

z

z

z

E

E

c

















1

gdzie: E

w

, E

z

– moduły sprężystości wzdłużnej czopa i piasty

ν

w,

ν

z

– liczba Poissona dla materiału czopa i piasty

δ

w

, δ

z

– współczynniki charakterystyczne złącza

wtłaczanego czopa i piasty

(9)

Rys.6 Współczynniki
wytrzymałości czopa 1 i oprawy
2 dla materiału kruchego

Rys.7 Współczynniki
obciążalności czopa i
oprawy dla materiału
ciągliwego

1

1

2

2











z

z

z



1

1

2

2











w

w

w



gdzie: D

z

, D

w

– współczynnik wydrążenia złącza w czopie i piaście

W

z

z

D

D





w

z

w

d

d





D’

Z

, D’

w

– oznaczono powierzchnie swobodne ( przed połączeniem ),

h – chropowatość powierzchni swobodnej,
0,4h – wysokość powierzchni po połaczeniu,

h

0,4h

h

h

2

,

1

2

6

,

0





Do obliczeń należy przyjąć odpowiednio:

h

D

D

z

z

2

,

1

'





h

D

D

w

w

2

,

1

'





h

D

D

z

z

2

,

1

'





h

D

D

w

w

2

,

1

'





Orientacyjne wymiary piasty w tablicy 1.

Tablica 1. Wymiary piast.

Połączenie

Długość piasty l

Średnica piasty D

żeliwnej

staliwnej

lub

stalowej

żeliwnej

staliwnej

lub

stalowej

Skurczowe,

wtłaczane,

stożkowe, klinowe,

wpustowe,

zaciskowe,

wielowypustowe

(1,2-1)d
(1,5-2)d
(0,8-1)d

(0,6-1)d
(1-1,3)d

(0,5-0,7)d

(2,2-2,7)d

(2-2,2)d
(1,8-2)d

(2-2,5)d
(1,8-2)d

(1,7-1,9)d

Naprężenia w elementach łączonych (Lamé)

Według zasady Lamé: suma naprężeń obwodowych i
promieniowych w każdym punkcie przekroju złącza jest
wielkością stałą:

const

T

R









Naprężenia promieniowe σ

R

w obu pierścieniach są

ściskające.

Naprężenia obwodowe σ

T

: w czopie są ściskające

σ

T1

„-”

w oprawie są
rozciągające σ

T2

„+”

Rys.8 Naprężenia obwodowe i promieniowe w czopie i oprawie: a) czop
drążony, b) czop pełny

ZŁĄCZA SKURCZOWE

Przyrost temperatury, do której należy podgrzać pierścień zewnętrzny:

D

W

W

t













max

max

W

W





- największy możliwy wcisk,

- niezbędny luz konieczny do założenia: piasty i czopa,

- współczynnik rozszerzalności liniowej materiału,

Czop – klasa wykonania: 5,6,7
Otwór – klasa wykonania 6,7,8 – tolerancja H.

POŁĄCZENIA ZACISKOWE

Rys.9 Połączenie zaciskowe: a) z rozciętą piastą, b) z
dzieloną piastą

Siła potrzebna do wtłoczenia i rozłączenia złącza wtłaczanego

Rysunek przedstawia zależność siły wtłaczającej P

w

i rozłączającej P

r

w

funkcji przemieszczenia.

Rys.10 Wykresy siły wtłaczającej i rozłączającej w zależności od

przesunięcia:
a), b) odkształcenia sprężyste, c), d) odkształcenia plastyczne

P

w

P

r

ε

P

w

P

r

ε

p

POŁĄCZENIA STOŻKOWE

Rys.11 Połączenia
stożkowe

Rys.12 Rozkład sił w połączeniu
stożkowym

P

N

P

w

P

r

T

R

Do obliczeń powierzchni stożkowych przyjmujemy średnicę
obliczeniową d

śr

2

2

1

d

d

d

śr





Rozkład sił



cos



R

P

N













sin

w

P

R

















sin

cos

w

N

P

P







cos

)

sin( 





N

w

P

P













tg

P

P

w

r

siła w kierunku
osiowym

siła rozrywająca
piastę

,





tg



(10)

(11)

(12
)

(13
)

(14
)

Naprężenia kontaktowe „p”:

dop

N

p

F

P

p





s

śr

N

T

M

d

P

M









2



(15)

(16)

Wskazówki konstrukcyjne

Rys.13 Złącze wciskowe: a) przed zmontowaniem-ścięcia krawędzi,
b) po zmontowaniu – naprężenia i odkształcenia w elementach

łączonych

źl
e

1

2

Rys.14 Konstrukcyjne sposoby zwiększenia wytrzymałości
zmęczeniowej czopa w złączu wciskowym: a) piasta dłuższa niż czop,
b) obwodowy rowek odciążający na czopie, c) wtoczenie na czołowej
powierzchni piasty, d) stożkowy kształt piasty

Rys.15 Stożkowe połączenia wciskowe: a) siły działające na
czop przy wtłaczaniu, b) wybranie w środkowej części
piasty

Rys.16 Połączenia wciskowe pośrednie za pomocą: a) tulei

stożkowej,
b), c), d) pierścieni stożkowych, e) talerzy gwiaździstych, f) tulei

falistej

a)

b)

c)

d)

e)

f)