4. Połączenia klinowe

Charakterystyka i klasyfikacja. Połączenia klinowe należą do połączeń pośrednich rozłącznych, w których łącznikiem jest klin. Powierzchnie robocze klina mogą być płaskie lub walcowe, tworzące kąt α (ß) z osią klina.

Rozróżnia się kliny jednostronne (rys. 5.13a) oraz dwustronne symetryczne (rys. 5.13b) i niesymetryczne.

Zgodnie z PN-78/M-02042 wymiary klina jednostronnego określa się m.in. przez podanie jego pochylenia S

natomiast dla klina dwustronnego symetrycznego podaje się zbieżność C

Połączenia klinowe dzieli się na poprzeczne, w których oś klina jest prostopadła do osi części łączonych, oraz wzdłużne — o osiach równoleg­łych. Sposób montażu i rozkład sił w obu rodzajach połączeń jest podany na rys. 5.14a, b.

Klin jest wbijany siłą Q, co powoduje powstanie między roboczymi powie­rzchniami klina i części łączonych znacznych sił docisku i związanych z nimi sił tarcia T Aby klin nie wypadał w czasie pracy, musi być spełniony warunek samohamowności. Do klinów jednostronnych i dwustronnych symetrycznych i stosowanych częściej niż niesymetrycznych, warunek ten jest określony zależ­nościami

Połączenia klinowe poprzeczne. Podstawowym typem połączenia klinowego poprzecznego jest połączenie pokazane na rys. 5.1f. Połączenie to jest samohamowne tylko w przypadku, gdy siła wzdłużna F stanowi obciążenie faktyczne. Przy obciążeniach wahadłowych siła wzdłużna F cyklicznie zmienia zwrot na przeciwny, wskutek czego w chwili zmiany zwrotu (gdy F = 0) będzie powstawać chwilowy brak styku powierzchni roboczych oraz luzowanie połą­czenia i wysuwanie klina.

Połączenia klinowe poprzeczne wykazują dużo wad, wśród których należy podkreślić: znaczne osłabienie części łączonych, nierównomierny rozkład na­prężeń, niekorzystny montaż z powodu stosowania dużych sił przy wbijaniu klina, stosunkowo duże wymiary połączenia itd.

Do z a 1 e t zalicza się w zasadzie tylko łatwość demontażu (przez wybicie klina) oraz kasowanie luzów. Połączenia te były spotykane w starszych konstrukcjach i obecnie są zastępowane w budowie maszyn przez połączenia wciskowe, sworzniowe lub gwintowe.

Połączenia klinowe wzdłużne. Połączenia klinowe wzdłużne są stosowa­ne do łączenia wałów z osadzonymi na nich częściami (kołami zębatymi, sprzęgłami itp.). Po wbiciu klina na powierzchniach styku klina z czopem piasty są wywołane duże naciski. Związane z nimi siły tarcia (rys. 5.14a) przenoszą moment obrotowy, niezależnie od rodzaju klina wzdłużnego.

Klin wzdłużny ma kształt zbliżony do wpustu pryzmatycznego, z tym że jedna z jego płaszczyzn ma pochylenie 1: 100. W zależności od położenia klinów względem powierzchni czopa rozróżnia się kliny wpuszczane, wklęsłe, płaskie i styczne (rys. 5.15).

Kliny wklęsłe(PN-90/M-85036) i p ł a s k i e (PN-90/M-85034) są sto­sowane obecnie bardzo rzadko, ponieważ mogą przenosić tylko nieznaczne obciążenia w maszynach wolnobieżnych (m.in. ze względu na złe osiowanie). Częściej spotyka się kliny wpuszczane (PN-73/M-85031), przeważnie w mało precyzyjnych maszynach wolnobieżnych.

W przypadku utrudnionego dostępu do wbijania klina (z przeciwnej strony piasty) stosuje się kliny noskowe (rys. 5.15e); ich kształt umożliwia wyciąg­nięcie klina za pomocą odpowiedniego wybijaka.

W połączeniach obciążonych dużymi momentami obrotowymi o zmien kierunkach (obciążenia wahadłowe) są stosowane kliny styczne — wg PN-90/M-85007. Połączenie składa się z dwóch par klinów rozstawionych pod katem 120° (rys. 5.15d) lub w wyjątkowych przypadkach — co 180°. Każda para klinów przenosi obciążenie przy innym kierunku ruchu obrotowego wału, co zabezpiecza połączenie przed samoczynnym luzowaniem.

Kliny wzdłużne w zasadzie nie są obliczane wytrzymałościowe. Wymiary klinów dobiera się z norm na podstawie średnicy wału, podobnie jak w połączenlach wpustowych.

Do zasadniczych wad połączeń klinowych wzdłużnych należy mimośrodowe przesunięcie i skośne ustawienie osadzanej części (zależne od wielkości luzu przy pasowaniu piasty z wałem i długości piasty), nierównomierny

rozkład naprężeń, niekorzystny montaż, a także trudności z dopasowaniem klina (przy różnych wymiarach, w ramach tolerancji wykonania, klin może być osadzany za płytko lub za głęboko). Wady te powodują, że kliny wzdłużne są stosowane rzadko, głównie do wałów wolnoobrotowych, w połączeniach obciążonych niewielkim momentem skręcającym oraz przy minimalnych wymaganiach odnośnie współosiowości osadzanych części względem osi wału.

Rys. 5.

• Połączenia klinowe nastawcze do regulacji luzu: a) w głowicy korbowodu, b) w prowad­obrabiarek [12, 14]

Kliny nastawcze. Służą one do ustalania położenia części maszynowych Na rysunku 5.16a pokazano sposób regulacji luzu w głowicy korbowodu obrót śruby 5 powoduje przesuwanie się klina 3 wzdłuż śruby i dociśnięcie wkładki 4 do połówki panewki 1. Po ustaleniu położenia klina unieruchamia się śrubę za pomocą nakrętki 6, co stanowi zabezpieczenie przed zmianą położenia klina.

Na rysunku 5.16b podano przykład klina nastawczego do regulacji luzu w prowadnicach pryzmowych, stosowanych m.in. w obrabiarkach.