POŁĄCZENIA WPUSTOWE

Rodzaje i konstrukcje wpustów

Połączenia wpustowe służą do osadzania na wale różnych części maszyn (kół zębatych, pasowych itp.). Na wale i otworze części osadzonej (w piaście koła) są wykonane odpowiednie rowki, w które wprowadzony jest wpust. Zasadniczym zadaniem wpustów jest przenoszenie momentu obrotowego z wału na współpracującą część maszynową lub odwrotnie.Rozróżnia się wpusty pryzmatyczne, czółenkowe i czopkowe; najczęściej są stosowane wpusty pryzmatyczne.

Wpusty pryzmatyczne (PN-70 / M- 85005) mogą być zaokrąglone lub ścięte, w tym: pełne, jedno- lub dwuotworowe oraz wyciskowe. Najczęściej stosuje się wpusty pełne, przy czym wpusty zaokrąglone stosuje się przeważnie przy nieprzelotowych rowkach w wale (wykonywanych frezem palcowym), natomiast wpusty ścięte - przy rowkach przelotowych. Wpusty jedno- i dwuotworowe szerokości b ≥ 8 mm są przykręcane do wału. Ponieważ otwory gwintowe w czopie wału powodują zmniejszenie jego wytrzymałości zmęczeniowej, dlatego wpusty otworowe stosuje się tylko w połączeniach przesuwnych, w których konieczne jest zabezpieczenie wpustu przed wysuwaniem z rowka w czasie pracy połączenia.

Dla ułatwienia wyjmowania z rowków wpustów ciasno pasowanych stosuje się wpusty wyciskowe z otworem gwintowanym. W przypadku wpustów otworowych wyciskowych można wykorzystywać wkręty stosowane do ich mocowania.

Wpusty czółenkowe (PN - 73/ M - 85008), stosuje się przy średnicach czopa wału

d ≤ 58 mm. Są one łatwe do wykonania (cięte z krążków) i montażu, jednak - ze względu na dość znaczne osłabienie wału- są stosowane głównie do połączeń obciążonych niewielkimi momentami skręcającymi. W przypadku gdy, ze względów konstrukcyjnych konieczne jest powiązanie wpustów z piastą, są stosowane wpusty czopkowe (PN - 73/ M - 85047).

Wszystkie wymiary wpustów oraz rowków pod wpusty są podane w ww. normach.

Konstrukcja i zastosowanie połączeń wpustowych

Przy pracy połączeń wpustowych (przenoszenie momentu obrotowego) występują naciski na boczne powierzchnie wpustów, dlatego dla uniknięcia niepożądanych luzów (między bocznymi powierzchniami wpustów i rowków) osadza się je ciasno, stosując pasowania N9/h9 lub P9/h9.

W połączeniach ruchowych (przesuwnych) należy zapewnić swobodne przesuwanie kół wzdłuż wału, dlatego pasowania ciasne stosuje się tylko przy osadzaniu wpustu w czopie wału, natomiast rowek w piaście koła wykonuje się w tolerancji D10, otrzymując pasowanie luźne D10/h9. Dla ułatwienia montażu połączeń wpustowych suma wysokości obu rowków powinna być większa od wysokości wpustu o 0,2 ÷ 0,4 mm.

Wał i osadzone na nim elementy powinny być dokładnie osiowane, tzn. powinny mieć wspólną oś obrotu. Jest to niezbędne dla uniknięcia występowania sił odśrodkowych podczas ruchu obrotowego, czyli tzw. „bicia”. Ponieważ wpusty nie zapewniają osiowania, należy stosować dość ciasne pasowanie czopa z otworem w piaście, np. H7/j6 w połączeniach spoczynkowych i H7/f7 w połączeniach przesuwnych.

W połączeniach spoczynkowych konieczne jest również ustalenie położenia części w kierunku wzdłużnym, ponieważ wpusty nie zabezpieczają części osadzonych przed przesunięciami wzdłużnymi.W połączeniach wypustowych z reguły stosuje się jeden wpust. Stosowanie dwóch wpustów dopuszcza się przy przenoszeniu większych obciążeń (ze względów wytrzymałościowych) lub w połączeniach ruchowych (dla lepszego prowadzenia części przesuwnej). Rozwiązanie takie jest jednak kłopotliwe, zarówno ze względu na konieczność dokładnego rozstawiania rowków w obu częściach współpracujących, jak i na utrudniony montaż połączenia.

Osadzenie części na wale przy zastosowaniu wpustów czółenkowych przeprowadza się zarówno na czopach walcowych, jak i stożkowych. Przy osadzaniu na powierzchni stożkowej uzyskuje się dobre osiowanie współpracujących części.

Wpusty czopkowe są stosowane w połączeniach ruchowych zamiast długich wpustów pryzmatycznych dwuotworowych. W praktyce spotyka się je dość rzadko, m. in. ze względu na utrudnione wykonywanie otworu w piaście oraz konieczności wykonania przelotowych (co najmniej jednostronnie) rowków w wale.

DOBÓR I OBLICZANIE WPUSTÓW

Wymiary poprzeczne wpustów pryzmatycznych (b*h) są dobierane wg. PN - 70/M - 85005, w zależności od średnicy czopa wału. W przypadkach technicznie uzasadnionych (np. dla wałów drążonych) dopuszcza się stosowanie wpustów o mniejszych przekrojach.

Wpusty oblicza się z warunku na naciski powierzchniowe wg. wzoru:

p = ≤ k_o

gdzie: F - siła wyznaczona na podstawie przenoszonego momentu obrotowego (F = )

l_o - czynna długość wpustu;

- przybliżona wartość wysokości powierzchni wpustu, narażonej na naciski;

n - liczba wpustów;

k_o - naciski dopuszczalne;

Ponieważ wymiary przekrojów wpustów dobiera się według norm w zależności od średnicy czopa wału, zatem obliczanie wpustów polega tylko na ustaleniu ich długości. Całkowitą długość wpusu zaokrągla się do wartości podanych w normie; przy wpustach zaokrąglonych

l = l_o + b, przy czym szerokość piasty koła współpracującego powinna być co najmniej równa czynnej długości dobranego wpustu.

Dla zabezpieczenia się przed deformacją rowków pod nacisków, a tym samym przed uszkodzeniem wału lub współpracującej części, wpusty wykonuje się z materiału mniejszej wytrzymałości niż materiał części łączonych ( najczęściej ze stali St 6 lub St 7).

POŁĄCZENIA WIELOWYPUSTOWE

Rodzaje i zastosowanie.

Połączenia wielowypustowe należą do najczęściej stosowanych połączeń kształtowych. Są to połączenia bezpośrednie; na czopie wału są wykonywane występ (wypusty), współpracujące z odpowiednimi rowkami w piaście. Podstawowe rodzaje znormalizowanych połączeń wielowypustowych o różnych kształtach

Połączenia wielowypustowe umożliwiają uzyskanie dokładnego osiowania, zmniejszenie nacisków jednostkowych (lub stosowanie większych obciążeń) w porównaniu z połączeniami wpustowymi oraz zmniejszenie oporów tarcia przy przesuwaniu elementów w połączeniach ruchowych. Piasty kół w tych połączeniach mają mniejszą długość niż w połączeniach wpustowych, co decyduje m.in. o bardziej zwartej konstrukcji połączeń oraz o możliwości zmniejszania wymiarów urządzeń, maszyn itp..

Zalety te powodują, że połączenia wielowypustowe znajdują bardzo szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu.

Pełne wykorzystanie zalet większości połączeń wielowypustowych wymaga zachowania dużej dokładności kształty i podziałki wypustów oraz małych odchyłek równoległości bocznych powierzchni wypustów i rowków względem osi połączenia

(max 0,02 mm na długości 200 mm).

POŁĄCZENIA WIELOWYPUSTOWE RÓWNOLEGŁE OGÓLNEGO PRZEZNACZENIA

- w których osiowanie (centrowanie) piasty na wale może się odbywać na powierzchni wewnętrznej o średnicy d, na powierzchni zewnętrznej o średnicy D lub na bokach wypustów. Połączenia te mogą być spoczynkowe, przesuwane lub luźne;

POŁĄCZENIA WIELOWYPUSTOWE RÓWNOLEGŁE DO OBRABIAREK

- osiowane tylko na powierzchniach wewnętrznych lub zewnętrznych, ale także spoczynkowe, przesuwne i luźne;

POŁĄCZENIA WIELOWYPUSTOWE (ZĘBATE) EWOLWENTOWE

- w których osiowanie zachodzi tylko na bokach wypustów, mających zarys ewolwentowy. W połączeniach tych (o średnicach od 6 - 500 mm i modułach od 0,6 - 10 mm) zęby mają wysokość równą modułowi. Są to połączenia spoczynkowe;

POŁĄCZENIA WIELOKARBOWE

- osiowanie tylko na bokach trójkątnych wypustów, których zarys może być prosty i w otworze i na wałku lub prosty w otworze a ewolwentowy na wałku (w połączeniach o średnicach zewnętrznych wałków ponad 60 mm, a wyjątkowo - gdy średnica jest mniejsza).

Połączenia te są tylko spoczynkowe.

OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE

Wypusty i wpusty oblicz się na nacisk powierzchniowy ze wzoru:

gdzie:

F_o - siła obwodowa na wale w N

z - liczba wpustów lub wypustów

s - głębokość osadzania wpustu w wale lub czynna wysokość wypustu w mm

l - czynna długość wpustu lub wypustu w mm

k _n - dopuszczalny nacisk jednostkowy w MPa; zwykle przyjmuje się k _n równe 110 MPa dla połączenia spoczynkowego i k _n = 15 - 30 MPa dla połączenia przesuwnego.

---