Połączenia wpustowe

Rodzaje i charakterystyka połączeń wpustowych

Ze względów funkcjonalnych rozróżnia się dwa rodzaje połączeń wpustowych: spoczynkowe i przesuwne ( np. tarczy sprzęgła przeciążeniowego z wałkiem).

Konstrukcja połączenia wpustowego spoczynkowego przedstawiona jest na Rys. 1

Wpust jest osadzony z wciskiem we wzdłużnym rowku wykonanym w czopie i wystaje ponad powierzchnię styku czopa i piasty. Wystająca część wpustu tkwi bez bocznych luzów we wzdłużnym rowku w piaście. Charakterystycznym jest promieniowy luz a` pomiędzy dnem rowka w piaście i wpustem. Kształty i wymiary wpustów są znormalizowane. Wymiary przekroju poprzecznego b
h są celowo dobrane w zależności od średnicy czopa. Natomiast długość wpustu określa się z warunków wytrzymałościowych. Wpusty wykonywane są z prętów ciągnionych najczęściej ze stali St7, St6. W połączeniach spoczynkowych konieczne jest ustalenie piasty w kierunku wzdłużnym ( zabezpieczenie przed przesunięciem wzdłuż wału).

Konstrukcja połączenia wpustowego przesuwnego ( Rys.2) - piasta sprzęgła kołowego przy przełączaniu jest przesuwana wzdłuż czopa.

W połączeniach przesuwnych wpusty mocuje się na wale za pomocą wkrętów, począwszy od szerokości wpustu b
14 mm, w innych przypadkach zaciska się je w rowku czopa ( za pomocą doszczelniaka).

Przykładowe połączenia przesuwne ( Rys. 2).

W obu przypadkach połączeń spoczynkowych i przesuwnych wpust musi być osadzony w rowku czopa z wciskiem. W przypadku połączeń spoczynkowych celowym jest również ciasne pasowanie wpustu w rowku piasty. W przypadku połączeń przesuwnych ze względu na przesuwanie piasty wzdłuż wału konieczny jest boczny luz między wpustem a rowkiem w piaście.

Unifikacja wpustów niezależnie od typu połączenia ( spoczynkowe czy ruchowe) prowadzi do doboru pasowań na zasadzie stałego wałka.

Tak więc pasując na zasadzie stałego wałka:

- szerokość wpustu ma zawsze np. pasowanie 9h

- szerokość rowka w czopie N9

- szerokość rowka w piaście dla połączenia spoczynkowego N9

- szerokość rowka w piaście dla przesuwnego z pojedynczym wpustem G9 lub F9

- szerokość rowka w piaście dla przesuwnego z dwoma wpustami D9 lub C10

Obliczanie połączeń wpustowych

P₁" = P₂" = P₃" r=
sin ρ ρ - kąt tarcia

W połączeniu wpustowym moment obrotowy jest przenoszony za pośrednictwem nacisków powstających na ścianach wpust (Rys.3). Jeżeli czop jest elementem napędzającym, to przy zaznaczonym strzałką kierunku momentu M_s, czop naciska na wpust lewą boczną ścianką rowka. Z kolei wpust naciska swą prawą boczną ścianką na ściankę rowka w paście. W przybliżeniu można przyjąć prostokątny rozkład nacisków. Wypadkowa para sił P daje moment P · e' usiłujący obrócić wpust w rowku. Moment ten jest równoważny przez drugą parę sił, która jest utworzona z wypadkowej z nacisku powstającego na dnie rowka w czopie P' i siły tarcia T = P' na bocznej powierzchni rowka w piaście.

Warunek statycznej równowagi wpustu wymaga by wypadkowe P₁" = P₂" z sił P i P' leżały na jednej prostej, miały przeciwny zwrot i tą samą wartość. Siła P₁" jest również siłą oddziaływania wpustu na czop i musi być zrównoważona reakcją powstającą pomiędzy czopem i piastą P₃" ( Uwzględniając tarcie P₃" styczna do tzw. koła tarcia o promieniu
r =
sinq ). Przenoszony moment obrotowy M_s równoważony jest momentem pary sił
P₁"· e.

Obliczenia wytrzymałościowe złączy wpustowych mają charakter obliczeń porównawczych. Operuje się w nich wartościami nominalnymi nacisków powierzchniowych p_obl przyjmując

P_obl =
≤ p_dop [MN/m²]

gdzie:

P =
- siła obwodowa na powierzchni styku czopa i piasty [MN]

l_o- obliczeniowa długość wpustu [m]

s
- głębokość rowka w czopie ( h- wysokość wpustu) [m]

z - liczba wpustów

Połączenia wieloboczne

W zasadzie każdy wielokąt nadaje się na złącze przenoszące moment skręcający, lecz nośność złącza maleje wraz ze wzrostem liczy boków. Dlatego też używane są dwa typy złączy czworoboczne i trójboczne. Zasadniczy kształt czopa może być walcowy lub stożkowy.

Rys.1 Połączenie czworoboczne - walcowe

Rys.2 Połączenie czworoboczne stożkowe

Rys.3 Połączenie trójboczne walcowe

Złącza czworoboczne używane są do osadzania dźwigni, kółek ręcznych, wolnobieżnych kół zębatych itp. w przypadkach, gdy nie jest wymagana duża dokładność środkowania.

Połączenia trójboczne w stosunku do poprzednich mają lepszą wytrzymałość postaciową, prawie nie wywołują spiętrzenia naprężeń. Czop i otwór w piaście dają się szlifować. Dają dobre środkowanie czopa i piasty. Wymagają jednak specjalnych obrabiarek do ich wykonania ( zarys trójboczny jako pericykloida powstaje jako droga punktu A leżącego na tarczy posiadającej kołowy otwór, która toczy się bez poślizgu po czopie o promieniu rc, charakterystyczna jest mimośrodowość e)

Obliczenia wytrzymałościowe złącza czworobocznego

Mechanizm przenoszenia obciążenia z czopa na piastę w połączeniu czworokątnym - rachunkowym rozkład nacisków ( Rys. 4a , 4b).

Po założeniu wymiaru b_o obliczenie złącza sprowadza się do wyznaczenia długości l_o ze względu na naciski powierzchniowe. Rozkład nacisków zależy od dokładności wykonania złącza, luzów w złączu i sztywności skrętnej czopa.

W obliczeniach zakłada się w przekrojach poprzecznych trójkątny i równomierny w kierunku osi rozkład nacisków, przyjmując ze względu na trudności dokładnego wykonania, że tylko dwa boki połączenia pracują. Wówczas przenoszony przez złącze moment obrotowy M_s jest równoważny z momentem P∙e pary sił wypadkowych z założonych nacisków powierzchniowych p (Rys. 4b)

Wypadkową siłę P obliczamy:

P = ½ p_max · b_o · l_o [ MN]

Z drugiej strony

P =
=
[MN]

Stąd

½ p_max · b_o · l_o =

b_o · l_o · p_max =

P_max =

[MN/m²]

gdzie:

M_s - moment skręcający przenoszony przez złącze [MNm]

l_o - czynna długość połączenia [m]

b_o - czynna długość boku [m]

Elementarny warunek wytrzymałościowy dla złącza czworobocznego

P_{max =}
≤ p_dop [MN/m²]

Istnienie luzów w złączu jest niekorzystne, gdyż prowadzi do dużego spiętrzenia nacisków, odkształceń plastycznych, a w skrajnym przypadku do zniszczenia złącza i obróceniu się czopa w otworze piasty. ( Rys. 5)

Z tego względu wykonując połączenie czworoboczne należy stosować możliwie małe luzy. W przypadku dokładnego wykonania połączenia i założenia minimalnego luzu można przyjąć równomierny rozkład nacisków na wszystkie powierzchnie połączenia wówczas:

P_max =
≤ p_dop [MN/m²]

9

---