Połączenia sworzniowe

Połączenia sworzniowe kwalifikowane są do grupy połączeń kształtowych pośrednich.

Łącznikiem w tych złączach jest grubszy, cylindryczny kołek, zabezpieczony przed wysunięciem się z łączonych elementów.

Typowe kształty sworzni stosowanych w konstrukcjach maszynowych pokazano na rys.1.

Ujęte normami PN-EN 22340:2000, PN-EN 22341:2000, PN-90-83009, PN-90/M-83007 są sworznie pełne:

- bez łba,

- z łbem walcowym małym lub dużym,

- z czopem gwintowanym,

- noskowe.

Rys.1. Wybrane typowe kształty sworzni maszynowych

Sworznie bez łbów, przed przesunięciem wzdłużnym, zabezpiecza się obustronnie podkładkami i zawleczkami lub pierścieniami osadczymi i zawleczkami.

Sworznie z łbem zabezpiecza się z drugiej strony w podobny sposób; albo samą zawleczką, albo podkładką i zawleczką (rys.2a.) albo też pierścieniem osadczym (rys.2b.).

Sworznie z czopem gwintowym, przed wysunięciem z łączonych elementów zabezpiecza nakręcona na nagwintowany koniec sworznia odpowiednio ustalona nakrętka.

Rys.2. Sposoby zabezpieczania sworzni

Sworznie najczęściej stosowane są w połączeniach ruchowych (wahliwych i przegubowych). Zabezpiecza się je wówczas przed wysunięciem pierścieniami sprężynującymi (rys. 3).

Rys. 3. Zabezpieczenie sworznia pierścieniem sprężystym

Połączenia sworznia stosowane są do łączenia tłoków z korbowodami w silnikach i pompach, ogniw w łańcuchach sworzniowych. Pełnią funkcję osi w rolkach, kółkach itp. Za pomocą sworzni spoczynkowo łączy się pasy blach, pręty itd.

W połączeniach spoczynkowych sworznie najczęściej osadzane są ciasno w otworach elementów łączonych (pasowanie ciasne), a w połączeniach ruchowych ciasno w jednym z elementów a elementów drugim luźno, albo luźno w obu elementach (tzw. sworznie pływające).

Obliczenia wytrzymałościowe połączeń sworzniowych

Obliczenia połączeń sworzniowych prowadzone są w oparciu o ich uproszczone modele fizyczne, w których to modelach powierzchnie przylegania elementów złącza są do ich rzutów na płaszczyznę środkową złącza.

Metodyka obliczeń wytrzymałościowych sworzni zależy przede wszystkim od sposobu ich pasowania w otworach łączonych elementów.

Obliczenia sworzni ciasno pasowanych

Rys. 4. Sworzeń ciasno pasowany w złączu

Sworznie ciasno pasowane w otworach elementów łączonych (rys. 4) oblicza się z elementarnego warunku wytrzymałościowego na ścinanie:

[MPa]

gdzie:

- siła ścinająca sworzeń (dla sworznia dwuciętego jak na rys. 4),

[MN]

- niebezpieczny dla sworznia przekrój,

[m²]

d - średnica sworznia [m],

- dopuszczalne naprężenia tnące dla materiału sworznia [MPa].

po przekształceniach warunek na ścinanie dla sworzni ciasno pasowanych w złączach sprowadza się do postaci:

Obliczenia powyższe muszą być uzupełnione o sprawdzenie wielkości nacisków powierzchniowych (
) na powierzchniach styku sworznia z elementami łączonymi.

Warunek na naciski powierzchniowe:

[MPa]

gdzie:

- obciążenie zewnętrzne w postaci siły [MN],

- rzut pola powierzchni styku na płaszczyznę prostopadłą do kierunku działania siły / P /,

- dopuszczalne naciski powierzchniowe dla połączeń sworzniowych,

dla elementu środkowego sprowadzi się to do postaci:

[MPa]

dla elementu zewnętrznego:

[MPa]

gdzie:
i
- wielkości wymiarowe wg rys. 4.

Obliczenia sworzni luźno pasowanych

Rys.5. Sworzeń luźno pasowany w złączu.

W przypadku sworzni luźno pasowanych, w tzw. połączeniach widełkowych, zwykle przyjmuje się rozkład obciążenia odpowiadający schematowi przedstawionemu na rys. 5.

Wszystkie przekroje sworznia, w tym i ten niebezpieczny dla niego, bo najbardziej obciążony, pracują wtedy na zginanie i muszą spełniać elementarny warunek wytrzymałościowy w postaci:

[MPa]

gdzie:

- moment gnący najbardziej obciążony przekrój sworznia [MNm],

- wskaźnik wytrzymałości przekroju sworznia na zginanie [m³],

gdzie: d - średnica sworznia,

- dopuszczalne naprężenia gnące dla materiału sworznia [MPa].

Naprężenia gnące
niebezpieczny przekrój sworznia wyniosą:

Ponadto bez względu na rodzaj pasowania sprawdzić należy czy naciski powierzchniowe na styku sworznia z łączonymi elementami nie przekraczają wartości dopuszczalnych.

Warunek wytrzymałościowy, który pozwoli na ocenę nośności naciskowej będzie miał postać:

na obszarze współpracy sworznia z uchem

na obszarze współpracy sworznia z widełkami

gdzie:

- wielkości wymiarowe wg rys. 5

- dopuszczalne naciski powierzchniowe na styku z luzem.

Połączenia sworzniowe - wykład

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Strona 7 z 7