СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ

ПРОЧНОСТЬ РАЗЪЕМНЫХ (КЛЕММОВЫХ) СОЕДИНЕНИЙ

Соединения, у которых охватываемая деталь представ­ляет собой сплошное (чаще цилиндрическое) тело, а охватывающая имеет разъем, называют клеммовыми. Их используют для передачи осевых сил и скручиваю­щих моментов силами сцепления соединяемых элемен­тов. Их основными преимуществами являются: легкая сборка и разборка без нарушения целостности деталей и повреждений сопрягаемых поверхностей; возмож­ность образования неподвижного соединения в любом месте ступенчатого или коленчатого валов. К недостат­кам этих соединений следует отнести наличие большо­го количества элементов, входящих в них, трудности балансировки, особенно при значительных оборотах, увеличенную массу по сравнению с соединениями с на­тягом.

Ступица (клемма) может иметь один или два (реже три) разъема. Ступицы, у которых имеется один разъ­ем (рис. 8.1), называют упругоразжимными. В случае, когда ступица состоит из двух различных деталей, ее именуют разъемной. Для соединения двух деталей у разъемной ступицы применяют резьбовые соединения (табл. 8.1). Со стороны разъема у упругоразжимной или разъемной ступицы применяют один, два и более болтов или шпилек в зависимости от размеров плоско­сти разъема. При наличии нескольких резьбовых сое­динений их равномерно располагают вдоль разреза.

Разъемным соединениям посвящены работы [59, 70]. В настоящей главе помещены новые данные по их прочности. Величина давления от ступицы на вал у клеммовых соединений по периметру могут быть нео­динаковыми и характер их распределения зависит от жесткости охватывающей детали.

Рис. 8.1. Упругоразжимиое клеммовое соединение Рис. 8.2. Распределение давлений по периметру вала

Рассмотрим два случая распределения давлений по периметру вала, один из которых подчиняется зависи­мости Po=Pmax cos а, а второй предполагает равномер­ное давление, т. е. Ро=Ртах (рис. 8.2). В первом случае

Я/2

Сила затяжки 2Q = 2 J pmi cos а — I cos аЛа = fcpraaxd. о

Обеспечиваемый силами трения крутящий момент

Я/2

М„р = 4 J /ртах cos а/ - у da = <Pbpm&XF. Подставляя

О

Ртах - в формулу для Q, получим f = или,

Для случая передачи осевой силы F, когда Мкр = FdJ2,

2я

/ = - При равномерном р0=ртахМкр = J —Ip^J X

О

X yda =-^-<Р/ртах/, а сила затяжки 2Q=dlpm:iX при

Мкр F Этом f = 2l = -

' ndQ 2nQ

Сравнивая значения F для первого и второго случа­ев, видим, что разница между ними составляет около 25%. Из этого следует, что при экспериментальном определении средних коэффициентов трения через из­меряемые значения Мщ, или FR необходимо знать ха­рактер распределения давлений по периметру сопря­жения. Действительный характер распределения зави­сит от жесткости ступицы, точности изготовления вала и полуступиц. Учесть влияние этих факторов в произ­водственных условиях сложно. Поэтому для ответст­венных гладких клеммовых соединений необходимо

Проведение контрольных экспериментальных работ по определению их несущей способности и средних значе­ний f.

Нами были выполнены работы для трех типов клеммовых соединений (см. табл. 8.1). При этом рабо­та соединений предусматривалась при плоском пере­менном асимметричном изгибе по пульсирующему цик­лу.

Первый тип соединения, у которого для затяжки использовано четыре болта, нагружали при вертикаль­ном и горизонтальном положениях разъема полуступиц относительно действующих сил. У второго типа соеди­нений для затяжки использованы два болта, располо-

Fe,KH

Женных посередине разъема. Усилия затяжки у перво­го и второго типов соединений были одинаковыми. Тре­тий тип соединения испытывали как при поперечном асимметричном изгибе, когда ступицы расположены по­середине вала, так и при консольном круговом изгибе. Поперечный асимметричный изгиб вала обеспечивали гидропульсатором, а консольный изгиб создавали на машине для испытаний осей (см. § 2 гл. 3).

Полуступицы изготовляли из стали 45, валы из ста­ли 40, а болты из стали 40Х. Сопрягаемые поверхности шлифовали (Ra = 0,63.. .1,25 мкм). Прочность соедине­
ний проверяли в статических и динамических условиях с использованием приспособлений, показанных на рис. 8.2. Затяжку болтов контролировали по показаниям датчиков на болтах, которые предварительно тарирова­ли на разрывной машине.

В табл. 8.1 и на рис. 8.3 приведены некоторые дан­ные по прочности на сдвиг испытанных соединений. Они свидетельствуют, что переменный изгиб вала вы­зывает снижение прочности на сдвиг по сравнению с исходной статической. Зависимость Fnmi=f(oa) имеет линейный характер. Угол наклона y=f(oa) поперечного двустороннего и консольного изгиба вала отличается. Он больше у соединений, испытывавшихся при консоль­ном изгибе (штриховая линия).

Обработка опытных данных по формуле (р/)дии = — Pfci — (куЗ//показала, что при консольном изгибе уг­ловой коэффициент р = 0,065.. .0,08, а при двухсторон­нем р=0,045.. .0,05. Установлено, что соединения с че­тырьмя болтами были прочнее в статических и дина­мических условиях, чем соединения с двумя болтами при одинаковой суммарной силе затяжки. Это объяс­няется тем, что при большом количестве болтов разъем становится более жестким.

Прочность клеммовых соединений при динамических нагрузках подчиняется тем же закономерностям, что и соединения с натягом. Для расчета несущей способно­сти клеммовых соединений при переменном изгибе и кручении применяют те же формулы, что приведены в гл. 3.

[1] Зап. 217 оо

-f - = 0, которое приводится к виду GJn

[3] lK

Для частного случая (рис. 6.13, б) коэффициенты q1-

К

<7а

После подстановки зависимостей (6.6) — (6.8) в уравнение (6.5) получим предельную погрешность угла конуса в секундах при касании прилегающей прямой

[4] _ е-2-з,71.5,5/5,5 7,54(1 + е3'71 5-5/5-5)

Ту = pfy = 85-0,213 = 18,1 МПа.

Согласно (7.1) наибольший момент при упругом деформирова­нии стыка

3,14-0,0553-18,1

Mv=______ 72 nLn -3.71 . __________ Г7п =0,00176 МН-м.

"у 2-3,71 (0,3068е—3,71 + 0,0176е3-71)