Spojevi vratila i glavcina

Машински факултет Универзитета у Београду/ Машински елементи 1/ Предавање 5

5. РАЗДВОЈИВИ СПОЈЕВИ ВРСТЕ РАЗДВОЈИВИХ СПОЈЕВА Свака машинска конструкција састављена је од делова, подсклопова и склопова који су међусобно повезани, различитим врстама спојева, зависно од функције. Основна функција сваког споја је преношење оптерећења, под условом да чврстоћа споја не буде мања од чврстоће спојених делова. Поред овог општег услова, од споја се могу захтевати и допунски услови: херметичност, крутост, покретљивост, раздвојивост и др. Раздвојиви спојеви могу бити (Сл.5.1): навојни, клиновима, жлебни, стезни, еластични.

РАЗДВОЈИВИ СПОЈЕВИ

НАВОЈИМА

КЛИНОВИМА

ЖЛЕБНИ

Слика 5.1. Врсте раздвојивих спојева СТЕЗНИ

ЕЛАСТИЧНИ

p

p

СПОЈЕВИ ПОМОЋУ КЛИНОВА Појам клина и врсте Клинови су машински елементи којима се остварује чврсто раздвојиви спој. Постављају се између или кроз друге машинске елементе у циљу њиховог међусобног спајања. Зависно од положаја постављања, у односу на осу спајаних делова, клинови су подељени на уздужне и попречне. Уздужним клиновима се преносе обртни моменти са једног елемента споја на други, док се попречним клиновима преноси сила са једног елемента споја на други. Основни материјал за израду клинова су челици. Угљенични конструкциони челици са гарантованим механичким особинама су најпогоднији материјал за клинове. Најчешће коришћени материјали из ове групе су: Č 0545 и Č 0645.

1

Машински факултет Универзитета у Београду/ Машински елементи 1/ Предавање 5

Спојеви помоћу клинова за преношење обртног момента У овој групи су клинови који се постављају дуж осе спајаних машинских делова, тзв. уздужни клинови. Они посредују при преношењу обртног момента са једног елемента на други; обично код везе вратила са зупчаником, ременицом, спојницом и другим обртним деловима. Уздужни клинови се деле на уздужне клинове са нагибом и уздужне клинове без нагиба. Код сваког уздужног клина (Сл.5.2) разликују се: 1) предња, 2) задња, 3) горња, 4) доња и 5) бочна страна. бочна горња

задња

доња

предња

бочна

Слика 5.2. Уздужни клин

Код уздужних клинова треба разликовати стварну дужину клина l, од корисне дужине lk. Корисна дужина клина је дужина која активно учествује у преношењу обртног момента. Максимална корисна дужина клина одговара дужини главчине обртних машинских делова (зупчаника, ременице, спојнице и сл.). Код уздужних клинова без нагиба, корисна дужина клина је увек мања од дужине главчине, док код уздужних клинова са нагибом одговара дужини главчине. Дужина главчине од ливеног гвожђа износи:

l g = 1,1d . Дужина главчине од ливеног гвожђа: l g = (1...1,3)d , где је: d – пречник вратила на месту клина. Уздужни клинови без нагиба

b

h

Уздужним клиновима без нагиба (Сл.5.3) остварује се чврст и помичан спој машинских делова или елемената. Уздужним клиновима без нагиба може се остварити и вођење помичног дела који се спаја, као на пример: код помичних спојница, помичних зупчаника итд. Ови клинови се називају и клинови за вођење.

l Слика 5.3. Уздужни клин без нагиба 2

Машински факултет Универзитета у Београду/ Машински елементи 1/ Предавање 5

Клиновима без нагиба избегавају се деформације које иначе настају због набијања клинова са нагибом. Обртни момент се преноси бочним странама клина. На њима се ствара површински притисак. Између горње стране клина и жлеба у главчини постоји зазор (Сл.5.6). Дужина жлеба у вратилу одговара дужини клина. Постоје три основне врсте ових клинова: ¾ ¾ ¾

b

h

клинови без нагиба – високи, клинови без нагиба – ниски и клинови без нагиба – за машине алатке.

l Слика 5.4. Нормално причвршћени клин без нагиба

Основне геометријске мере високих клинова без нагиба приказане су у одговарајућим таблицама. Све три врсте уздужних клинова без нагиба израђују се као нормални и заобљени. Једни и други могу бити слободни и причвршћени.

b

h

Нормални причвршћени клин без нагиба приказан је на Сл.5.4. Причвршћени заобљени клин без нагиба приказан је на Сл.5.5.

l Слика 5.5. Причвршћени заобљени клин без нагиба

Посебна врста уздужних клинова су сегментни клинови (Сл.5.6). Употребљавају се за преношење мањих обртних момената, јер дужина жлеба знатно ослабљује вратило. Због свог облика не захтевају посебно подешавање у жлебу вратила, јер потребан положај заузимају при постављању. l

h

d1

d-t

d

d+t1

t t1

b

Слика 5.6. Сегментни клин 3

Машински факултет Универзитета у Београду/ Машински елементи 1/ Предавање 5

Избор и провера носивости клинова

Уздужни клинови без нагиба преносе обртни момент са једног дела на други бочним површинама на којима се јавља површински притисак. Поред тог напрезања, ови клинови су напрегнути и на смицање (Сл.5.7).

d

h

t t1

b

Т

Слика 5.7. Попречни пресек везе вратила и главчине уздужним клином без нагиба

Димензије клинова су стандардизоване, па се избор попречних димензија уздужних клинова врши помоћу таблица за одговарајућу врсту клина, зависно од пречника вратила. После избора димензија клина проверава се да ли су напони на смицање и површински притисак, настали услед радног оптерећења, довољно мањи од одговарајућих критичних напона; односно, проверава се степен сигурности клина.

Радни напони при смицању:

τs =

T , A

где је:

T - обимна сила коју спој преноси, а клин напреже на смицање – сила смицања, d 2 Т – обртни момент који се преноси са једног елемента споја на други, d – пречник вратила на месту клина, A = b ⋅ l k - површина клина изложена смицању, lk – корисна дужина клина, b – ширина клина. Ft =

Површински притисак се јавља на месту додира клина са главчином и на месту додира клина са вратилом. Пројекција додирне површине на раван управну на правац деловања силе на месту додира клина са главчином увек је мања од пројекције додирне површине на исту раван на месту додира клина са вратилом. Због тога је за проверу површинског притиска клина меродаван површински притисак на месту додира клина са главчином – дакле, на месту мање површине. Добијена вредност површинског притиска на том месту је већа, односно степен сигурности мањи: Ft , l k (h − t ) где је: h – висина клина, p=

4

Машински факултет Универзитета у Београду/ Машински елементи 1/ Предавање 5

t – дубина жлеба у вратилу.

Материјали за израду клинова су еластопластични челици, па клин неће моћи преносити радно оптерећење, ако се у њему појаве трајне (пластичне) деформације. Због тога се за проверу степена сигурности клина, као меродаван критични напон, узима напон течења. Степен сигурности клина при смицању је: S=

где је:

τ Ts , τs

τ Ts = 0,8Re - напон течења при смицању.

Узима се да је напон течења при смицању за 20% мањи од напона течења при затезању, јер се материјал боље супротставља затезању него смицању. Клин ће преносити радно оптерећење без појаве разарања при смицању, ако је: S > 2. Степен сигурности клина при површинском разарању је: S =

pT , p

где је: p T = 1,2 Re - напон гњечења. Узима се да је напон гњечења (при притиску) за 20% већи од напона течења при затезању, јер материјал боље подноси притисак него затезање. Клин ће преносити радно оптерећење без појаве разарања при површинском притиску, ако је S > 3. 5.3.4. Налегања

Склоп вратила са главчином треба да буде чврст, јер би у супротном дошло до померања главчине у односу на вратило. Основни подаци који се дају на радионичком цртежу, са потребним толеранцијама за вратило, представљени су на Сл.5.8. Подаци за отвор у главчини за клин са нагибом дати су на Сл.5.9, а за отвор у главчини код клина без нагиба – на Сл.5.10. Ширина клина се толерише са h9. D (10)

d (k, m)

b (P9; J9)

Слика 5.8. Попречни пресек вратила са жлебом за клин

Слика 5.9. Попречни пресек главчине са жлебом за клин са нагибом

d (H)

d+t1

d-t1

d (H)

d+t1

b (P9; N9)

Слика 5.10. Попречни пресек главчине са жлебом за клин без нагиба 5

Машински факултет Универзитета у Београду/ Машински елементи 1/ Предавање 5

Обележавање уздужних клинова врши се називом клина, мерама (ширина х висина х дужина), податком о материјалу и бројем одговарајућег стандарда. Пример: кукасти нормални клин 16 × 10 × 90 - Č.0545 – JUS M.C2.030 или пљоснати нормални клин 10 × 8 × 6 Č.0645 – JUS M.C2.020

ЖЛЕБНИ СПОЈЕВИ Жлебни спојеви са равним и еволентним боковима Жлебни спојеви преносе обртни момент са једног елемента споја на други, међусобним додиром, преко посебно обликованих додирних површина. Према облику додирних површина, жлебни спојеви се деле на: –

жлебне спојеве са равним додирним површинама (Сл.5.11),

–

жлебне спојеве са еволвентним додирним површинама (Сл.5.12).

Слика 5.11. Жлебни спој са равним додирним површинама

Слика 5.12. Жлебни спој са еволвентним додирним површинама

Због присуства већег броја додирних површина, преко којих се преноси оптерећење, у поређењу са спојем клиновима, жлебним спојевима се могу пренети оптерећења знатно већег интензитета. Жлебни спојеви највише се примењују за спајање вратила са главчинама обртних елемената. На вратилу се изради већи број уздужних клинова без нагиба, у виду зубаца, који улазе у одговарајуће профилисане жлебове у главчини обртних делова. Геометријске мере Мере жлебних спојева су стандардизоване. Југословенским стандардом предвиђени су жлебни спојеви са равним додирним површинама лаке израде, за преношење мањих оптерећења и жлебни спојеви са равним додирном површинама средње израде, за преношење већих оптерећења. Мере жлебних спојева, са равним додирним површинама дате су у одговарајућој таблици. Толеранцијe, односно налегања жлебног споја су: dH7/e8, f7, g6 за покретни спој, dH7/j6, k6, m6, n6 за чвршћи спој 6

Машински факултет Универзитета у Београду/ Машински елементи 1/ Предавање 5

d1H11/all bD9/h8 за покретни спој, bF9/h6 за непокретни спој. Жлебни споја се обележава на следећи начин: Жлеб главчине (вратила) n x d x d1 JUS M.C1.420 или JUS M.C1.421 где је: n – број жлебова споја, d – најмањи пречник унутрашњег елемента (вратила) на месту споја, d1 – највећи пречник унутрашњег елемента (вратила) на месту споја. Радни и дозвољени напони Додирне површине жлебног споја, преносећи обртни момент са једног елемента споја на други, изложене су површинском притиску. Димензије жлебног споја се бирају помоћу таблица за одговарајући облик додирних површина, зависно од најмањег пречника d унутрашњег елемента (вратила) на месту споја. После избора димензија жлебног споја, проверава се да ли су напони при површинском притиску на додирним површинама споја довољно мањи од одговарајућег критичног напона, провером степена сигурности. Средњи површински притисак на додирним површинама жлебног споја износи:

p=

Ft1 , A1

где је:

Ft – обимна сила на једном жлебу, n Tξ r – укупна обимна сила, Ft = d sr 2 d + d1 d sr = 3 – средњи пречник жлебног споја, 2 d − d3 A1 = 1 ⋅ l k – пројекција додирне површине једног жлеба на раван управну на 2 Ft1 =

правац дејства обимне силе, d3 – најмањи пречник спољашњег елемента главчине, ξr = 1…1,4 – фактор неравномерности расподеле оптерећења на поједине жлебове жлебног споја, lk – корисна дужина жлеба жлебног споја. Степен сигурности на додирним површинама жлебног споја је:

S=

pT , p

где је рТ = 1,2⋅Re. Жлебни спој је добро димензионисан, ако је: S >3. 7

Машински факултет Универзитета у Београду/ Машински елементи 1/ Предавање 5

СТЕЗНИ СПОЈЕВИ Врсте подела и примена стезних спојева Стезни спојеви се користе за преношење обртних момената са главчине на вратило или обртнуто. Преношење оптерећења са једног елемента споја на други остварује се помоћу отпора клизању. Овај отпор потиче од притиска на додирној површини спајаних делова (Сл.5.13). Зависно да ли се притисак на додирној површини делова споја остварује посредно или непосредно, разликују се две врсте стезних спојева: – непосредни и – посредни. p

p Слика 5.13. Површински притисак на додирној површини стезног споја

Стезни спојеви су у групи непокретно раздвојивих спојева. Основна карактеристика ових спојева је лако спајање, а исто тако и лако раздвајање спајаних делова – без оштећења. Применом стезних спојева избегнута је израда жлебова на спајаним деловима. Нарочито су погодни када је унутрашњи део споја шупаљ, и када се жлеб за клин не може урезати или би се његовим урезивањем унутрашњи део споја знатно ослабио. Примењује се и за спајање венца са телом точка и слично.

8