Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu/ Mašinski elementi 1/ Predavanje 5
5. RAZDVOJIVI SPOJEVI
VRSTE RAZDVOJIVIH SPOJEVA
Svaka mašinska konstrukcija sastavljena je od delova, podsklopova i sklopova koji su međusobno
povezani, različitim vrstama spojeva, zavisno od funkcije.
Osnovna funkcija svakog spoja je prenošenje opterećenja, pod uslovom da čvrstoća spoja ne bude
manja od čvrstoće spojenih delova. Pored ovog opšteg uslova, od spoja se mogu zahtevati i dopunski uslovi:
hermetičnost, krutost, pokretljivost, razdvojivost i dr.
Pojam klina i vrste
Klinovi su mašinski elementi kojima se ostvaruje čvrsto razdvojivi spoj. Postavljaju se između ili
kroz druge mašinske elemente u cilju njihovog međusobnog spajanja. Zavisno od položaja postavljanja, u
odnosu na osu spajanih delova, klinovi su podeljeni na uzdužne i poprečne. Uzdužnim klinovima se
prenose obrtni momenti sa jednog elementa spoja na drugi, dok se poprečnim klinovima prenosi sila sa
jednog elementa spoja na drugi.
Osnovni materijal za izradu klinova su čelici. Ugljenični konstrukcioni čelici sa garantovanim
mehaničkim osobinama su najpogodniji materijal za klinove. Najčešće korišćeni materijali iz ove grupe su: Č
0545 i Č 0645.
Spojevi pomoću klinova za prenošenje obrtnog momenta
U ovoj grupi su klinovi koji se postavljaju duž ose spajanih mašinskih delova, tzv. uzdužni klinovi.
Oni posreduju pri prenošenju obrtnog momenta sa jednog elementa na drugi; obično kod veze vratila sa
zupčanikom, remenicom, spojnicom i drugim obrtnim delovima.
Uzdužni klinovi se dele na uzdužne klinove sa nagibom i uzdužne klinove bez nagiba. Kod svakog
uzdužnog klina (Sl.5.1) razlikuju se: 1) prednja, 2) zadnja, 3) gornja, 4) donja i 5) bočna strana.
zadnja
donja
bočna gornja
prednja
bočna
Slika 5.1. Uzdužni klin
Kod uzdužnih klinova treba razlikovati stvarnu dužinu klina l, od korisne dužine lk. Korisna
dužina klina je dužina koja aktivno učestvuje u prenošenju obrtnog momenta. Maksimalna korisna
dužina klina odgovara dužini glavčine obrtnih mašinskih delova (zupčanika, remenice, spojnice i
sl.).
Kod uzdužnih klinova bez nagiba, korisna dužina klina je uvek manja od dužine glavčine,
dok kod uzdužnih klinova sa nagibom odgovara dužini glavčine. Dužina glavčine od livenog gvožđa
1
Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu/ Mašinski elementi 1/ Predavanje 5
iznosi:
l g = 1,1d .
Dužina glavčine od livenog gvožđa:
l g = (1...1,3)d ,
gde je:
d – prečnik vratila na mestu klina.
Uzdužni klinovi bez nagiba
b
h
Uzdužnim klinovima bez nagiba (Sl.5.2) ostvaruje se čvrst i pomičan spoj mašinskih delova ili
elemenata. Uzdužnim klinovima bez nagiba može se ostvariti i vođenje pomičnog dela koji se spaja, kao na
primer: kod pomičnih spojnica, pomičnih zupčanika itd. Ovi klinovi se nazivaju i klinovi za vođenje.
l
Slika 5.2. Uzdužni klin bez nagiba
Klinovima bez nagiba izbegavaju se deformacije koje inače nastaju zbog nabijanja klinova sa
nagibom. Obrtni moment se prenosi bočnim stranama klina. Na njima se stvara površinski pritisak. Između
gornje strane klina i žleba u glavčini postoji zazor (Sl.5.5). Dužina žleba u vratilu odgovara dužini klina.
Postoje tri osnovne vrste ovih klinova:
klinovi bez nagiba – visoki,
klinovi bez nagiba – niski i
klinovi bez nagiba – za mašine alatke.
b
h
l
Slika 5.3. Normalno pričvršćeni klin bez nagiba
Osnovne geometrijske mere visokih klinova bez nagiba prikazane su u odgovarajućim
tablicama.
Sve tri vrste uzdužnih klinova bez nagiba izrađuju se kao normalni i zaobljeni. Jedni i drugi
mogu biti slobodni i pričvršćeni.
2
Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu/ Mašinski elementi 1/ Predavanje 5
b
h
Normalni pričvršćeni klin bez nagiba prikazan je na Sl.5.3. Pričvršćeni zaobljeni klin bez nagiba
prikazan je na Sl.5.4.
l
Slika 5.4. Pričvršćeni zaobljeni klin bez nagiba
Posebna vrsta uzdužnih klinova su segmentni klinovi (Sl.5.5). Upotrebljavaju se za prenošenje
manjih obrtnih momenata, jer dužina žleba znatno oslabljuje vratilo. Zbog svog oblika ne zahtevaju posebno
podešavanje u žlebu vratila, jer potreban položaj zauzimaju pri postavljanju.
l
h
d1
d-t
d
d+t1
t t1
b
Slika 5.5. Segmentni klin
Izbor i provera nosivosti klinova
Za prenošenje obrtnog momenta uglavnom se koristi uzdužni klin bez nagiba. To je prizmatični oblik širine b
i visine h, smešten u žleb na vratilu koji se po pravilu izradjuje vretenastim glodačem (tip A – sl.5.6), ovaj
klin zaobljen na krajevima. Tip B nije zaobljen na krajevima ali je za njegov smeštaj na vratilu potrebno više
prostora pošto se žleb izradjuje glodačem u obliku diska. U glavčini je žleb veće dubine t1 nego što je
potrebno za smeštaj klina visine h, tako da se formira zazor izmedju klina i dna žleba. Ovaj zazor je vrlo
značajan za funkciju spoja klinom bez nagiba jer klin ne ometa centriranje glavčine i podglavka ostvareno
naleganjem na prečniku d. To je osnovni razlog što su uzdužni klinovi bez nagiba jako zastupljeni u primeni.
Pod dejstvom momenta T koji se prenosi preko ovog spoja, nastaje spreg sila Ft na rastojanju d/2 (sl.5.6)
odakle sledi da je klin izložen dejstvu sile Ft=2T/d. Ova sila može biti uvećana faktorom preopterećenja –
udara KA, ako su oni česti i relativno dugo traju.
Na bočnim dodirnim površinama pritisak i stepen sigurnosti u odnosu na gnječenje površinskog sloja:
p=
Ft
;
ha (l − b )
ha = h − t − r ;
ST =
pT 1,2 Re
=
p
p
Aktivna visina dodira je označena sa ha, a sa Re napon tečenja slabijeg materijala u dodiru. Klin je od hladno
vučene šipke preseka bxh od Č 0545.
3
Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu/ Mašinski elementi 1/ Predavanje 5
h
t t1
Ft
d
Ft
b
p
r
b/2
b/2
l
Slika 5.6. Uzdužni klin bez nagiba
Klin je još izložen i smicanju u ravni koja tangira dodirni cilindar glavčine i podglavka. Napon i stepen
sigurnosti za ovo naprezanje su:
0,7 Re
τ
Ft
;
S= T =
τ=
τ
τ
b(l − b 2)
U odnosu na napon tečenja materijala klina Re , ovaj stepen sigurnosti treba da je veći od 2...3. Klinovi bez
nagiba mogu biti i u obliku segmenta kruga – segmentni klinovi. Uzdužni klinovi mogu biti i sa nagibom.
Oni su veće nosivosti u poredjenju sa klinovima bez nagiba, medjutim nisu u širokoj primeni jer nagib remeti
tačnost položaja glavčine u odnosu na osu vratila. Osim uzdužnih korišćeni su i poprečni klinovi. Zbog
slabljenja vratila i koncentracije napona, potisnuti su iz primene.
Oznaka ovog klina na crtežu je Tip A.bxhxl.
5.3.4. Naleganja
Sklop vratila sa glavčinom treba da bude čvrst, jer bi u suprotnom došlo do pomeranja glavčine u
odnosu na vratilo. Osnovni podaci koji se daju na radioničkom crtežu, sa potrebnim tolerancijama za vratilo,
predstavljeni su na Sl.5.7.
Podaci za otvor u glavčini za klin sa nagibom dati su na Sl.5.8, a za otvor u glavčini kod klina bez
nagiba – na Sl.5.9. Širina klina se toleriše sa h9.
b (P9; J9)
D (10)
d (k, m)
Slika 5.7. Poprečni presek vratila sa
žlebom za klin
Slika 5.8. Poprečni presek glavčine sa
žlebom za klin sa nagibom
d (H)
d+t1
d-t1
d (H)
d+t1
b (P9; N9)
Slika 5.9. Poprečni presek glavčine sa
žlebom za klin bez nagiba
4
Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu/ Mašinski elementi 1/ Predavanje 5
ŽLEBNI SPOJEVI
Žlebni spojevi sa ravnim i evolentnim bokovima
Žlebni spojevi
Raspodela sile po obimu spoja na veći broj žlebova z, smanjenje pritiska na dodiru i povećanje nosivosti
ostvaruje se kod žlebnih spojeva vratila i glavčine. Ovo rešenje otvara nekoliko novih problema. Prvi se
sastoji u neravnomernoj raspodeli opterećenja na žlebove u spoju, a koja se može učiniti prihvatljivom
povećavanjem tačnosti izrade. Drugi problem se otvara u pogledu centriranja ose vratila i ose glavčine koje
preuzima žlebni spoj. Treće pitanje se odnosi na slabljenje vratila izradom žlebnog spoja i mogućnost izrade
samo u slučaju većih serija jer su potrebni specijalni alati. Prema obliku bokova, žlebni spojevi mogu biti sa
ravnim bokovima, pravougaonog (sl.5.10c i d) i trouglastog profila (sl.5.10b). Pravougaoni profili su većih
dimenzija sa manjim brojem žlebova po obimu.
Žlebni spojevi sa trouglastim profilom odlikuju se velikim brojem žlebova male dubine što obezbedjuje
manje smanjenje preseka (slabljenje) vratila. Žlebni spojevi sa evolventnim profilom (sl.5.10a) treba u
značajnoj meri da otklone probleme ovog načina spajanja vratila i glavčina.
Fn1
α
da1
df1
df2
da2
d
a)
b)
p
g1
g2
c)
Slika 5.10.
Žlebni spojevi: a) sa evolventnim profilom, b) sa trouglastim profilom,
c) sa pravougaonim profilom (spoljnje i unutrašnje centriranje)
5
Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu/ Mašinski elementi 1/ Predavanje 5
Radni i dozvoljeni naponi
Dodirne površine žlebnog spoja, prenoseći obrtni moment sa jednog elementa spoja na drugi,
izložene su površinskom pritisku. Dimenzije žlebnog spoja se biraju pomoću tablica za odgovarajući oblik
dodirnih površina, zavisno od najmanjeg prečnika d unutrašnjeg elementa (vratila) na mestu spoja.
Posle izbora dimenzija žlebnog spoja, proverava se da li su naponi pri površinskom pritisku na
dodirnim površinama spoja dovoljno manji od odgovarajućeg kritičnog napona, proverom stepena sigurnosti.
Srednji površinski pritisak na dodirnim površinama žlebnog spoja iznosi:
p=
Ft1
,
A1
gde je:
Ft
– obimna sila na jednom žlebu,
n
Tξ r
Ft =
– ukupna obimna sila,
d sr 2
d + d1
– srednji prečnik žlebnog spoja,
d sr = 3
2
d − d3
A1 = 1
⋅ l k – projekcija dodirne površine jednog žleba na ravan upravnu na pravac dejstva
2
Ft1 =
obimne sile,
d1 = da1 – najveći prečnik unutrašnjeg elementa vratila,
d3 = da2 – najmanji prečnik spoljašnjeg elementa glavčine,
ξr = 1…1,4 – faktor neravnomernosti raspodele opterećenja na pojedine žlebove žlebnog spoja,
lk – korisna dužina žleba žlebnog spoja.
Stepen sigurnosti na dodirnim površinama žlebnog spoja je:
S=
pT
,
p
gde je rT = 1,2⋅Re.
Žlebni spoj je dobro dimenzionisan, ako je:
S >3.
Kritični pritisak [p] kod žlebnih spojeva kod kojih nema kretanja pod opterećenjem je pT=1,2Re , a kod
spojeva kod kojih se ostvaruje klizanje pod opterećenjem, kritični napon je izdržljivost bokova na habanje pN.
Izrada žlebova u glavčinama ostvaruje se metodom provlačenja. Alat za provlačenje (provlakač) je u obliku
štapa, istog profila kao što je profil otvora u glavčini zajedno sa žlebovima. Po dužini provlakača su rezne
ivice tako postavljene da se jednim prolazom kroz otvor u glavčini proseku žlebovi. Alat je visoke tačnosti i
specijalno je izradjen za odredjeni oblik i dimenzije ožljebljenja. Broj komada ožlebljenih glavčina mora biti
dovoljno veliki da bi izrada ovog specijalnog alata bila ekonomski prihvatljiva. Na ovaj se način izradjuju
ožlebljenja u glavčinama kod svih oblika profila žlebnih spojeva uključujući i evolventni.
6
Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu/ Mašinski elementi 1/ Predavanje 5
Geometrijske mere
Mere žlebnih spojeva su standardizovane. Jugoslovenskim standardom predviđeni su žlebni spojevi
sa ravnim dodirnim površinama lake izrade, za prenošenje manjih opterećenja i žlebni spojevi sa ravnim
dodirnom površinama srednje izrade, za prenošenje većih opterećenja.
Mere žlebnih spojeva, sa ravnim dodirnim površinama date su u odgovarajućoj tablici.
Tolerancije, odnosno naleganja žlebnog spoja su:
dH7/e8, f7, g6 za pokretni spoj,
dH7/j6, k6, m6, n6 za čvršći spoj
d1H11/all
bD9/h8 za pokretni spoj,
bF9/h6 za nepokretni spoj.
Žlebni spoja se obeležava na sledeći način:
Žleb glavčine (vratila) n x d x d1 JUS M.C1.420 ili JUS M.C1.421
gde je:
n – broj žlebova spoja,
d – najmanji prečnik unutrašnjeg elementa (vratila) na mestu spoja,
d1 – najveći prečnik unutrašnjeg elementa (vratila) na mestu spoja.
STEZNI SPOJEVI
Vrste podela i primena steznih spojeva
Stezni spojevi se koriste za prenošenje obrtnih momenata sa glavčine na vratilo ili obrtnuto.
Prenošenje opterećenja sa jednog elementa spoja na drugi ostvaruje se pomoću otpora klizanju. Ovaj
otpor potiče od pritiska na dodirnoj površini spajanih delova (Sl.5.11).Zavisno da li se pritisak na dodirnoj
površini delova spoja ostvaruje posredno ili neposredno, razlikuju se dve vrste steznih spojeva:
– neposredni i
– posredni.
p
p
Slika 5.11. Površinski pritisak na dodirnoj površini steznog spoja
Stezni spojevi su u grupi nepokretno razdvojivih spojeva. Osnovna karakteristika ovih spojeva je lako
spajanje, a isto tako i lako razdvajanje spajanih delova – bez oštećenja. Primenom steznih spojeva izbegnuta
je izrada žlebova na spajanim delovima. Naročito su pogodni kada je unutrašnji deo spoja šupalj, i kada se
žleb za klin ne može urezati ili bi se njegovim urezivanjem unutrašnji deo spoja znatno oslabio. Primenjuje se
i za spajanje venca sa telom točka i slično.
7
Download

5. RAZDVOJIVI SPOJEVI Pojam klina i vrste