В клеммовом соединении стягиваемые элементы ступицы прижимаются к поверхности вала с осевым усилием стяжных винтов, что обеспечивает возник-

новение в сопряжении сил трения сцепления а, следовательно, и моментов сил трения, оказывающих сопротивление провороту или (и) осевому сдвигу клем-мы относительно вала.      

К достоинства клеммовых соединений можно отнести относительную прос-тоту конструкции и возможность регулировки осевого и радиального поло-жения клеммы на детали.  

Недостатком соединений можно считать ограничение нагрузочной способности силами трения.

1. Расчет зажимных осевых усилий винтов (два винта) соединения с состав-

  ной жесткой ступицей и линейчатым контактом с валом (с относительно

большим зазором в сопряжении – рис.6.4.1, а).

Сопряжение элементов клеммы с поверхностью детали происходит по двум линиям. Условие неподвижности элементов соединения при действии:

  – момента М         2F•d/2 = N• f•d ≥ M = P•Ɩ,                          (6.4.1)

  – осевой силы S         2•F = 2•N•f ≥ S,                                          

где N – сила нормального давления элементов клеммы на вал в точках

            контакта;

           d – диаметр вала;

           f – коэффициент трения сцепления материалов пары клемма-вал;

          М – момент поворачивающий клемму относительно вала;

           S – осевая сила, действующая на клемму.

Но по условию равновесия действующих на половину клеммы сил

                                                  N = 2•Р_з,                                                   (6.4.2)

где Р_з – осевая сила затяжки каждого винта.

 

Подставив значение N в формулы (6.4.1), получим:

                                            2• Р_з• f• d ≥ М,                                               (6.4.3)

                                            4• Р_з• f ≥ S.

Тогда для обеспечения неподвижности клеммового соединения c учетом коэффициента надежности осевая сила затяжки винтов составит:

– при действии момента на клемму Р_з = kн•М/(2• f• d),                     (6.4.4)

– при действии сдвигающей силы Р_з = k_н•S/(4• f),

– при одновременном действии на         

клемму момента и осевой силы Р_з^о = √(М/d)² + (S/2)² •k_н/(2•f),    (6.4.5)           

где k_н = 1,5…2,0 – коэффициент запаса надежности соединения (большие

значения принимаются при значительных колебаниях действующего мо-

мента М и ответственности соединения).

2. Расчет зажимных осевых усилий винтов (два винта) соединения с гибкой

составной ступицей и беззазорным контактом (рис.6.4.1, б).

При затяжке винтов сопряжение элементов клеммы с поверхностью детали происходит по всей цилиндрической поверхности.

Условия неподвижности элементов соединения (рис.6.4.1, б):

 – при действии на клемму момента М_тр = F_тр•d/2 = k_н k_c•М,                (6.4.6)

 – при действии сдвигающей силы F_тр = k_н•k_c•S,                                    

где М_тр – момент сил трения сцепления в сопряжении;  

       S – действующая на клемму осевая сила;

    F_тр – суммарная величина сил трения сцепления в сопряжении;

k_c = 1,05 …1,10 - коэффициент, учитывающий сопротивление частичной

деформации гибких элементов клеммы. 

k_н = 1,5…2,0 – коэффициент запаса надежности соединения (большие

значения принимаются при значительных колебаниях действующего мо-

мента М и ответственности соединения);

   Но F_тр = N•f = П_с•р•f = π•d•δ•р•f,                                                    (6.4.7)          

   где N – суммарная величина сил нормального давления клеммы на вал;

         П_с = π•d•δ –площадь сопряжения соединения (здесь δ – ширина

                 сопряжения);

         p – давление элементов клеммы на вал от сил затяжки винтов;

         f – коэффициент трения сцепления пары ступица – вал.  

Давление клеммы на вал не одинаково и ее величина определяется из отношения сил затяжки винтов к площади продольного сечения сопряжения

клеммы:

                                          p = 2•Р_з/(d•δ).                                   (6.4.8)

Подставив в уравнение (6.4.6) значения F_тр, П_с и р, получим:

     – при действии на клемму момента π• Р_з• f• d = k_н• k_c•М;       (6.4.9)

     – при действии сдвигающей силы 2π• Р_з• f = k_н• k_c• S

Тогда для обеспечения неподвижности клеммового соединения c учетом коэффициента надежности осевая сила затяжки винтов составит:

 – при действии на клемму момента Р_з = k_н• k_c• М/(π• f• d),              (6.4.10)

 – при действии сдвигающей силы Р_з = k_н• k_c• S/(2•π• f),

– при одновременном действии на         

клемму момента и осевой силы  Р_з^о = √(М/d)² + (S/2)² •k_н k_c•/(π•f). (6.4.11)   

3. Расчет зажимных (осевых) усилий винтов соединения с гибкой разрезной

клеммой и беззазорным контактом (рис.6.4.1, в). 

Условие неподвижности элементов соединения:

                                       F_тр•d/2 = k_н k_c•М,                                (6.4.12)

 где F_тр – суммарная величина сил трения сцепления в сопряжении;

     k_c = 1,05…1,10 - коэффициент, учитывающий сопротивление

             частичной деформации гибких элементов клеммы;

     k_н = 1,5…2,0 – коэффициент запаса надежности соединения (большие

             значения принимаются при значительных колебаниях действу-

             ющего момента М и ответственности соединения).

Но F_тр = ∑N•f = π•d•δ•р•f,                                                         (6.4.13)

где ∑N –суммарная сила нормального давления ступицы на вал;

          f – коэффициент трения сцепления пары ступица – вал;  

                δ – ширина сопряжения;

          p – давление элементов клеммы на вал от сил затяжки винтов.     

Давление элементов клеммы на вал от сил затяжки винтов

                                          p = Р_з/(d•δ),                                     (6.4.14)

где Р_з – осевая сила затяжки винтов.

Тогда формула (6.4.12) принимает вид:

                       π•d•δ•f•Р_з•d/(2 d•δ) = k_н k_c•М.                        (6.4.15)

 Из предыдущего Р_з = 2 k_н k_c•М/(π•d•f).                                 (6.4.16)

4. Расчет зажимных сил винтов соединения с полуразрезной жесткой ступицей и линейчатым контактом с валом (рис.6.4.1, г).

Условие неподвижности элементов соединения:

                          М_тр = 2F_тр•d/2 = k_н•М,                        (6.4.17)

где k_н=1,5…2,0 – коэффициент запаса надежности соединения.              

Сила трения сцепления в сопряжении F_тр = N•f,                        (6.4.18)                                                                                 

где N - сила нормального давления ступицы на вал;

       f – коэффициент трения сцепления пары ступица – вал.

Подставив значение F_тр в формулу (6.4.17), получим: 

                                  N•f•d = k_н• М,

откуда                       N = k_н•М/(f•d).                                        (6.4.19)

При условии относительной неподвижности элементов соединения сумма моментов сил относительно, например, точки А (рис.6.4.1,г)

∑М = 0 = Р_з•(а+ d/2) – N• d/2 = Р_з•(а+ d/2) – k_н•М• d/(2f•d). (6.4.20)

Из предыдущего осевая сила затяжки винтов

                                    Р_з = k_н•М/[f(2a+d)].                                 (6.4.21)

Пример. Рассчитать осевую силу затяжки винта клеммового соединения с полу-разрезной жесткой ступицей и линейчатым контактом с валом (рис.6.4.1, г).

Пусть крутящий момент, действующий на рычаг соединения, М =700Нмм,

диаметр сопряжения d = 10 мм, расстояние от оси зажимного винта до оси сопряжения а = 15 мм, коэффициент запаса надежности соединения принять

k_н =2,0, коэффициент трения сцепления в сопряжении f =0,2 (сталь по стали).

Согласно формулы (6.4.21) осевая сила затяжки винта

         Р_з = k_н•М/[f(2a+d)] = 2•700/[0,2(2•15+10)] =175Н.

Вопросы для самоподготовки:

1.Каково назначение клеммовых соединений?

2.Какой принцип обеспечения неподвижности используется в клеммовых

соединениях?

3.Методика расчета неподвижности элементов клеммового соединения при

действии осевой силы и крутящего момента? 

4.Каким образом можно увеличить осевую силу и крутящий момент,

действующие в клеммовом соединении при неизменных конструктивных

параметрах соединения?

 5.Приведите примеры использования клеммовых соединений в 

конструкциях каких либо устройств.