Połączenia klinowe
Połączenia klinowe to
połączenia
rozłączne spoczynkowe. Elementem łączącym jest
klin
.
WyróŜnia się dwa typy połączeń klinowych:
Połączenie klinowe wzdłuŜne
z klinami znormalizowanymi, słuŜą głównie do osadzania
piast
(1) kół na
wałach
(2). Klin umieszczony jest w gnieździe wyŜłobionym w wale i piaście.
Połączenia klinowe poprzeczne
słuŜą do łączenia
cięgien
, w którym jedno jest zakończone gniazdem lub
tuleją
złączną (3), a drugie drągiem (4).
W czasie montaŜu klin zostaje wbijany w połączenie. Klin przenosi swoją
powierzchnią całe obciąŜenie złącza.
Obliczenia wytrzymałościowe połączenia klinowego wzdłuŜnego opiera się na
kryterium maksymalnego dopuszczalnego
nacisku powierzchniowego
k
n
. Za
krytyczną powierzchnię przyjmuje się część powierzchni styku klina z
gniazdem wału, która jest zwykle mniejsza niŜ powierzchnia styku klina z
piastą.
Obliczenia wytrzymałościowe połączenia klinowego poprzecznego polegają
na obliczeniu wytrzymałości wszystkich trzech elementów połączenia. Drąg i
tuleja obliczane są na
rozciąganie
k
r
, a klin na
zginanie
k
g
. W ramach obliczeń
sprawdzających sprawdza się klin ze względu na
nacisk powierzchiowy
k
n
. W połączeniach klinowych wzdłuŜnych
stosujemy max 3 kliny na jedno połączenie, rozstawione co 120stopni.
Połączenia wpustowe
Połączenia wpustowe to
połączenia
rozłączne ruchowe, w których elementem
pośredniczącym jest
wpust
.
Połączenie wpustowe słuŜy do łączenia
piast
z
wałami
. Wpust (1) umieszczony jest w
rowku wału (2), piasta (3) posiada odpowiednie nacięcie. Wpust umieszczany jest w
rowku z
pasowaniem
ciasnym, połączenie wpust-piasta jest luźne. Połączenie wpustowe
w przeciwieństwie do
klinowego
nie zabezpiecza piasty przed przesuwaniem się wzdłuŜ
wału. Piasta musi mieć dodatkowe zabezpieczenie. Gdy nie występują siły osiowe (w
większości przypadków), wystarczy zabezpieczenie pierścieniem oporowym, w
przeciwnym razie stosuje się inne rozwiązania (np.
nakrętkę
lub tuleję dystansową).
Obliczenia wytrzymałościowe połączenia wpustowego opierają się na kryterium
dopuszczalnego
nacisku powierzchniowego
k
n
. Jako powierzchnię obliczeniową
przyjmuję się powierzchnie styku wpustu z wałkiem lub z piastą, tę która z nich jest
mniejsza.
Połączenia wielowypustowe
Połączenie wielowypustowe (wielokarbowe) –
połączenie
rozłączne ruchowe bez elementów pośredniczących.
UŜywane do osadzania
piast
na
wałach
.
Połączenie wielowpustowe nie posiada wady
połączenia wpustowego
, polegającej
na osłabiającym działaniu rowka wpustowego. Z tego powodu stosowane jest w
bardziej odpowiedzialnych zastosowaniach. W połączeniu wielowpustowym na
wałku
nacięte są rowki, a
piasta
jest ukształtowana tak, by do nich pasowała.
Połączenie wielowpustowe jest trudniejsze do wykonania niŜ wpustowe.
Obliczenia wytrzymałościowe połączenia wielowpustowego opierają się na
kryterium dopuszczalnego
nacisku powierzchniowego
k
n
. Jako powierzchnię
obliczeniową przyjmuje się powierzchnię jednej strony pojedynczego styku wału i
piasty, pomnoŜoną przez liczbę karbów.
Wielkości połączeń wielowpustowych są znormalizowane przez
Polską Normę
PN/M-85016 i PN/M-85010.
Połączenia sworzniowe
Połączenie sworzniowe -
połączenie
rozłączne ruchowe, w którym elementem pośredniczącym jest walcowy
sworzeń
.
Połączenie sworzniowe tworzą: sworzeń (1), ucho (2) i widełki (3). Sworzeń
często zabezpiecza się przed wypadnięciem
podkładkami
z
zawleczkami
.
Połączenie sworzniowe zwykle wykorzystywane jest do łączenia
przegubów
. Sworzeń moŜe być umieszczony na
wcisk
w jednym elemencie
przegubu, podczas gdy
pasowanie
z drugim elementem jest luźne. Pozwala
to na obrót jednego z elementów względem osi sworznia.
Przykładem połączenia sworzniowego jest połączenie
tłoka
silnika
spalinowego
z
korbowodem
.
Obliczenia wytrzymałościowe połączenia sworzniowego polegają na sprawdzeniu wytrzymałości sworznia na
ś
cinanie
k
t
, a elementów przegubu zwykle na
rozciąganie
k
r
lub inne w zaleŜności od rodzaju ich obciąŜenia.
Połączenia kołkowe
Połączenie kołkowe -
połączenie
rozłączne spoczynkowe.
SłuŜy do ustalania wzajemnego połoŜenia dwóch lub więcej elementów.
Kołek
moŜe mieć kształt stoŜkowy lub walcowy - gładki lub karbowany.
JeŜeli kołek jest nieobciąŜony, nie wymagane są Ŝadne obliczenia
wytrzymałościowe. Jeśli złącze pracuje pod obciąŜeniem, kołek oblicza
się ze względu na kryterium maksymalnego dopuszczalnego
nacisku
powierzchniowego
k
n
, na
zginanie
k
g
(kołki
pasowane
luźno) lub na
ś
cinanie
k
c
(pasowane ciasno).
Połączenia gwintowe
Połączenie gwintowe -
połączenie
rozłączne spoczynkowe, w którym elementem łączącym są
gwintowane
łączniki:
ś
ruba
z
nakrętką
lub
wkręt
. W skład połączenia gwintowego wchodzą takŜe elementy pomocnicze, takie jak
podkładki
i
zawleczki
.
Podkładki mają za zadanie ochronę elementów złącza przed zadrapaniem w czasie dokręcania łącznika oraz niekiedy
wraz z zawleczką zabezpieczania przed samoczynnym odkręcaniem się nakrętki.
Ze względu na rodzaj uŜytego łącznika połączenia gwintowe dzielą się na połączenia śrubowe i wkrętowe.
Połączenia śrubowe: W tego rodzaju połączeniach
ś
ruba
(1) i
nakrętka
(2), łączą dwa lub więcej elementów (3).
Elementy te w miejscu łączenia są przewiercane, tak by otwór mieścił
ś
rubę z
pasowaniem
luźnym. Śruba w takim połączeniu moŜe przenosić
tylko i wyłącznie obciąŜenia osiowe, np. jeŜeli elementy połączenia są od
siebie w sposób naturalny odciągane np. pokrywa kotła połączona z jego
korpusem. Nakrętka w takim połączeniu dokręcana jest na tyle mocno by
zapewnić integralność połączenia, gdy nie jest ono obciąŜone.
W przypadku gdy elementy łączone są obciąŜone siłami wzdłuŜnymi
działającymi w osi prostopadłej do osi śruby, naleŜy zapewnić
połączenie
cierne
pomiędzy tymi elementami. Realizuje się to przez wstępne
napręŜenie śruby. Nie spełnienie warunku wstępnego napręŜenia,
doprowadza do przesunięcia się elementów względem siebie, które
ostatecznie swymi krawędziami oprą się o śrubę powodując jej ścinanie, a w ekstremalnych sytuacjach zniszczenie.
Oprócz siły osiowej pochodzącej od obciąŜenia złącza lub napręŜenia osiowego, śruba jest obciąŜona skręcającym
momentem siły
. Zgodnie z tym, obliczenia wytrzymałościowe połączenia polegają na sprawdzeniu śruby ze względu
na kryterium wytrzymałości na
rozciąganie
k
r
i
skręcanie
k
s
.
Połączenia śrubowe dociskowe (wkrętowe)
:
W tego rodzaju połączeniach
wkręt
(1) (lub śruba) przytwierdza jeden
element złącza (2) do drugiego (3). W elemencie (3) nawiercony jest
otwór z naciętym wewnętrznym
gwintem
, w który wkręcany jest wkręt.
Wkręty do drewna mogą być wkręcane w miękkie drewno bezpośrednio
bez Ŝadnego przygotowania. W przypadku twardego drewna moŜe być
konieczne nawiercenie otworu pod wkręt wiertłem co najmniej o numer
mniejszym niŜ wkręt.
Wkręty do materiałów budowlanych (
cement
,
gips
,
cegła
itp.)
umieszczane są w tych materiałach z pomocą
kołków rozporowych
po
wcześniejszym nawierceniu otworu w materiale, o rozmiarze
odpowiadającym wielkości kołka.
Wkręt - łącznik w
połączeniu gwintowym
dociskowym. Alternatywą wkręta w tym połączeniu jest
ś
ruba
dociskowa,
róŜniąca się od wkręta sposobem utwierdzenia, kształtem i typem łba
- śruby nie posiadają nacięcia.
Wkręt składa się z łba z nacięciem i
gwintowanego
trzonu o
kształcie walcowym lub lekko stoŜkowym w przypadków wkrętów
do drewna
Łby wkrętów mogą mieć kształt: a) walcowy płaski b) walcowy
soczewkowy c) stoŜkowy płaski d) stoŜkowy soczewkowy e) kulisty
f) bez łba Nacięcie we łbie wkręta pod
wkrętak
moŜe mieć kształt:g) proste h) krzyŜowe (
Phillips
,
Pozidriv
) i)
kwadratowe j) sześciokątne (
inbusowe
) k) ośmiokątne .
Śruba - jest jednym z elementów połączenia śrubowego. W
budowie maszyn
łączniki
te znajduja róŜnorakie
zastosowanie, dlatego teŜ występują w wielu odmianach zawartych w
normie
PN-91/M-82055. Śruby róznią się
między sobą wielkością, kształtem łba, trzbienia oraz zakończenia.
Nakrętka - łacznik w
połączeniu śrubowym
. Jest pierścieniem z naciętym na całej długości otworu
gwintem
.
Nakręcana jest na wolny koniec trzonu
ś
ruby
zgodnie z wymaganiami montaŜowymi.
Ze względu na kształt, nakrętki dzielą się na: a)
sześciokątne b) koronowe c) czworokątne e)
okrągłe otworowe f) okrągłe rowkowe g)
skrzydełkowe h) radełkowe
Gwint to
ś
rubowe
nacięcie na powierzchni
walcowej
, zewnętrznej lub wewnętrznej. Komplementarne gwinty
wewnętrzny i zewnętrzny mają tak dobrany kształt, Ŝe dokładnie pasują do siebie.
Ruch obrotowy
elementu z
gwintem zewnętrznym powoduje przesuwanie się tego elementu względem elementu z gwintem wewnętrznym.
Gwint moŜe być interpretowany jako
równia pochyła
nawinięta na powierzchnię walcową. W związku z tym
mechanika
gwintu jest identyczna jak równi pochyłej, dlatego teŜ
ś
rubę
zalicza się wraz z równią pochyłą do
maszyn
prostych
.
Podstawowe parametry gwintu walcowego
•
ś
rednica
gwintu d: jest to średnica okręgu opisanego na zewnętrznych wierzchołkach gwintu w prostopadłym
przekroju poprzecznym śruby. Średnica ta odpowiada średnicy wewnętrznej D nakrętki.
•
skok gwintu P: odległość pomiędzy wierzchołkami gwintu w przekroju wzdłuŜnym śruby lub nakrętki.
•
zaokrąglenie szczytu i dna bruzdy gwintu R: w gwintach trójkątnych unika się pozostawiania ostrych
krawędzi szczytu gwintu jak i bruzdy gwintu, gdyŜ powoduje to spiętrzenie napręŜeń w obszarze takiego
karbu
. Promień R typowo wynosi około jedną dziesiątą część skoku gwintu (R ok. 0.1 * P)
Gwinty są znormalizowane przez
Polską Normę
. Definiuje się w niej
gwinty metryczne
, to znaczy takie, których
ś
rednica gwintu w milimetrach jest typoszeregiem liczb naturalnych lub ich ułamków dziesiętnych w przypadku
gwintów drobnych. Zgodnie z tym gwint metryczny koduje się Mn, gdzie n to średnica gwintu w milimetrach np.
M5, M20. W gwintach, w których skok P jest inny niŜ by to wynikało z ogólnej zasady, dodatkowo specyfikuje się
ten parametr w kodzie gwintu metrycznego, np. M20x2 (gwint metryczny o średnicy d = 20 mm i skoku P = 2mm),
M20x1.5, M20x1, M20x0.75. M20 posiada normalny skok P = 2,5 mm. Gwinty inne niŜ metryczne np. calowe, w
polskiej praktyce inŜynierskiej są rzadko uŜywane.
•
BSF – gwint calowy Whitwotha, drobnozwojny,
•
BSW – gwint calowy Whitwortha, zwykły,
•
E –
gwint Edisona
, elektrotechniczny,
•
G – gwint rurowy Whitwortha, walcowy,
•
M –
gwint metryczny
zwykły i drobnozwojny,
•
NPT – gwint rurowy Briggsa, stoŜkowy
•
Pg – gwint specjalny instalacyjny, pancerny,
•
R – gwint rurowy Whitwortha, stoŜkowy, zewnętrzny,
•
Rc – gwint rurowy Whitwortha, stoŜkowy, wewnętrzny,
•
Rd –
gwint okrągły
,
•
Rp – gwint rurowy Whitwortha, walcowy wewnętrzny,
•
RW, FG – gwint rowerowy,
•
S –
gwint trapezowy niesymetryczny
,
•
Tr –
gwint trapezowy symetryczny
,
•
UN – gwinty zunifikowane o skoku uprzywilejowanym,
•
UNC – gwint calowy, zunifikowany, zwykły,
•
UNEF – gwint calowy, zunifikowany, bardzo drobnozwojny,
•
UNF – gwint calowy, zunifikowany, drobnozwojny,
•
UNS – gwinty zunifikowane specjalne,
•
Ven, Vg – gwint wentylowy,
•
W –
gwint stoŜkowy
do zaworów gazowych,
Połączenia spręŜyste
Połączenie spręŜyste -
połączenie
rozłączne ruchowe, w którym łącznikiem jest
element spręŜysty
. Stosuje się je ze
względu na moŜliwość wzajemnych przesunięć części maszyn oraz równoczesne kumulowanie nadmiaru energii
kinetycznej. Są najczęściej stosowane jako amortyzatory, elementy przeciąŜeniowe lub kompensatory przesunięć.
Podstawowym parametrem części spręŜystej jest sztywność łącznika.
Połączenia rurowe
Połączenie rurowe -
przewody rurowe
połączone łącznikami (złączki, kolanka, łuki,
trójniki
, itd.) oraz
zaworami
,
przez które przesyłany jest czynnik roboczy (ciecze, gazy, opary). Dzielimy je na:
gwintowe
Stosowane są w przewodach wodnych, parowych i
gazowych
o niewielkiej średnicy i przy niskich
ciśnieniach
oraz w
przewodach wiertniczych. Ich uszczelnienie stanowią konopie owijane na gwincie i minia z
pokostem
.
Gwinty
zewnętrzne mogą być
walcowe
lub
stoŜkowe
, gwinty w otworach tylko walcowe. NaleŜą do łatwo rozłączalnych.
kielichowe
Są stosowane przy niskich ciśnieniach. Polegają na włoŜeniu końca jednej rury (czopa) do drugiej rury (kielicha).
Uszczelnienie odbywa się przy pomocy sznura smołowego i
smoły
(
przewody ściekowe
) lub ołowiu. Połączenie te
nie mogą przenosić obciąŜeń wzdłuŜnych.
kołnierzowe
Są stosowane przy wysokich ciśnieniach. Kołnierze mogą być stałe lub luźne, nakładane na występ wylotu rury.
Materiałem uszczelniającym złącza, zaleŜnie od rodzaju przewodzonej cieczy lub gazu, moŜe być guma, tektura,
tkaniny, miękkie metale, tworzywa sztuczne.
Połączenia w
budowie maszyn
wiąŜą elementy składowe tak, Ŝe mogą wspólnie się poruszać oraz przenosić
obciąŜenia.
Połączenia dzielą się na:
Połączenia nierozłączne
w połączeniu takim elementy są złączone na stałe. Próba ich rozłączenia zawsze wiąŜe się ze zniszczeniem
elementu łączącego oraz często samych elementów łączonych.
Połączenia rozłączne
w których rozłączenie jest moŜliwe i nie wiąŜe się z niebezpieczeństwem zniszczenia elementów łączonych.
Połączenia rozłączne dzielą się takŜe na:
spoczynkowe
w których łączone elementy pozostają unieruchomione względem siebie
ruchowe
w których elementy mogą się względem siebie przemieszczać w pewnym zakresie
