background image

Podstawy konstrukcji maszyn – projektowanie 

 

– 68 – 

 

5.2 Połączenia kształtowe 

5.2.1. Połączenia wpustowe 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Długość obliczeniowa wpustu: 

z

k

d

M

4

l

w

d

s

0

                                                   (5.20) 

gdzie:  M

s

  –  moment  przenoszony  przez  wpust, 

w

  -  głębokość  rowka  pod  wpust  w  wale 

(można przyjąć 

w

 

≅ h/2), z - ilość wpustów przenoszących obciążenie z = 1, 2, (3), k

d

 

- naprężenie dopuszczalne na docisk powierzchniowy wg tabl. 5.4. 

Tabl. 5.4. Naprężenia dopuszczalne na docisk powierzchniowy dla połączeń wpustowych k

d

 [MPa]. 

 

Materiały 

Połączenia 

Wpust 

Piasta 

Spoczynkowe 

Ruchowe 

St6, St7 

Ż

eliwo szare 

30 

÷ 50 

20 

÷ 40 

St6, St7 

Stal, staliwo 

60 

÷ 90 

20 

÷ 40 

St7 

Stal (utwardzona) 

200 

÷ 300 

(120 

÷ 200)* 

* Wszystkie powierzchnie utwardzone > 45 HRc 

 

Długość całkowita (katalogowa) wpustu pryzmatycznego typu A lub E: 

l

l

b

+

0

                                                                  (5.21) 

Długości normalne wpustów: 6 

÷ 22 co 2 mm, 25 ÷ 40 co 4 mm, 45, 50, 56, 63, 70 ÷ 

110 co 10 mm, 125, 140 

÷ 220 co 20 mm, 250, 280 ÷ 400 co 40 mm, 450, 500.  

Stosowane pasowania w połączeniu wpustowym przedstawiono w tablicy 5.5. 

Wzory  pozwalające  na  określenie  minimalnych  grubości  piast wg rysunku 5.12 ujęto 

w tablicy 5.6.

 

Rys. 5.12. Parametry geometryczne połączenia wpustowego; A, B, E, F - rodzaje wpustów pry-

zmatycznych 

A

E

b

h

B

b

h

l
l

0

l

F

b

h

b

h

l
l

0

l

d
D

c

g

p

b

∆∆

p

w

∆∆

g

m

h

background image

5.0. Połączenia 

 

– 69 – 

 

Tabl. 5.5. Pasowania w połączeniu wpustowym. 

 

Rodzaj  

połączenia 

Pasowania w 

czopie 

Pasowania w 

piaście 

Spoczynkowe 

N9/h8, P9/h8 

Js9/h8, P9/h8 

Ruchowe bez obciążenia 

H9/h8 

D10/h8 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

START 

b, h, t

2

, d

max 

d

1

 = d

0

 + t

2

 

d

1

 

≤ d

max 

b, h, t

2

 

d

PN-70/M-85005

 

l

0

 wz. (5.20) 

l wz. (5.21) 

Obliczenia połączeń 

wypustowych 

≤ l

d

1

 = d

0

 + 2

⋅t

STOP 

PN-70/M-85005

 

Tak

 

Nie

 

Tak

 

Nie

 

l

p

 = (1,5 

÷ 2,0) d

z = 1, k

d

, M

b, h, t

2

 

PN-70/M-85005

 

d

1

 

≤ d

max 

b, h, t

2

 

PN-70/M-85005

 

Tak

 

Nie

 

l

0

 wz. (5.20) 

l wz. (5.21) 

z = 2, k

d

, M

≤ l

g

p

 wz. (5.22) 

STOP 

D

p

 = d

1

 + g

Tak

 

Nie

 

b – szerokość wpustu, 
d

0

 – obliczona średnica wału, 

d

1

 – zwiększona średnica wału, 

d

max

  –  górna  wartość  przedziału 

ś

rednic wg PN-70/M-85005, 

D

p

 – średnica piasty, 

g

p

 – grubość piasty, 

h – wysokość wpustu, 
k

d

  –  powierzchniowe  naciski  do-

puszczalne, 

l – całkowita długość wpustu, 
l

0

 – obliczeniowa długość wpustu, 

t

2

 – głębokość rowka pod wpust w 

piaście, 

z  –  ilość  wpustów  na  obwodzie 

czopa.

  

   

 

 

Rys.  5.13.  Algorytm  obliczeniowy  wpustów  typu 

A, E 

background image

Podstawy konstrukcji maszyn – projektowanie 

 

– 70 – 

 

Tabl. 5.6. Grubość piasty. 

 

Piasta żeliwna 

Piasta stalowa lub staliwna 

Połączenie 

(czop St5) 

c’ 

c’ 

Wpustowe, klinowe 

wzdłużne 

3,87 

÷ 4,52  3,23 ÷ 3,87  3,02 ÷ 3,87 

2,37 

÷ 3,23 

Wciskane, stożkowe 

cierne 

4,52 

÷ 6,46  4,52 ÷ 6,46  3,87 ÷ 5,60 

3,87 

÷ 5,60 

Wypustowe 

3,02 

÷ 3,27  2,59 ÷ 3,23  2,59 ÷ 3,45 

2,15 

÷ 3,02 

g

c

M Nm

g

c

M Nm

p

s

m

s

= ⋅

= ⋅

[

]

'

[

]

3

3

  [mm]

  [mm]

                                 (5.22) 

 

5.2.2. Połączenia wypustowe 

 

 

 

 

 

 

 

Długość czynna połączenia: 

(

)

z

k

d

D

d

3

M

16

l

d

s

0

                                   

(5.23)

 

gdzie:  M

s

 – moment przenoszony przez połączenie, l

0

 - długość obliczeniowa połączenia wy-

pustowego,  d  –  średnica  stóp  wypustów,  D  –  średnica  wierzchołkowa  wypustów,  z  - 

ilość  wypustów  na  obwodzie  wg  PN,  k

d

  -  dopuszczalne  naciski  powierzchniowe  wg 

tabl. 5.7. 

c) 

b) 

a) 

Rys.  5.14.  Rodzaje  połączeń  wypustowych,  a) 

wielowypustowe 

równoległe 

PN/M-85015, 

...do 

obrabiarek 

PN/M-85016,  b)  wielowypustowe  
ewolwentowe 

PN/M-85014, 

c) 

wielokarbowe PN/M-85010. 

D

D

d

D

d

d

d – średnica stóp wielowypustu, 
d

0

 – obliczona średnica wału, 

D  –  średnica  wierzchołków  wielowy-

pustu, 

k

d

  –  powierzchniowe  naciski  dopusz-

czalne, 

l

0

 – obliczeniowa długość wielowypu-

stu, 
M

s

 – moment skręcający, 

z  –  ilość  wypustów  na  obwodzie  czo-

pa

.  

   

 

 

START 

l

0

; wz. (5.23) 

≥ d

0

 

D, z 

M

STOP 

PN-63/M-85015, PN-63/M-85016

 

k

d

; tab. 5.8 

Warunki pracy, char. obciążenia

 

Rys. 5.15. Algorytm obliczeniowy wielowypustów 

background image

5.0. Połączenia 

 

– 71 – 

 

Tablica 5.7. Dopuszczalne naciski powierzchniowe dla połączeń wypustowych k

d

 [MPa]. 

 

Rodzaj połączenia  Warunki pracy  Czop nie utwardzony  Czop utwardzony 

Spoczynkowe 

II 

III 

35 

÷ 50 

60 

÷ 100 

80 

÷ 120 

40 

÷ 70 

100 

÷ 140 

120 

÷ 200 

Ruchowe  

bez obciążenia 

II 

III 

15 

÷ 20 

20 

÷ 30 

25 

÷ 40 

20 

÷ 30 

30 

÷ 60 

40 

÷ 70 

Ruchowe  

pod obciążeniem 

II 

III 



÷ 10 

÷ 15 

10 

÷ 20 

I - obciążenia uderzeniowe o zmiennych kierunkach, złe smarowanie, materia-

ły  o  niskiej  wytrzymałości,  duża  chropowatość  powierzchni,  niska  dokład-
ność wykonania, 

II  -  obciążenia zmienne, przeciętne smarowanie, materiały o średniej wytrzy-

małości, średnia chropowatość powierzchni i dokładność wykonania, 

III -  obciążenia  jednokierunkowe,  dobre  smarowanie,  materiały  o  dużej  wy-

trzymałości, dobra gładkość powierzchni i dokładność wykonania. 

 

5.2.3. Połączenia kołkowe poprzeczne 

Zalecenia konstrukcyjne: 

d = (0,2 

÷ 0,3) D

c

 , 

D

p

 

≈ 2 D

c

 

- dla piasty stalowej,   D

p

 

≈ 2,5 D

c

 

- dla piasty żeliwnej. 

Podstawowe warunki wytrzymałościowe (wg rys. 5.17a): 

(

)

π

=

τ

+

=

σ





=

τ

=

σ

t

2

c

s

s

dp

p

c

p

s

d

s

c

3

c

s

s

dc

2

c

s

d

k

d

D

M

k

g

D

d

g

M

k

D

d

9

,

0

1

D

2

,

0

M

k

d

D

M

6

                                                    (5.26) 

gdzie: d, D

p

, g

p

 – średnica kołka, średnica piasty i grubość piasty wg rysunku 5.17, k

dc

, k

dp

 – 

powierzchniowe  naprężenia  dopuszczalne  materiałów  czopa  i  piasty  (tab.  5.8),  k

s

  – 

dopuszczalne  naprężenia  skręcające  materiału  czopa,  k

t

  –  dopuszczalne  naprężenia 

ś

cinające materiału kołka. 

Otwór pod kołek wykonuje się z reguły w montażu, stąd wynika, że materiał czopa musi 

być „miękki” (podatny na: wiercenie, rozwiercanie), 

5.2.4. Połączenia kołkowe podłużne 

Zalecenia konstrukcyjne: d = (0,13 

÷ 0,16)⋅D

c

 ; l

0

 = (1 

÷ 1,5)⋅D

c

  

- dla czopa 

- dla czopa 

- dla piasty 

- dla kołka 

background image

Podstawy konstrukcji maszyn – projektowanie 

 

– 72 – 

 

 

d – średnica kołka, 
D

c

 – założona średnica czopa, 

D

c1...4

 – obliczona średnica czopa, 

D

p

 – średnica piasty, 

g

p

 – grubość piasty, 

h – wysokość wpustu, 
k

dc

, k

dp

 – powierzchniowe naciski do-

puszczalne czopa i piasty, 

k

dc1

, k

dp1

 – powierzchniowe naciski 

dopuszczalne czopa i piasty dla 
zmienionych materiałów, 

k

s

 – naprężenia dopuszczalne na 

skręcanie dla materiału czopa, 

k

s1

 – naprężenia dopuszczalne na 

skręcanie dla zmienionego mate-
riału czopa, 

k

t

 – naprężenia dopuszczalne na ści-

nanie materiału kołka, 

M

s

 – moment skręcający, 

τ

s1

 – naprężenia ścinające w kołku. 

 

   

Rys.  5.16.  Algorytm  obliczeniowy  połą-

czeń  kołkowych  czopowych  po-
przecznych 

START 

D

c0

 = max(D

c1, 

D

c2

, D

c3, 

D

c4

D

c

 = D

c0

 

 

Tak

 

τ

s1 

≤ k

Tak

 

Nie

 

(

)

3

dc

s

1

c

k

3

,

0

2

,

0

M

6

D

÷

=

 

τ

s1

; wz. 5.26 II 

D

c2

 > D

c1 

β = 0,5⋅(α– 1) 

α =2 piasta stalowa 

α =2,5 piasta żeliwna 

(

)

dp

s

3

c

k

1

M

D

+

β

β

=

 

(

)

3

t

2

s

4

c

k

3

,

0

2

,

0

M

D

÷

π

=

 

D

c0 

≤ D

Nie

 

Tak

 

D

c1 

> D

Nie

 

Mat 1 czopa: 

k

dc1

; wz. 5.26 I 

 

Mat 2 czopa: 

k

s1

; wz. 5.26 II 

 

Tak

 

D

c2 

> D

Nie

 

Mat 1 piasty: 

k

s1

; wz. 5.26 III 

 

STOP 

d = (0,2

÷0,3)⋅D

c

 

 D

p

 = 

α⋅ D

c

 

PN-66/M-85021

 

M

s

, k

dc

, k

dp

, k

s

, k

background image

5.0. Połączenia 

 

– 73 – 

 

g

p

d

D

p

D

c

σ

σσ

σ

σ

σσ

σ

d

max

d

D

g

p

d

D

c

p

l

0

 

Rys. 5.17. Połączenia czopowe kołkowe; a) poprzeczne, b) podłużne 

 

Długość  czynna  kołka  wzdłużnego  z  warunku  na  naciski  powierzchniowe  (wg  ozna-

czeń na rys. 5.17b): 

c

d

s

0

D

d

k

z

M

4

l

=

                                                     (5.27) 

gdzie: M

s

 – moment skręcający, z – ilość kołków na obwodzie. 

Otwór pod kołek wykonuje się z reguły w montażu, stąd wynika że: 

•  materiał czopa musi być „miękki” (podatny na: wiercenie, rozwiercanie), 

•  ilość kołków na obwodzie nie jest ograniczona. 

Zamiast  kołków  stosuje  się  wkręty  bez  łba,  dzięki  temu  uzyskuje  się połączenie roz-

łączne. 

Tabl. 5.8. Naprężenia dopuszczalne przyjmowane w połączeniach kołkowych i sworzniowych, [MPa]. 

 

Naprężenia 

Materiały  St3S  St5 

St6 

St7 

Staliwa  Żeliwa 

 

k

d

 

65 

90 

110 

120 

82,5 

67,5 

 

k

dj

 

43 

60 

73 

80 

55 

45 

Naciski pow. 

spoczynko-

we 

 

k

do

 

30 

42 

51 

56 

38,5 

31,5 

k

g

 

82,5  105  127,5  150 

k

gj

 

55 

70 

85 

100 

Zginanie 

 

k

go

 

38,5 

49 

59,5 

70 

 

k

t

 

60 

75 

90 

105 

 

k

tj

 

40 

50 

60 

70 

Ś

cinanie 

 

k

to

 

28 

35 

42 

49 

Dla kołków karbowych wartości k

d

 mnożyć przez 0,7. 

Stal hartow. 

+ stal hart. 

Stal hartow. 

+ brąz, spiż 

Stal  

+ brąz, spiż 

Stal  

ż

eliwo szare 

Naciski pow. 

ruchowe pod 

obciążeniem 

15 

 

5.2.5. Połączenia sworzniowe 

Połączenie  sworzniowe  tworzy  tzw.  przegub  walcowy  umożliwiając  oprócz  przeno-

szenia siły – ruch obrotowy łącznika wokół osi sworznia w granicach kąta mniejszego od peł-

nego.  

a) 

b) 

background image

Podstawy konstrukcji maszyn – projektowanie 

 

– 74 – 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sworzeń utwierdzony dwupunktowo 

Stosuje się jako luźny (sworzeń jest zginany i ścinany) lub pasowany (sworzeń ścina-

ny). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Podstawowe warunki wytrzymałościowe dla sworznia luźnego (wg rys. 5.19a): 

(

)

=

σ

=

σ

=

σ

=

σ

τ

+

σ

=

σ

+

π

=

σ

π

=

τ

1

r

1

1

r

r

r

1

d

1

d

g

2

t

2

zr

1

3

t

2

t

k

)

d

B

(

l

2

P

k

)

d

B

(

l

P

k

l

d

2

P

k

l

d

P

k

1

,

1

3

l

l

2

d

P

8

k

d

P

2

d1

d

g

g

       (5.28) 

Sworzeń pasowany - pasowanie przylgowe H8/h7: 

d – średnica kołka, 
D

c

 – założona średnica 

czopa, 
k

d

  – powierzchniowe naci-

ski dopuszczalne, 

l

0

 – obliczeniowa długość 

kołka, 

M

s

 – moment skręcający, 

z – ilość kołków na obwo-

dzie czopa.

  

 

 

   

Rys.  5.18.  Algorytm  obliczeniowy  połączeń  koł-

kowych czopowych podłużnych 

START 

z

l

l

0

0

=

 

l

0

; wz. 5.27 

z

 

STOP 

k

d

, M

s

 

d = (0,13 

÷ 0,16)⋅D

D

c

, PN-66/M-85021 

l

0

 = (1 

÷ 1,5)⋅D

Nie 

Tak 

STOP 

a) 

b) 

Rys.  5.19.  Połączenia  sworz-

niowe; 

a) 

sworzeń 

mocowany 
dwupunktowo, 

b) 

sworzeń 

mocowany 

1

B

d

Łącznik

Obejma

B

B

g

d

σ

σ

σ

σ

d

P

P

l

l

1

h

background image

5.0. Połączenia 

 

– 75 – 

 



=

σ

=

σ

=

σ

=

σ

π

=

τ

1

r

1

1

r

r

r

1

d

1

d

t

2

t

k

)

d

B

(

l

2

P

k

)

d

B

(

l

P

k

l

d

2

P

k

l

d

P

k

d

P

2

d1

d

              (5.28b) 

Sworzeń mocowany jednostronnie  

Podstawowe warunki wytrzymałościowe (wg rys. 5.19b):  

(

)







+

=

σ

π

=

σ





+

=

σ

g

zr

g

3

g

d

d

k

1

,

1

g

d

B

4

g

h

6

P

k

d

h

P

32

k

d

g

4

g

h

6

P

                                                   (5.29) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Piśmiennictwo 

[1]   Dietrich M. i inni: Podstawy Konstrukcji Maszyn, t. 2, PWN, Warszawa 1988, 

[2]   PN/M-82001, Zawleczki, PKNMiJ, 

[3]   PN/M-82004, Podkładki do sworzni, PKNMiJ. 

[4]   PN/M-83001, Sworznie bez łba, PKNMiJ, 

B – szerokość osadzenia, 
d – średnica sworznia, 
d

1

,  d

2

  –  średnice  obliczen. 

sworznia, 

g  –  grubość  osadzenia 

sworznia, 

h – długość sworznia, 
k

d

  – powierzchniowe naci-

ski dopuszczalne, 

k

g

  –  naprężenia  dopusz-

czalne na zginanie, 

P – siła obciążająca, 
z – ilość kołków na obwo-

dzie

 

czopa.

  

 

 

   

Rys.  5.20.  Algorytm  obliczeniowy  połączenia  ze 

sworzniem mocowanym jednostronnie 

START 

STOP 

d

1

k

g

4

g

h

6

P

d





+

=

 

P, h, g, k

3

g

2

k

h

P

32

d

π

=

 

k

(

)

2

1

d

d

max

d

=

 

d

k

g

1

,

1

4

g

h

6

P

B

g

+





+

 

background image

Podstawy konstrukcji maszyn – projektowanie 

 

– 76 – 

 

[5]   PN/M-83002, Sworznie z małym łbem walcowym, PKNMiJ, 

[6]   PN/M-83005, Sworznie z dużym łbem walcowym, PKNMiJ, 

[7]  

PN/M-83007, Sworznie z czopem gwintowym, PKNMiJ, 

k

r1

  –  napr.  dop.  na 

rozciąganie obejmy, 

k

t

 – napr. dop. na ścina-

nie sworznia, 

l – grubość łącznika, 

 

 

l

1

 – grubość obejmy, 

P – obciążenie połącze-

nia, 

σ

g

 – naprężenia zgina-

jące sworznia, 

Rys.  5.21.  Algorytm  obliczeniowy 

połączenia  ze  sworzniem  mo-
cowanym dwupunktowo 

STAR

l = d 

l

1

 = 0,5

⋅l 

τ

t

; wz. 

d

k

P

d

P, k

d1

, PN-/M-83002, ..03, 

σ

g

 

≤  k

g

 

Nie 

Tak 

STOP 

k

g

; wz. 

Nie 

Tak 

Sworzeń luź-

σ

g

; wz. 

τ

t

 

≤  k

t

 

Nie 

Tak 

k

t

; wz. 

Lepszy mat. 

σ

zr

 

≤  

Nie 

Tak 

k

g

; wz. 

σ

zr

; wz. 

k

d1

; wz. 

Lepszy mat. 

Lepszy mat. 

Zmienić mat. obej-

Nie 

Tak 

Inny mat. obej-

d

k

l

2

P

B

d

k

l

P

B

1

r

1

1

r

+

=

+

=

B – szerokość łącznika, 
B

1

 – szerokość obejmy, 

d – średnica sworznia, 
k

d

 – napr. dop. na naci-

ski 

powierzchn. 

łącznika, 

k

d1

 – napr. dop. na naci-
ski 

powierzchn. 

obejmy, 

k

g

 – napr. dop. na zgi-

background image

5.0. Połączenia 

 

– 77 – 

 

[8]  

PN/M-83009, Sworznie noskowe, PKNMiJ, 

[9]   PN/M-85019, Kołki stożkowe z gwintem wewnętrznym, PKNMiJ, 

[10]   PN/M-85020, Kołki stożkowe, zwykłe <1:50, PKNMiJ, 

[11]   PN/M-85021, Kołki walcowe, PKNMiJ, 

[12]   PN/M-85022, Kołki stożkowe z czopem gwintowanym, PKNMiJ, 

[13]   PN/M-85024, Kołki z karbami na całej długości, PKNMiJ, 

[14]   PN/M-85025, Kołki z karbami zbieżnymi, PKNMiJ, 

[15]   PN/M-85026, Kołki z karbami do połowy długości i na części środkowej, PKNMiJ. 

background image

Podstawy konstrukcji maszyn – projektowanie 

 

– 78 – 

 

5.3 Połączenia wciskowe 

Podział połączeń wciskowych. 

1.

  Walcowe:  połączenia  wtłaczane  -  w  których  połączenie  powstaje  na  skutek  mechanicz-

nego wciśnięcia czopa w piastę, pączenia skurczowe - powstałe na w wyniku ogrzania 

piasty do temperatury umożliwiającej swobodne nasadzenie czopa, pączenia rozprężne - 

powstałe w wyniku takiego oziębienia czopa, aby można było swobodnie nasadzić nań pia-

stę. 

2.

  Stożkowe:  połączenia  stożkowe  bezpośrednie  -  powstałe  na  skutek  wzajemnego  zaciś-

nięcia  powierzchni  stożkowych  łączonych  elementów  konstrukcyjnych,  połączenia  po-

średnie:  wewnętrzne  -  połączenie  powierzchni  walcowych  za  pomocą  łączników  we-

wnętrznych,  dociskowe  -  połączenie  powierzchni  walcowych  za  pomocą  łączników  ze-

wnętrznych. 

5.3.1. Połączenia walcowe 

Obciążalność złącza walcowego 

•••• przypadek obciążenia momentem skręcającym M

s

 lub siłą osiową P. Warunki obciążalności: 

P

T

p A

p d l

M

p d

s

=

⋅ ⋅

=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

⋅ ⋅ ⋅

µ

π µ

π

µ

2

2

                                            (5.30) 

gdzie:  P, M

s

 - siła obwodowa lub osiowa oraz moment skręcający obciążający złącze, T - siła 

tarcia, p - średni nacisk na powierzchnie czynne złącza, A - powierzchnia czynna złą-

cza, 

µ -  współczynnik  tarcia  spoczynkowego,  l  -  długość  czynna  złącza,  d  -  średnica 

nominalna. 

 

 

 

 

 

 

Najmniejszy wymagany nacisk jednostkowy: 

p

P

d l

M

d

l

wym

s

=

⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅

π µ

π µ

2

2

                                           (5.31) 

Przypadek obciążenia momentem gnącym M

g

 

Z warunku, aby najmniejszy nacisk jednostkowy był niezerowy (p

min

 

≥ 0,25 p

wym

), na-

2

    

    

z1

d

d

l

w

1

d

    

1

 

d

d

d

    

w

w

2

z2

Rys.  5.22.  Parametry  geometryczne 

połączeń wciskowych 

background image

5.0. Połączenia 

 

– 79 – 

 

tomiast  największy  nie  powinien  przekroczyć  p

max

 

≤  0,75  p

wym

,  wynika  przy  założeniu  jego 

ś

redniej wartości p

ś

r

 

≈ 0,6 p

wym

 warunek obciążalności: 

M

p d l

g

⋅ ⋅ ⋅

0

2

,2

                                                  (5.32) 

Naprężenia w elementach łączonych 

Naprężenia wyznaczono z zadania Lamego przy następujących założeniach: czop i tu-

leja mają kształt walca, równomierny rozkład nacisków na powierzchniach styku, odkształce-

nia sprężyste elementów łączonych, dwukierunkowy stan naprężeń w przekroju poprzecznym 

(naprężenia osiowe 

≈ 0). 

Tabl. 5.9. Wartości współczynników tarcia. 

 

Rodzaj złącza 

Wtłaczane 

Skurczowe i rozprężne 

Materiały 

elementów  

Zastoso-

wanie 

smaru 

Wtłacza-

nie, 

µ

w

 

Rozłącza-

nie, 

µ

r

 

Oblicze-

niowe, 

µ 

Rozłącza-

nie, 

µ

r

 

Oblicze-

niowe, 

µ 

Stal + stal, staliwo  Ol. masz  0,06 

÷ 0,22  0,08 ÷ 0,20 

0,08 

Stal + stal, staliwo  Na sucho 

0,35 

÷ 0,40 

0,14 

Stal + żeliwo 

Na sucho  0,06 

÷ 0,14  0,09 ÷ 0,17 

0,08 

0,13 

÷ 0,18 

0,08 

Stal + st. miedzi 

Na sucho  0,05 

÷ 0,10  0,04 ÷ 0,10 

0,05 

0,17 

÷ 0,25 

0,06 

Stal + st. lekkie 

Na sucho  0,02 

÷ 0,08  0,03 ÷ 0,09 

0,04 

0,10 

÷ 0,15 

0,05 

Stal + tw. sztucz. 

Na sucho 

0,54 

0,33 

0,30 

 

Zasada Lamego: 

 

σ

T

 + 

σ

R

 = constans 

Naprężenia wg rysunku 5.23: - na powierzchniach styku 

σ

σ

1

1

2

1

2

2

2

2

2

2

1

1

1

2

2

2

1

1

1

1

p

x

x

p

x

x

x

d

d

d

d

w

z

w

z

=

+

=

+

=

=

;

;  x

                                     (5.33) 

 

- na powierzchniach swobodnych: 

        

σ

σ

1

1

2

2

2

2

2

2

2

1

2

1

'

'

p

x

p

x

x

=

=

                                (5.34) 

Wytrzymałość elementów łączonych 

Współczynnik  obciążalności  dla  materiałów  ciągliwych  (do  granicy  plastyczności)  i 

wytrzymałość dla materiałów kruchych ujęto w tablicy 5.10. 

Dla żeliwa: 

 

 

R

R

m

mc

2

2

0

≅ ,25

                                                         (5.35) 

 

 

 

background image

Podstawy konstrukcji maszyn – projektowanie 

 

– 80 – 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 5.23. Naprężenia w przekroju poprzecznym; a) w połączeniu z czopem drążonym, b) w połącze-

niu z czopem pełnym; 

σ

R

 -naprężenia promieniowe, 

σ

T

 - naprężenia styczne, 

σ

1

σ

2

  - na-

prężenia na powierzchniach styku, 

σ

1

σ

2

 - naprężenia na powierzchniach swobodnych 

 

 

Tabl. 5.10. Wytrzymałość materiałów elementów łączonych. 

 

Czop 

Materiał 

pełny 

drążony 

Oprawa 

- ciągli-

wy: 

p

R

e

max

0 58 1

1

2

,

(

)

− x

 

0 58 1

2

2

,

(

)

− x

 

- kruchy:  

p

k

dop

r c

,

)

x

1

(

5

,

0

2

1

 

1

1

1

2

2

2

2

2

2

+

+

x

x

R

R

m

mc

 

 

Odkształcenia względne elementów łączonych 

(

)

(

)

ε

ε

ε

ε

σ

ν

ε

σ

ν

=

=

+

=

=

+

1000

1000

1000

1

2

1

1

1

1

2

2

2

2

w

d

E

p

E

p

  

   [

‰] 

              

          (5.36) 

- podatność złącza: 

 

ε

σ

ν

σ

ν

p

E

p

E

p

=



 +



1000

1000

1

1

1

2

2

2

   [

‰] 

          (5.37)

 

 

 

Tabl. 5.11. Współczynnik rozszerzalności cieplnej 

α

α

α

α

, moduł Younga E, współczynnik Poissona 

ν

νν

ν

 

a) 

b) 

 

d

 

d

  

d

p

1

σ

σσ

σ

T

σ

σσ

σ

1

'

σ

σσ

σ

1

d

p

σ

σσ

σ

T2

1

2

σ

σσ

σ

2

σ

σσ

σ

2

'

 

σ

σσ

σ

T1

σ

σσ

σ

1

σ

σσ

σ

T2

d

2

σ

σσ

σ

2

σ

σσ

σ

2

'

=

=p

p

σ

σσ

σ

R1

p

σ

σσ

σ

R 2

σ

σσ

σ

R 1

=p

σ

σσ

σ

R 2

p

background image

5.0. Połączenia 

 

– 81 – 

 

Materiał 

przy ogrzewa-

niu 

α

+

 x 10

-6

 

deg

-1

 

przy oziębianiu 

α

–  

x 10

-6

 deg

-1

 

E x 10

3

 

MPa 

ν 

Stal, staliwo 

11 

-8,5 

200 

÷ 215  0,3 

Ż

eliwo 

10 

-8,0 

75 

÷ 105  0,25 

Stopy miedzi 

17 

÷ 18 

-8,0 

÷ -9,0 

80 

÷ 90  0,35 

Stopy lekkie 

23 

÷ 26 

-18,0 

÷ -21,0 

40 

÷ 80  0,35 

Tw. sztuczne 

40 

÷ 70 

÷ 16 

  
- odkształcenia względne na powierzchniach swobodnych: 

ε

ε

ε

ε

ε

ε

'

'

'

'

'

'

min

max

min

max

min

max

min

max

1

1

2

2

1

1

2

1

2

2

2

2

2

1

1000

2

1

1000

=

⋅ 

=

⋅ 

=

=

p

p

p

p

p

x

E

p

x

E

                     (5.38) 

Podatność złącza o zmiennej grubości 

- na długości złącza (rys. 5.16a): 

        

ε

+

ε

=

ε



ε

=

ε

=

i

i

i

i

i

i

n

i

i

i

i

i

p

p

p

l

l

p

p

2

1

1

 

 

                      (5.39) 

- na obwodzie (rys. 5.16b):   

        

ε

ε

p

p

l

l

i

i

i

m

i

i

=

=

1

   

 

 

          (5.40) 

  

 

 

 

 

Poprawki wcisku względnego 

- wcisk zmierzony: 

 

             

W

d

d

z

w

=

1

2

 

 

 

 

          (5.41) 

- wcisk montażowy   

             

(

)

w

d

=

+

ε

ε

1

2

 

 

 

 

          (5.42) 

- poprawka odkształcenia ze wzgl. na wygładzenie chropowatości przy montażu: 

 

 

(

)

δ

εR

z

z

d

R

R

=

+

1

1

2

,2

 [

‰]   dla R

z

 

≥ 6,3 µm (R

a

 = 1,25 

µm)              (5.43) 

Dla gładszych par powierzchni lub dużych wartości d i 

ε - poprawkę można pominąć. 

Pominąć także dla połączeń skurczowych i rozprężnych. 

- poprawka ze wzgl. na odkształcenia cieplne: 

b) 

a) 

l

2

i

l

1

l

l

l

l

i

2

1

Rys.  5.24.  Rysunek  do  określania  podat-

ności  złączy  o  zmiennej  grubości; 
a) na długo
ści, b) na obwodzie. 

 

background image

Podstawy konstrukcji maszyn – projektowanie 

 

– 82 – 

 

 

 

          

(

)

(

)

[

]

δ

α

α

εt

m

m

t

t

t

t

=

1

1

2

2

1000  [

‰]                       (5.44) 

gdzie:  t

m  

- temperatura montażu, t

1

, t

2  

- temperatura czopa i oprawy podczas pracy (dla meta-

li t

1

 

≈ t

2

), 

α

1

α

2

 

- współczynnik rozszerzalności cieplnej. 

- poprawka ze wzgl. na obciążenia zewnętrzne: 

δ

ε

z

 

- poprawka sumaryczna wcisku względnego: 

 

- ujemna 

δ

δ

δ

δ

ε

ε

ε

ε

=

+

+

<

R

t

z

0  

 

 

                      (5.45) 

 

- dodatnia 

δ

δ

δ

ε

ε

ε

+

=

>

t

z

0    

 

 

                      (5.46) 

- odkształcenie po uwzględnieniu poprawek: 

- dla 

δ

εz

 + 

δ

εz

 zmniejszających wcisk                        

ε

ε

δ

ε

min

=

+

wym

 

           (5.47) 

- dla 

δ

ε

z

 + 

δ

ε

z

 zwiększających wcisk                          

ε

ε

δ

ε

max

=

+

dop

                         (5.48) 

Wybór pasowania 

- z warunku obciążalności złącza: 

 

 

    

(

)

ei

ES

w

d

d

wym

=

=

⋅ ≥

+

min

min

ε

ε

δ

ε

 

                      (5.49) 

- z warunku wytrzymałości słabszego elementu: 

 

 

     

(

)

es

EI

w

d

d

dop

=

=

⋅ ≥

+

max

max

ε

ε

δ

ε

 

                     (5.50) 

 

 

 

 

 

 

 

Siła potrzebna do wtłoczenia i rozłączenia złącza 

- siła niezbędna do wtłoczenia na prasie: 

 

   

P

p

A

P

p

A

p

ei

ES

d

p

p

es

EI

d

p

p

p

IT

IT

d

p

w

w

w

o

,min

min

,min

min

min

max

max

min

=

=

=



=



=

+

+





µ

µ

ε

ε

ε

        (5.51) 

- siła rozłączania: 

                   

P

P

r

w

=

÷

( ,2

, )

1

1 5

 

  

 

                      (5.52) 

Temperatura ogrzania lub schłodzenia złącza w montaż

- połączenie skurczowe (temp. ogrzania oprawy): 

b) 

a) 

m

ax

w

m

in

EI = 0

m

ax

w

es

ei

ES

w

m

in

w

ei

EI

ES

es = 0

Rys.  5.25.  Położenia  pól  tolerancji  średnic;  a)  wg 

zasady  stałego  otworu,  b)  wg  zasady  stałego 
wałka. 

background image

5.0. Połączenia 

 

– 83 – 

 

 

 

 

               

t

t

m

m

2

2

1000

=

+

+

+

ε

δ

α

ε

max

  

   

                 

          (5.53) 

gdzie: 

δ

ε

m

 = 1 

÷ 1,5 [‰]  - wymagane ze względu na luz montażowy. 

- połączenie rozprężne (temperatura schłodzenia czopa): 

 

 

 

                

t

t

p

p

IT

IT

d

m

m

w

o

1

1

1000

= −

+



=

+

+



ε

δ

α

ε

ε

ε

max

max

min

  

   

 

          (5.54) 

5.3.2. Połączenia stożkowe bezpośrednie 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- wcisk: 

 

                                 w

tg

h

= ⋅

2

α ∆    

 

                      (5.55) 

gdzie: 2

⋅ tgα  - zbieżność stożka dla połączeń:   - łatwo rozłączanych: 1:5, 1:6, 1:10, 

 

- trudno rozłączanych:   1:20, 1:30, 1:50. 

- nacisk powierzchniowy: 

 

          p

M

d

h

s

ś

r

=

⋅ ⋅

2

2

π

µ

 

 

 

          (5.56) 

- nacisk promieniowy: 

R

d

h p

ś

r

=

⋅ ⋅ ⋅

π

µ

 

 

 

          (5.57) 

- siła potrzebna do wtłoczenia:                   

(

)

P

R tg

w

=

+

α

ρ

 

 

 

          (5.58) 

gdzie: 

ρ = arctg µ - kąt tarcia. 

- siła potrzebna do rozłączenia:  

          

(

)

P

R tg

r

=

ρ

α

 

 

 

          (5.59) 

 

Piśmiennictwo 

[1] Dietrich M. i inni: Podstawy Konstrukcji Maszyn, t. 2, PWN, Warszawa 1988, 

[2] PN-77/M-02102: Tolerancje i pasowania. Układ tolerancji wałków i otw. .., PKNMiJ, 

[3] PN-83/M-02122: Stożki i złącza stożkowe. Układ tolerancji stożków, PKNMiJ.

Rys. 5.26. Połączenie stożkowe bezpośrednie 

α

α

α

α

sr

s

d

h

M

R tg(        )

R

α+ρ

α+ρ

α+ρ

α+ρ

α+ρ

α+ρ

α+ρ

α+ρ

background image

Podstawy konstrukcji maszyn – projektowanie 

 

– 84 – 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

min

, w

max

 (5.49, 5.50) 

ε

min

ε

max

 (5.47, 5.48) 

p

wym

, p

dop

 (5.29, tab. 5.10) 

P

w

, P

r

 (5.51, 5.52) 

Dobór pasowań 

δ

ε

-

δ

ε

+

 (5.45, 5.46) 

δ

ε

z

 

δ

ε

(5.44) 

δ

ε

R

 (5.43) 

ε’

wym

ε’

dop

 (5.38) 

ε

wym

ε

dop

 (5.37) 

x

1

, x

2

 (5.33) 

P

z

, M

z

  

α

1

, α

2

, t

1

, t

2

, t

m

 

R

z1

, R

z2

, R

z

 >6,3 

µm 

R

e1

, R

e2

, R

m1

, R

m2

, P, M, l, 

µ 

ν

1

, ν

2

, Ε

1

, Ε

2

 

d

w1

, d

z1

, d

w2

, d

z2

 

PN-77/M-02102 

Indeksy: 

- czop, 

- oprawa, 

wym  - wartość wymagana, 
dop 

- wartość dopuszczalna, 

Parametry: 

- współczynnik kształtu, 

d

w

, d

z

  - średnice wg rys. 5.14, 

- nacisk powierzchniowy, 

R

e

, R

m

 - granice wytrzymałościowe, 

P, M  - nośność złącza, 

- długość złącza, 

µ 

- współczynnik tarcia, 

ε 

- odkształcenie względne, 

δ

ε

R

 

- popraw. na chropowatość, 

R

z

 

- chropowatość, 

δ

ε

t

 

- poprawka na temperaturę, 

- temperatura pracy, 

t

m

 

- temperatura montażu, 

δ

ε

z

 

- popr. na obciąż. zewnętrz. 

P

z

, M

z

  - obc. zewnętrzne złącza, 

δ

ε

-

δ

ε

+

 - poprawki sumaryczne, 

ε

min

ε

max

 - wzgl. odkszt. graniczne, 

w

min

, w

max

 - wciski graniczne, 

P

w

 

- siła wtłaczania złącza, 

P

r

 

- siła rozłączania złącza, 

(5.31 

÷ 5.52)  - numery wzorów,

 

 

 

 

 

Rys.  5.27.  Algorytm  obliczeń  połączeń 

wtłaczanych, walcowych 

START 

STOP