background image

Technologia Remontó w Urządzeń Okrę towych – III ESO 

 

Opracował: Tomasz Burnos                                WSM – INPT - ZDiRMiUO 

Ć wiczenie 1.4. 

 
 
 

Temat: 

Pomiary ką tów stożków i średnic w połą czeniach  

wciskowych stożkowych. 

 
 

Wprowadzenie teoretyczne 

 

Charakterystyka po

łą czeń wciskowych stoż kowych. 

 

Połączenia  stoż kowe  bezpośrednie  uzyskuje  się   na  drodze  wykonania  czopa  i  otworu 

elementu na nim osadzonego w kształcie stoż kó w o jednakowej zbież ności. Istotną zaletą tych 
połączeń  jest  moż liwość  regulacji  nacisku  na  stoż kowej  powierzchni  połączenia  dzię ki 
stosowaniu  odpowiednio  dobranych  sił wciskających  czop  w  otwó r  elementu  zewnę trznego 
(piasty  lub  gniazda).  Przy  dokładnym  wykonaniu  powierzchni  stoż kowych  zapewnia  się  
ponadto  dobre  środkowanie  (samocentrowanie  piasty  i  czopa)  osadzonego  na  czopie 
elementu, co jest niezwykle istotne w budowie precyzyjnych maszyn i urządzeń technicznych. 
Złącza te w poró wnaniu z połączeniami wciskowymi walcowymi wymagają podczas łączenia 
i rozłączania znacznie mniejszych wzajemnych przesunię ć elementó w. Mniejsza jest ró wnież  
siła niezbę dna do rozłączania, zależ na od kąta stoż ka. 

W budowie maszyn połączenia stoż kowe bezpośrednie spełniają najczę ściej rolę  ciernych 

połączeń zaciskowych, któ rych zadaniem jest przeniesienie obciąż enia z wału na osadzony na 
nim  element  wirujący.  Wzajemne  dopasowanie  elementó w  połączenia  jest  bardzo  czaso  i 
pracochłonne.  Przy  niedokładnym  wykonaniu  kątó w  moż e  dochodzić  do  wzajemnego 
wybaczania elementó w łączonych. Elementy przed montaż em muszą być suche i czyste. 

Kąty  stoż kó w  sprawdza  się   przez  pomiary  bądź  w  przypadku  pary  elementó w  przez 

tuszowanie. 

Połączenia stoż kowe realizuje się  takimi samymi metodami jak połączenia walcowe. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

background image

Technologia Remontó w Urządzeń Okrę towych – III ESO 

 

Opracował: Tomasz Burnos                                WSM – INPT - ZDiRMiUO 

Si

ły wystę pują ce w połą czeniu. 

 

Zasadniczą  cechą  geometryczną  połączenia  stoż kowego  jest  jego  zbież ność  z,  któ ra 

zgodnie z oznaczeniami podanymi na rysunku określana jest wzorem: 

 

θ

tg

l

d

d

z

2

1

2

=

=

 

Gdzie: 
 

 

d

1

 d

2 

– średnice podstaw stoż ka w skrajnych przekrojach złącza  

 

 

      – długość połączenia 

     

   2

θ

 − 

kąt stoż ka 

 

Zbież ność podaje się  zazwyczaj w postaci z = l:s.  

Połączenia 

stoż kowe 

odpowiednio 

małych 

zbież nościach 

charakteryzują 

się  

samohamownością, wystę pującą wó wczas, gdy pó łkąt stoż ka 

θ  jest mniejszy od kąta tarcia ρ. 

Samohamowność 

umoż liwia 

osadzenie 

stoż kowych 

gniazdach 

bez 

ż adnych 

uzupełniających  elementó w  mocujących.  Wykorzystanie  samohamowności  połączenia 
stoż kowego uprościło znacznie konstrukcję  mocowania. 
Przy  doborze  kąta 

θ  należ y  zwró cić  jednak  uwagę  na  fakt,  ż e  rozłączenie  połączenia 

samohamownego  wymaga  znacznie  wię kszej  siły.  Stąd  przy  przewidywanej  duż ej  czę stości 
rozłączania połączenia stoż kowego należ y uwzglę dnić ró wnież  to, ż e im wię kszy kąt 

θ, tym 

łatwiejszy i prostszy demontaż  połączenia. 
Poniż szy rysunek przedstawia siły działające na czop stoż kowy: 

 

background image

Technologia Remontó w Urządzeń Okrę towych – III ESO 

 

Opracował: Tomasz Burnos                                WSM – INPT - ZDiRMiUO 

 
W przypadku wciskania czopa siłą P

w1

 w stoż kowy otwó r tulei, reakcja czopa R

1

 odchyla się  

od normalnej do powierzchni o kąt tarcia 

ρ w kierunku ruchu tulei i tworzy z prostopadłą do 

osi czopa kąt 

θ + ρ. Zachodzi związek: 

)

(

1

ρ

θ

+

=

tg

P

S

w

 

Wciśnię cie  czopa  w  tuleję   wytworzyło  w  połączeniu  określony  siłą  S  zacisk  wstę pny.  Jeśli 
teraz bę dziemy zmniejszać silę  P

w1

, tuleja wykaż e tendencję  do zsunię cia się  ze stoż kowego 

czopa. Siły tarcia zmieniają zwrot i reakcja czopa R

2

 odchyla się  od normalnej do powierzchni 

o  kąt  tarcia 

ρ

 

w  kierunku  przeciwnym  niż   przy  wciskaniu,  tworząc  z  kierunkiem 

prostopadłym do osi czopa kąt 

θ − ρ.

 

Najmniejsza siła P

w2

 utrzymująca układ w ró wnowadze 

i nie pozwalająca na zsunię cie się  tulei pod działaniem wytworzonej podczas wciskania czopa 
siły S ma wartość: 

)

(

2

ρ

θ

=

Stg

P

w

 

Uwzglę dniając  powyż sze  zależ ności,  otrzymujemy  istotny  dla  charakterystyki  połączenia 

stoż kowego bezpośredniego wspó łczynnik zacisku wstę pnego: 

)

(

)

(

1

2

ρ

θ

ρ

θ

ζ

+

=

=

tg

tg

P

P

w

w

 

Wspó łczynnik 

ζ określa  stopień  odciąż enia  elementó w  mocujących  tuleję  na  czopie 

stoż kowym, jest wię c bardzo istotnym parametrem charakteryzującym połączenie. Ż e wzoru 
widać, ż e wraz ze zmniejszaniem się  kąta 

θ  wspó łczynnik  ζ  maleje i osiąga wartość ζ = O 

dla 

θ = ρ,

 

to znaczy na granicy samohamowności połączenia. 

Stosowane w budowie maszyn do przeniesienia momentu skrę cającego wciskowe włączenia 
stoż kowe  bezpośrednie  mają  najczę ściej  stosunkowo  matę   zbież ności  o  kącie 

θ < ρ  i  w 

związku  z  tym  są  samohamowne.  Rozkład  sił  w  złączu  samohamownym  podczas  jego 
łączenia i rozłączania przedstawiono na rysunku: 

 

 
Cechą charakterystyczną tego rozkładu jest odwrotny do P

w1 

 zwrot siły P

w2

. Oznacza to, ż e 

po  zdję ciu  obciąż enia  P

w1

    tuleją  nie  zsunie  się   z  czopa  samoczynnie.  Dla  rozłączenia 

połączenia  wymagane  jest  przyłoż enie  siły  P

w2

,  przeciwnie  skierowanej  do  siły  P

w1

  o 

wartości: 

)

(

2

θ

ρ

=

Stg

P

w

 

 

 

background image

Technologia Remontó w Urządzeń Okrę towych – III ESO 

 

Opracował: Tomasz Burnos                                WSM – INPT - ZDiRMiUO 

Wspó łczynnik wstę pnego zacisku złącza samohamownego 

ζ

s

  wyrazi się  wó wczas wzorem: 

)

(

)

(

θ

ρ

θ

ρ

ζ

+

=

tg

tg

s

 

Wspó łczynnik 

ζ

s

  zawiera się  w przedziale O < 

ζ

s

  < l. Jak już  wspomniano, wartości 

ζ

s

   

bliskie zera mają złącza bę dące na granicy samohamowności. Złącza stoż kowe o wspó łczyn-
niku 

ζ

s

  bliskim jedności (

θ 

 0) obok momentu skrę cającego mogą ró wnież  przenosić 

obciąż enia  wzdłuż ne  w  obu  kierunkach.  Mają  wię c  właściwości  zbliż one  do  właściwości 
wciskowych połączeń walcowych. 

 
Połączenia  stoż kowe  bezpośrednie  o  małych  zbież nościach  wymagają  przy  rozłączaniu 

znacznych  sił.  Problem  ten  upraszcza  się   w  przypadku  rozłączania  hydrostatycznego, 
polegającego  na  doprowadzeniu  mię dzy  czop  a  tuleję   cieczy  pod  odpowiednio  wysokim 
ciśnieniem.  Przykładem  takiego  połączenia  jest  połączenie  śruba  napę dowa  –  wał śrubowy, 
połączenia sekcji wałó w napę dowych, sprzę gła z odcinkami wału.  

Wywierconym  wewnątrz  czopa  otworkiem  i  połączonymi  z  nim  dworkami 

promieniowymi  wtłaczana  jest  na  powierzchnię   połączenia  ciecz  hydrauliczna  (np.  olej 
maszynowy).  Ciecz  ta  moż e  być  dodatkowo  rozprowadzona  wykonanymi  na  powierzchni 
czopa  rowkami  wzdłuż nymi  lub śrubowymi  o  duż ym  skoku.  Pod wpływem ciśnienia cieczy 
piasta się  odkształca, co powoduje zanikanie sił tarcia, dzię ki czemu pierścień łatwo się  zsuwa 
z czopa. 
 

No

ś noś ć  wciskowego połą czenia stoż kowego. 

 

Podstawową wielkością decydującą o nośności połączenia stoż kowego bezpośredniego jest 

nacisk powierzchniowy p, któ ry określimy rozkładając ró wnomiernie siłę  promieniową S na 
całą powierzchnię  połączenia: 

l

d

S

p

s

π

=

 

gdzie d

s

 = (d

1

+d

2

)/2 jest średnią średnicą złącza. Moż na zapisać: 

)

(

1

ρ

θ

π

+

=

ltg

d

P

p

s

w

 

Powyż szy  wzó r  przedstawia  wiązek  mię dzy  wartością  nacisku  powierzchniowego  p  a 
wartością siły P

w1

 niezbę dnej do jego wywołania. Określając z kolei nacisk powierzchniowy 

wymagany  ze  wzglę du  na  nośność  połączenia,  moż na  wyznaczyć  siłę   P

w1

  potrzebną  do 

wtłoczenia. 

Obciąż enie połączenia momentem skrę cającym M

s

, Podobnie jak dla połączeń wciskowych 

walcowych,  wymaganą  do  przeniesienia  momentu  M

s

  wartość  nacisku  powierzchniowego  p 

określimy z warunku: 

l

d

kM

p

s

s

2

2

µπ

 

gdzie  k  jest  wspó łczynnikiem  nadwyż ki  nośności,  uwzglę dniającym  przeciąż enia  i  zmiany 
wspó łczynnika tarcia. Zwykle k = 1,3— 1,5. 

background image

Technologia Remontó w Urządzeń Okrę towych – III ESO 

 

Opracował: Tomasz Burnos                                WSM – INPT - ZDiRMiUO 

Wprowadzając do zależ ności wartość P

w1

 trzymujemy wzó r umoż liwiający obliczenie siły 

P

w1

, z jaką należ y wciskać tuleję  na czop dla uzyskania wymaganej nośności połączenia. Po 

dokonaniu odpowiednich przekształceń otrzymamy: 

s

S

w

d

tg

kM

P

µ

ρ

θ

)

(

2

1

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

Technologia Remontó w Urządzeń Okrę towych – III ESO 

 

Opracował: Tomasz Burnos                                WSM – INPT - ZDiRMiUO 

Cz

ę ś ć  praktyczna ć wiczenia 

 

Pomiar sto

ż ka zewnę trznego za pomocą  wałeczków 

 

1.  Pomiar wysokości stoż ka H za pomocą płytek wzorcowych, jak na rysunku: 
 

 

2.  Pomiar stoż ka zewnę trznego, jak na rysunku: 
 

 

Przy uż yciu dwó ch wałeczkó w o ściśle jednakowej średnicy d

w

, mierzy się  wielkości M

1

 

oraz M

2

 za pomocą mikrometru. 

 
3.  Obliczenie wymiaró w stoż ka. 
 

zbież ność stoż ka: 

h

M

M

1

2

=

 

background image

Technologia Remontó w Urządzeń Okrę towych – III ESO 

 

Opracował: Tomasz Burnos                                WSM – INPT - ZDiRMiUO 

kąt stoż ka: 

h

M

M

tg

2

2

1

2

=

=

θ

 

średnica mniejszej podstawy stoż ka: 

2

1

2

1

θ

tg

d

M

d

w

=

 

średnica wię kszej podstawy stoż ka: 

θ

θ

θ

tg

h

H

tg

d

M

D

tg

h

H

d

D

w

)

(

2

2

1

2

)

(

2

2

+

=

+

=

 

4.  Błąd pomiaru 
 

Obliczany ze wzoru: 

)

)(

(

2

1

3

1

2

2

1

1

2

h

f

M

M

f

f

M

M

h

tg

+

+

+

±

=

θ

δ

 

gdzie  f

1

, f

2

, f

3  

są błę dami wielkości M

2

, M

1

, h

 
 
 

Pomiar sto

ż ka za pomocą  liniału sinusowego 

 

Liniał sinusowy składa się  z liniału opartego na dwó ch o jednakowej średnicy wałkach, 

któ rych osie są ró wnolegle do siebie i leż ą w płaszczyźnie ró wnoległej do gó rnej płaszczyzny 
liniału. Odległość l mię dzy osiami wilkó w wynosi 100 lub 200 mm.  

 

 

background image

Technologia Remontó w Urządzeń Okrę towych – III ESO 

 

Opracował: Tomasz Burnos                                WSM – INPT - ZDiRMiUO 

Jeż eli dobierze się  wysokość h stosu płytek wzorcowych tak, aby gó rna tworząca mierzonego 
przedmiotu  była  ró wnoległa  płaszczyzny  płyty  pomiarowej  (co  sprawdza  się   za  pomocą 
czujnika), to kąt 2

θ - stoż ka, oblicza się ze wzoru: 

l

h

=

θ

2

sin

 

Jeż eli wskazania czujnika, za pomocą któ rego sprawdza się  ró wnoległość tworzącej stoż ka do 
płaszczyzny  płyty  pomiarowej,  nie  są  jednakowe  w  obydwó ch  skrajnych  punktach 
przedmiotu  mierzonego,  to  do  obliczonego  kąta  2

θ  należ y  dodać  algebraicznie  poprawkę, 

któ rą oblicza się  ze wzoru: 

3438

1

1

2

2

l

O

O

=

θ

δ

 

gdzie:  (O

–  O

1

)  –  ró ż nica  wskazań  czujnika  w  mm,  l

1

  –  odległość  w  milimetrach  mię dzy 

punktami pomiarowymi. 

 

Znak  poprawki 

δ

  zależ y  od  znaku  ró ż nicy  wskazań  O

–  O

1

,  jeż eli  O

–  O

1

>0  to

 

δ

<0

 

odwrotnie.  

Zbież ność stoż ka oblicza się  ze wzoru: 

θ

tg

2

=

 

 

background image

Technologia Remontó w Urządzeń Okrę towych – III ESO 

 

Opracował: Tomasz Burnos                                WSM – INPT - ZDiRMiUO 

Pomiar sto

ż ka wewnę trznego za pomocą  liniału sinusowego 

 

background image

Technologia Remontó w Urządzeń Okrę towych – III ESO 

 

Opracował: Tomasz Burnos                                WSM – INPT - ZDiRMiUO 

10 

Pomiar sto

ż ka wewnę trznego za pomocą  kulek 

 
W  pierwszej  kolejności  należ y  zmierzyć  mikrometrem  średnice  kulek  d

1

  oraz  d

2

.  Nastę pnie 

przy  pomocy  głę bokościomierza  mikrometrycznego  należ y  zmierzyć  odległości  kulek  od 
płaszczyzny wię kszej podstawy otworu stoż kowego, h i h

1

. Oznaczenia jak na rysunku: 

 

 

Nastę pnie na podstawie wzoru i tablic trygonometrycznych oblicza się  połowę  kąta 
wierzchołkowego: 

)

(

)

(

2

sin

1

2

1

1

2

d

d

h

h

d

d

=

θ

 

Średnice stoż ka w płaszczyznach przechodzących przez środki kulek: 

θ

θ

cos

cos

2

1

d

D

d

d

a

a

=

=

 

Średnicę  wię kszej podstawy oblicza się  ze wzoru: 

θ

θ

tg

d

h

d

D

tg

d

h

D

D

a

a

)

2

(

2

)

2

(

2

2

1

2

+

+

=

+

+

=

 

Średnicę  mniejszej podstawy oblicza się  ze wzoru: 

θ

θ

Htg

D

d

tg

d

h

H

d

d

a

2

)

2

(

2

1

1

=

=

 

Błąd pomiaru kąta wierzchołkowego oblicza się  korzystając ze wzoru: 

background image

Technologia Remontó w Urządzeń Okrę towych – III ESO 

 

Opracował: Tomasz Burnos                                WSM – INPT - ZDiRMiUO 

11 





+

+

±

=

)

(

2

1

)

(

)

(

2

1

)

(

2

1

)

(

)

(

2

1

1

2

1

2

1

1

2

1

1

2

1

1

2

sin

d

d

h

h

f

f

d

d

f

d

d

h

h

d

d

θ

δ

 

gdzie f

1 

f

2

 są błę dami pomiaru 

)

(

2

1

1

2

d

d

 i 

)

(

1

h

h