5.2 Połączenia kształtowe

Transkrypt

1 ostawy konstrukcji maszyn rojektowanie 5. ołączenia kształtowe 5... ołączenia wustowe b m h 0 w A b B b h h 0 E b F b h h Dc Rys. 5.. arametry eometryczne ołączenia wustoweo; A, B, E, F - rozaje wustów ryzmatycznych Dłuość obiczeniowa wustu: 0 4 Ms (5.0) k z w zie: M s moment rzenoszony rzez wust, w - łębokość rowka o wust w wae (można rzyjąć w h/), z - iość wustów rzenoszących obciążenie z,, (3), k - narężenie ouszczane na ocisk owierzchniowy w tab Tab Narężenia ouszczane na ocisk owierzchniowy a ołączeń wustowych k [Ma]. Materiały ołączenia Wust iasta Soczynkowe Ruchowe St6, St7 Żeiwo szare St6, St7 Sta, staiwo St7 Sta (utwarzona) (0 00)* * Wszystkie owierzchnie utwarzone > 45 HRc Dłuość całkowita (kataoowa) wustu ryzmatyczneo tyu A ub E: 0 + b (5.) Dłuości normane wustów: 6 co mm, 5 40 co 4 mm, 45, 50, 56, 63, 70 0 co 0 mm, 5, 40 0 co 0 mm, 50, co 40 mm, 450, 500. w tabicy 5.6. Stosowane asowania w ołączeniu wustowym rzestawiono w tabicy 5.5. Wzory ozwaające na okreśenie minimanych rubości iast w rysunku 5. ujęto 68

2 5.0. ołączenia Tab asowania w ołączeniu wustowym. Rozaj ołączenia asowania w czoie asowania w iaście Soczynkowe N9/h8, 9/h8 Js9/h8, 9/h8 Ruchowe bez obciążenia H9/h8 D0/h8 START 0 b, h, t, max N-70/M t max b, h, t N-70/M wz. (5.0) wz. (5.) z, k, M s (,5,0) 0 b, h, t 0 + t STO b, h, t max N-70/M wz. (5.0) wz. (5.) N-70/M z, k, M s b szerokość wustu, 0 obiczona śrenica wału, zwiększona śrenica wału, max órna wartość rzeziału śrenic w N-70/M-85005, D śrenica iasty, rubość iasty, h wysokość wustu, k owierzchniowe naciski ouszczane, całkowita łuość wustu, 0 obiczeniowa łuość wustu, t łębokość rowka o wust w iaście, z iość wustów na obwozie czoa. wz. (5.) Obiczenia ołączeń wyustowych D + STO Rys Aorytm obiczeniowy wustów tyu A, E 69

3 ostawy konstrukcji maszyn rojektowanie Tab Grubość iasty. ołączenie iasta żeiwna iasta staowa ub staiwna (czo St5) c c c c Wustowe, kinowe wzłużne 3,87 4,5 3,3 3,87 3,0 3,87,37 3,3 Wciskane, stożkowe cierne 4,5 6,46 4,5 6,46 3,87 5,60 3,87 5,60 Wyustowe 3,0 3,7,59 3,3,59 3,45,5 3,0 c 3 M [ Nm] [mm] m s c' 3 M [ Nm] [mm] s (5.) a) b) 5... ołączenia wyustowe c) D D D Rys Rozaje ołączeń wyustowych, a) wieowyustowe równoełe N/M-8505,...o obrabiarek N/M-8506, b) wieowyustowe ewowentowe N/M-8504, c) wieokarbowe N/M Dłuość czynna ołączenia: 0 6 Ms (5.3) 3 ( D ) k z zie: M s moment rzenoszony rzez ołączenie, 0 - łuość obiczeniowa ołączenia wyustoweo, śrenica stó wyustów, D śrenica wierzchołkowa wyustów, z - iość wyustów na obwozie w N, k - ouszczane naciski owierzchniowe w tab START k ; tab D, z 0 ; wz. (5.3) Warunki racy, char. obciążenia N-63/M-8505, N-63/M-8506 M s śrenica stó wieowyustu, 0 obiczona śrenica wału, D śrenica wierzchołków wieowyustu, k owierzchniowe naciski ouszczane, 0 obiczeniowa łuość wieowyustu, M s moment skręcający, z iość wyustów na obwozie czoa. STO Rys Aorytm obiczeniowy wieowyustów 70

4 5.0. ołączenia Tabica 5.7. Douszczane naciski owierzchniowe a ołączeń wyustowych k [Ma]. Rozaj ołączenia Warunki racy Czo nie utwarzony Czo utwarzony Soczynkowe I II III Ruchowe bez obciążenia Ruchowe o obciążeniem I II III I II III I - obciążenia uerzeniowe o zmiennych kierunkach, złe smarowanie, materiały o niskiej wytrzymałości, uża chroowatość owierzchni, niska okłaność wykonania, II - obciążenia zmienne, rzeciętne smarowanie, materiały o śreniej wytrzymałości, śrenia chroowatość owierzchni i okłaność wykonania, III - obciążenia jenokierunkowe, obre smarowanie, materiały o użej wytrzymałości, obra łakość owierzchni i okłaność wykonania. Zaecenia konstrukcyjne: ołączenia kołkowe orzeczne (0, 0,3) D c, D D c - a iasty staowej, D,5 D c - a iasty żeiwnej. ostawowe warunki wytrzymałościowe (w rys. 5.7a): 6 Ms k - a czoa c Dc Ms τs k s - a czoa 3 0, D c 0,9 Dc Ms k - a iasty ( Dc + ) Ms τs k t - a kołka π Dc (5.6) zie:, D, śrenica kołka, śrenica iasty i rubość iasty w rysunku 5.7, k c, k owierzchniowe narężenia ouszczane materiałów czoa i iasty (tab. 5.8), k s ouszczane narężenia skręcające materiału czoa, k t ouszczane narężenia ścinające materiału kołka. Otwór o kołek wykonuje się z reuły w montażu, stą wynika, że materiał czoa musi być miękki (oatny na: wiercenie, rozwiercanie), ołączenia kołkowe ołużne Zaecenia konstrukcyjne: (0,3 0,6) D c ; 0 (,5) D c

5 ostawy konstrukcji maszyn rojektowanie START M s, k c, k, k s, k t D c 3 6 Ms k ( 0, 0,3) c D c > D c β 0,5 (α ) α iasta staowa α,5 iasta żeiwna D c4 3 π M s ( 0, 0,3) k t τ s ; wz. 5.6 II τ s k s D c3 β M s ( β + ) k D c0 max(d c, D c, D c3, D c4 ) D c0 D c D c D c0 D c > D c Mat czoa: k c ; wz. 5.6 I D c > D c Mat czoa: k s ; wz. 5.6 II Mat iasty: k s ; wz. 5.6 III śrenica kołka, D c założona śrenica czoa, D c...4 obiczona śrenica czoa, D śrenica iasty, rubość iasty, h wysokość wustu, k c, k owierzchniowe naciski ouszczane czoa i iasty, k c, k owierzchniowe naciski ouszczane czoa i iasty a zmienionych materiałów, k s narężenia ouszczane na skręcanie a materiału czoa, k s narężenia ouszczane na skręcanie a zmienioneo materiału czoa, k t narężenia ouszczane na ścinanie materiału kołka, M s moment skręcający, τ s narężenia ścinające w kołku. (0, 0,3) D c D α D c STO N-66/M-850 Rys Aorytm obiczeniowy ołączeń kołkowych czoowych orzecznych 7

6 5.0. ołączenia a) b) 0 Dc D max Dc D Rys ołączenia czoowe kołkowe; a) orzeczne, b) ołużne Dłuość czynna kołka wzłużneo z warunku na naciski owierzchniowe (w oznaczeń na rys. 5.7b): 4 M zie: M s moment skręcający, z iość kołków na obwozie. Zamiast kołków stosuje się wkręty bez łba, zięki temu uzyskuje się ołączenie rozłączne. s 0 (5.7) z k Dc Otwór o kołek wykonuje się z reuły w montażu, stą wynika że: materiał czoa musi być miękki (oatny na: wiercenie, rozwiercanie), iość kołków na obwozie nie jest oraniczona. Tab Narężenia ouszczane rzyjmowane w ołączeniach kołkowych i sworzniowych, [Ma]. Narężenia Materiały St3S St5 St6 St7 Staiwa Żeiwa Naciski ow. k ,5 67,5 soczynkowe k j k o ,5 3,5 k 8,5 05 7, Zinanie k j k o 38, , k t Ścinanie k tj k to Da kołków karbowych wartości k mnożyć rzez 0,7. Naciski ow. Sta hartow. Sta hartow. Sta Sta ruchowe o + sta hart. + brąz, siż + brąz, siż żeiwo szare obciążeniem ołączenia sworzniowe ołączenie sworzniowe tworzy tzw. rzeub wacowy umożiwiając orócz rzenoszenia siły ruch obrotowy łącznika wokół osi sworznia w ranicach kąta mniejszeo o ełneo. 73

7 ostawy konstrukcji maszyn rojektowanie STO START (0,3 0,6) D c 0 ; wz (,5) D c 0 0 z D c, N-66/M-850 k, M s z śrenica kołka, D c założona śrenica czoa, k owierzchniowe naciski ouszczane, 0 obiczeniowa łuość kołka, M s moment skręcający, z iość kołków na obwozie czoa. STO Rys Aorytm obiczeniowy ołączeń kołkowych czoowych ołużnych Sworzeń utwierzony wuunktowo Stosuje się jako uźny (sworzeń jest zinany i ścinany) ub asowany (sworzeń ścinany). Obejma h Łącznik B a) b) B B Rys ołączenia sworzniowe; a) sworzeń mocowany wuunktowo, b) sworzeń mocowany ostawowe warunki wytrzymałościowe a sworznia uźneo (w rys. 5.9a): τt k t π k r k (B ) r r 8 3 π (B ( + ) k k ) r zr + 3 τ t, k (5.8) Sworzeń asowany - asowanie rzyowe H8/h7: 74

8 5.0. ołączenia τt k t π r k (B ) r r k (B k ) Sworzeń mocowany jenostronnie ostawowe warunki wytrzymałościowe (w rys. 5.9b): r k (5.8b) START 6 h + 4 k 3 h zr 3 k π k ( ) max h k 3 h k 3 π 6 h + 4, k ( B ), h,, k B szerokość osazenia, śrenica sworznia,, śrenice obiczen. sworznia, rubość osazenia sworznia, h łuość sworznia, k owierzchniowe naciski ouszczane, k narężenia ouszczane na zinanie, siła obciążająca, z iość kołków na obwozie czoa. (5.9) 6 h + 4 B +, k Rys Aorytm obiczeniowy ołączenia ze sworzniem mocowanym jenostronnie STO iśmiennictwo [] Dietrich M. i inni: ostawy Konstrukcji Maszyn, t., WN, Warszawa 988, [] N/M-800, Zaweczki, KNMiJ, [3] N/M-8004, okłaki o sworzni, KNMiJ. [4] N/M-8300, Sworznie bez łba, KNMiJ, 75

9 ostawy konstrukcji maszyn rojektowanie [5] N/M-8300, Sworznie z małym łbem wacowym, KNMiJ, [6] N/M-83005, Sworznie z użym łbem wacowym, KNMiJ, [7] N/M-83007, Sworznie z czoem wintowym, KNMiJ, STAR Leszy mat. k t ; wz. 0,5 τ t ; wz. τ t k t k, k, N-/M-8300,..03, Sworzeń uź ; wz. B szerokość łącznika, B szerokość obejmy, śrenica sworznia, k nar. o. na naciski owierzchn. łącznika, k nar. o. na naciski owierzchn. obejmy, k nar. o. na zi- Leszy mat. k ; wz. zr ; wz. k Leszy mat. k ; wz. Zmienić mat. obej- zr B B k r STO k ; wz. + k r Inny mat. obej- + k r nar. o. na rozciąanie obejmy, k t nar. o. na ścinanie sworznia, rubość łącznika, rubość obejmy, obciążenie ołączenia, narężenia zinające sworznia, Rys. 5.. Aorytm obiczeniowy ołączenia ze sworzniem mocowanym wuunktowo 76

10 5.0. ołączenia [8] N/M-83009, Sworznie noskowe, KNMiJ, [9] N/M-8509, Kołki stożkowe z wintem wewnętrznym, KNMiJ, [0] N/M-8500, Kołki stożkowe, zwykłe <:50, KNMiJ, [] N/M-850, Kołki wacowe, KNMiJ, [] N/M-850, Kołki stożkowe z czoem wintowanym, KNMiJ, [3] N/M-8504, Kołki z karbami na całej łuości, KNMiJ, [4] N/M-8505, Kołki z karbami zbieżnymi, KNMiJ, [5] N/M-8506, Kołki z karbami o ołowy łuości i na części śrokowej, KNMiJ. 77

11 ostawy konstrukcji maszyn rojektowanie 5.3 ołączenia wciskowe oział ołączeń wciskowych.. Wacowe: ołączenia wtłaczane - w których ołączenie owstaje na skutek mechaniczneo wciśnięcia czoa w iastę, ołączenia skurczowe - owstałe na w wyniku orzania iasty o temeratury umożiwiającej swobone nasazenie czoa, ołączenia rozrężne - owstałe w wyniku takieo oziębienia czoa, aby można było swobonie nasazić nań iastę.. Stożkowe: ołączenia stożkowe bezośrenie - owstałe na skutek wzajemneo zaciśnięcia owierzchni stożkowych łączonych eementów konstrukcyjnych, ołączenia ośrenie: wewnętrzne - ołączenie owierzchni wacowych za omocą łączników wewnętrznych, ociskowe - ołączenie owierzchni wacowych za omocą łączników zewnętrznych ołączenia wacowe Obciążaność złącza wacoweo rzyaek obciążenia momentem skręcającym M s ub siłą osiową. Warunki obciążaności: T µ A π µ π M s µ (5.30) zie:, M s - siła obwoowa ub osiowa oraz moment skręcający obciążający złącze, T - siła tarcia, - śreni nacisk na owierzchnie czynne złącza, A - owierzchnia czynna złącza, µ - wsółczynnik tarcia soczynkoweo, - łuość czynna złącza, - śrenica nominana. w z w w z Rys. 5.. arametry eometryczne ołączeń wciskowych Najmniejszy wymaany nacisk jenostkowy: wym M s π µ π µ (5.3) rzyaek obciążenia momentem nącym M Z warunku, aby najmniejszy nacisk jenostkowy był niezerowy ( min 0,5 wym ), na- 78

12 5.0. ołączenia tomiast największy nie owinien rzekroczyć max 0,75 wym, wynika rzy założeniu jeo śreniej wartości śr 0,6 wym warunek obciążaności: Narężenia w eementach łączonych M, (5.3) 0 Narężenia wyznaczono z zaania Lameo rzy nastęujących założeniach: czo i tueja mają kształt waca, równomierny rozkła nacisków na owierzchniach styku, okształcenia srężyste eementów łączonych, wukierunkowy stan narężeń w rzekroju orzecznym (narężenia osiowe 0). Materiały eementów Tab Wartości wsółczynników tarcia. Rozaj złącza Wtłaczane Skurczowe i rozrężne Zastosowanie Wtłaczanie, µ Rozłączanie, µ r niowe, µ nie, µ r niowe, Obicze- Rozłącza- Obicze- smaru w µ Sta + sta, staiwo O. masz 0,06 0, 0,08 0,0 0, Sta + sta, staiwo Na sucho ,35 0,40 0,4 Sta + żeiwo Na sucho 0,06 0,4 0,09 0,7 0,08 0,3 0,8 0,08 Sta + st. miezi Na sucho 0,05 0,0 0,04 0,0 0,05 0,7 0,5 0,06 Sta + st. ekkie Na sucho 0,0 0,08 0,03 0,09 0,04 0,0 0,5 0,05 Sta + tw. sztucz. Na sucho 0,54 0,33 0, Zasaa Lameo: T + R constans Narężenia w rysunku 5.3: - na owierzchniach styku x + ; x w x ; x z + x w z - na owierzchniach swobonych: x (5.33) Wytrzymałość eementów łączonych ' x x x ' (5.34) Wsółczynnik obciążaności a materiałów ciąiwych (o ranicy astyczności) i wytrzymałość a materiałów kruchych ujęto w tabicy 5.0. Da żeiwa: R R m mc 0,5 (5.35) 79

13 ostawy konstrukcji maszyn rojektowanie a) b) R R R R T T T ' ' ' T Rys Narężenia w rzekroju orzecznym; a) w ołączeniu z czoem rążonym, b) w ołączeniu z czoem ełnym; R -narężenia romieniowe, T - narężenia styczne,, - narężenia na owierzchniach styku,, - narężenia na owierzchniach swobonych Tab Wytrzymałość materiałów eementów łączonych. Materiał - ciąiwy: max R e - kruchy: o k r, c Czo ełny rążony 0, 58 ( x ) 0,5 ( x ) Orawa 0, 58 ( x ) + x x R + R m mc Okształcenia wzęne eementów łączonych w ε 000 ε + ε 000 ε ν E ( ) 000 ε + ν E ( ) [ ] (5.36) - oatność złącza: ε ν + ν E E [ ] (5.37) Tab. 5.. Wsółczynnik rozszerzaności cienej α, mouł Youna E, wsółczynnik oissona ν. 80

14 5.0. ołączenia Materiał rzy orzewaniu α + x 0-6 e - rzy oziębianiu E x 0 3 α x 0-6 e - Ma Sta, staiwo -8, ,3 Żeiwo 0-8, ,5 Stoy miezi 7 8-8,0-9, ,35 Stoy ekkie 3 6-8,0 -, ,35 Tw. sztuczne okształcenia wzęne na owierzchniach swobonych: ν ε' ε ' ε' min min ε' min min max max max max ε' 000 ε ' 000 x E x E oatność złącza o zmiennej rubości (5.38) - na łuości złącza (rys. 5.6a): - na obwozie (rys. 5.6b): a) b) n i i ε i εi i εi ε i εi + i i i m ε ε i i i i i i (5.39) (5.40) i Rys Rysunek o okreśania oatności złączy o zmiennej rubości; a) na łuości, b) na obwozie. orawki wcisku wzęneo - wcisk zmierzony: W z w (5.4) - wcisk montażowy w ( ε ε ) + (5.4) - orawka okształcenia ze wz. na wyłazenie chroowatości rzy montażu:, ( R R ) δ εr z + z [ ] a R z 6,3 µm (R a,5 µm) (5.43) Da łaszych ar owierzchni ub użych wartości i ε - orawkę można ominąć. ominąć także a ołączeń skurczowych i rozrężnych. - orawka ze wz. na okształcenia ciene: 8

15 ostawy konstrukcji maszyn rojektowanie [ ( t t ) ( t t )] δ εt α m α m 000 [ ] (5.44) zie: t m - temeratura montażu, t, t - temeratura czoa i orawy oczas racy (a metai t t ), α, α - wsółczynnik rozszerzaności cienej. - orawka ze wz. na obciążenia zewnętrzne: δ εz - orawka sumaryczna wcisku wzęneo: - ujemna δ ε δ εr + δ εt + δ εz < 0 (5.45) - oatnia δ ε+ δ εt δ εz > 0 (5.46) - okształcenie o uwzęnieniu orawek: - a δ εz + δ εz zmniejszających wcisk ε min ε wym + δ ε (5.47) - a δ εz + δ εz zwiększających wcisk ε max ε o δ ε + (5.48) Wybór asowania - z warunku obciążaności złącza: ( wym ) ei ES w ε ε + δ ε (5.49) min min - z warunku wytrzymałości słabszeo eementu: ( o + ) es EI w ε ε δ ε (5.50) max max es ei ES EI 0 a) w min max w w max w min b) es 0 ei ES EI Rys ołożenia ó toerancji śrenic; a) w zasay stałeo otworu, b) w zasay stałeo wałka. Siła otrzebna o wtłoczenia i rozłączenia złącza - siła niezbęna o wtłoczenia na rasie: w,min min A µ w,min min A µ ei ES es EI ITw + ITo min max max min + (5.5) ε ε ε - siła rozłączania: (,, 5 ) (5.5) Temeratura orzania ub schłozenia złącza w montażu - ołączenie skurczowe (tem. orzania orawy): r w 8

16 5.0. ołączenia t ε max + δ 000 α zie: δ εm,5 [ ] - wymaane ze wzęu na uz montażowy. - ołączenie rozrężne (temeratura schłozenia czoa): ε max + δ εm t t m 000 α ITw + IT ε o ε + max min εm + + t ołączenia stożkowe bezośrenie m (5.53) (5.54) R t( α+ρ ) sr M s α R α+ρ Rys ołączenie stożkowe bezośrenie h - wcisk: w tα h (5.55) zie: tα - zbieżność stożka a ołączeń: - łatwo rozłączanych: :5, :6, :0, - nacisk owierzchniowy: - truno rozłączanych: :0, :30, :50. M śr π h µ s (5.56) - nacisk romieniowy: R π h µ (5.57) - siła otrzebna o wtłoczenia: R t( ) zie: ρ arct µ - kąt tarcia. - siła otrzebna o rozłączenia: R t( ) śr w α + ρ (5.58) r ρ α (5.59) iśmiennictwo [] Dietrich M. i inni: ostawy Konstrukcji Maszyn, t., WN, Warszawa 988, [] N-77/M-00: Toerancje i asowania. Ukła toerancji wałków i otw..., KNMiJ, [3] N-83/M-0: Stożki i złącza stożkowe. Ukła toerancji stożków, KNMiJ. 83

17 ostawy konstrukcji maszyn rojektowanie START x, x (5.33) w, z, w, z wym, o (5.9, tab. 5.0) ε wym, ε o (5.37) ε wym, ε o (5.38) δ εr (5.43) δ εt (5.44) δ εz δ ε-, δ ε+ (5.45, 5.46) ε min, ε max (5.47, 5.48) w min, w max (5.49, 5.50) Dobór asowań R e, R e, R m, R m,, M,, µ ν, ν, Ε, Ε R z, R z, R z >6,3 µm α, α, t, t, t m z, M z N-77/M-00 Ineksy: - czo, - orawa, wym - wartość wymaana, o - wartość ouszczana, arametry: x - wsółczynnik kształtu, w, z - śrenice w rys. 5.4, - nacisk owierzchniowy, R e, R m - ranice wytrzymałościowe,, M - nośność złącza, - łuość złącza, µ - wsółczynnik tarcia, ε - okształcenie wzęne, δ εr - oraw. na chroowatość, R z - chroowatość, δ εt - orawka na temeraturę, t - temeratura racy, - temeratura montażu, t m δ εz - or. na obciąż. zewnętrz. z, M z - obc. zewnętrzne złącza, δ ε-, δ ε+ - orawki sumaryczne, ε min, ε max - wz. okszt. raniczne, w min, w max - wciski raniczne, w - siła wtłaczania złącza, r - siła rozłączania złącza, ( ) - numery wzorów, w, r (5.5, 5.5) STO Rys Aorytm obiczeń ołączeń wtłaczanych, wacowych 84