Połączenia wpustowe
Połącznia wpustowe służą do łączenia części osadzonych na wale i wykonujących obrót razem z wałem. Sprzęgnięcie wału z częścią na nim osadzoną (np. koło zębate, koło pasowe) jest realizowane dzięki zastosowaniu łącznika zwanego wpustem. Wpust jest osadzony w rowku wykonanym w wale i w rowku znajdującym się w części osadzonej, np. w piaście koła zębatego.
Połączenie wpustowe ma za zadanie przenieść moment obrotowy z wału na część osadzoną lub odwrotnie, z części osadzonej na wał. Połączenie wpustowe może być stosowane w celu zabezpieczenia przed względnym obrotem wału i części osadzonej. Moment obrotowy wału wytwarza siłę o wartości F działającą na powierzchnię boczną wpustu, natomiast wpust siłą o wartości F oddziałuje na powierzchnię rowka w piaście, tak że powstaje moment obracający piastę.
Połącznie wpustowe nie zapewnia współosiowości wału i piasty. Zalicza się je do połączeń rozłącznych kształtowych
Z reguły połączenie wpustowe są połączeniami spoczynkowymi (wałek i piasta nie wykonują ruchu względem siebie), lecz w pewnych przypadkach istnieje możliwość pracy jako połączenie ruchowe (połączenie umożliwiające ruch względem wałka i piasty wzdłuż osi wału) Do połączeń spoczynkowych stosuje się ciasne pasowanie wpustu, a do połączeń ruchowych –pasowanie ruchowe. Pomiędzy dnem rowka w piaście a powierzchnią wpustu powinna być zachowana pewna odległość.
Ponieważ wpust nie wywiera nacisku na powierzchnie promieniowe piasty koła i wału to nie może służyć do centrowania tych dwóch elementów.
W przypadku połączeń spoczynkowych na powierzchniach bocznych stosuje się pasowanie h6/P9 dla piasty koła i wału.
W przypadku połączeń ruchowych na powierzchniach bocznych stosuje się pasowanie h6/D10 dla piasty koła i h6/H9 dla wału
Kształty i wymiary wpustów oraz wymiary rowków wpustowych wykonanych w wałku oraz w piaście są znormalizowane i określone w odpowiednich normach. Wymiary poprzeczne wpustów są dobierane do zakresu średnic wałków, natomiast długość jest obliczana z warunku wytrzymałości połączenia na nacisk powierzchniowy.
Wpusty możemy podzielić
a) pryzmatyczne zaokrąglone b) pryzmatyczne ścięte c)czółenkowe d)czopkowe
Wpusty pryzmatyczne, dokładne wymagania dot. tychże wpustów są określone w normie PN-70/M-85005 lub DIN 6885A dla wpustów pryzmatycznych zaokrąglonych i DIN 6885B dla wpustów pryzmatycznych prostych. Wpusty czółenkowe określa norma DIN 6888
Odmiany wpustów pryzmatycznych i ich oznaczenia obrazują poniższe rysunki
W praktyce warsztatowej najczęściej są spotykane odmiany pełne zaokrąglone oraz ścięte. W przypadku wpustów otworowych (jedno lub dwu otworowych) o szerokości większej niż 8mm , są one przykręcane do wału za pomocą wkrętów. Są one często wykorzystywane w połączeniach ruchowych. Niemniej jednak z uwagi na występujące otwory wytrzymałość mechaniczna takich wpustów jest w znacznym stopniu zmniejszona. Wpusty wyciskowe, jak sama nazwa sugeruje są stosunkowo łatwe do ich wyjmowania z rowków (w przypadku występowania pasowania ciasnego wpustu) dzięki wkręceniu wkrętów w dodatkowe otwory występujące w wpuście.
Wpusty czółenkowe z reguły mają kształt odcinka kołowego- umożliwia to połączenie wału z piastą w przypadku zarówno połączeń walcowych, ale i stożkowych. Wpusty tego typu są na ogół stosowane w połączniach , w których średnica wału nie przekracza 40mm. Ze względu na swoją
budowę wpusty te w znacznym stopniu zmniejszają właściwości wytrzymałościowe wałków i dlatego mogą być stosowane głównie do połączeń obciążonych niewielkim momentem obrotowym.
Przykłady połączeń wpustowych z wpustem czółenkowym:
Wpust czółenkowy ścięty-jego wysokość stanowi 80% wysokości wpustu normalnego
Wpusty czopkowe –mają zastosowanie, gdy istnieje potrzeba połączenia wpustu z piastą- najczęściej w połączeniach ruchomych. Swoim kształtem są zbliżone do wpustów pryzmatycznych typu B, aczkolwiek pośrodku lub na końcu jest wypust (najczęściej o kształcie walca), dzięki któremu jest możliwe nieruchomienie go względem piast. Wypusty czopkowe są jednak niezbyt często stosowane z uwagi na konieczność wykonania otworu w piaście i rowka przelotowego (przynajmniej jednostronnie) w wałku
Oznaczenia wpustów
Parametry wpustów określa się poprzez podanie oznaczenia wpustu. Według polskiej normy w skład oznaczenia wchodzi
-nazwa typu wpustu
-podstawowe wymiary geometryczne -numer normy określającej wpust
Dla przykładu:
Oznaczenie na rysunku Wpust pryzmatyczny C 18x11x70 PN-70/M-85005 będzie oznaczał:
Wpust pryzmatyczny typu C o szerokości b=18mm wysokości h=11mm i długości l=70mm zgodnie z normą PN-70/M-85005
Możemy spotkać się również z zapisem DIN6885-A-12x8x56 co będzie oznaczało wpust pryzmatyczny typu A, gdzie b=12mm, h=8mm i l=56mm
Wpust czółenkowy S 5x9 PN-88/M-85008 będzie oznaczał Wpust czółenkowy ścięty o szerokości b=5mm, i wysokości h=9mm
Inne oznaczenie Wpust czółenkowy DIN 6888-6x9 co oznacza wpust czółenkowy, gdzie b=6mm i h=9mm
Połączenia wielowypustowe i wieloboczne
Połączenia wielowypustowe są połączeniami kształtowymi bezpośrednimi. Sprzęgnięcie elementów łączonych następuje dzięki występom (wypustom) wykonanym na czopie wałka współpracującym z rowkami wykonanymi na powierzchni wewnętrznej piasty.
Ze względu na korzystne cechy połączenia wielowypustowe są powszechnie stosowanymi połączeniami umożliwiającymi przekazywanie (przenoszenie) momentu obrotowego z wału na piastę koła. Do zalet połączenia wielowypustowego należą.
-przenoszenie nierównomiernych i udarowych momentów obrotowych -dobre osiowanie (centrowanie) wałka i piasty
-minimalne osłabienie wytrzymałościowe wałka
-przenoszenie obciążeń o większych wartościach niż w przypadku połączeń wpustowych -zwarta konstrukcja połączenia
Wypusty na czopie wałka oraz rowki w piaście muszą być wykonane z dużą dokładnością kształtu, równoległości powierzchni bocznych wypustów i rowków oraz podziałki wypustów i rowków.
W zależności od zarysu wypustów i rowków występujących w połączeniu wielowypustowym wyróżnia się połączenia:
-równoległe –wypusty i rowki o zarysie prostokątnym -zębate –wypusty i rowki o zarysie ewolwentowym -wielkokarbowe –wypusty i rowki o zarysie trójkątnym Przykłady połączeń piast o zarysie:
a) prostokątnym b)ewolwentowym c)trókątnym
W praktyce warsztatowej najszersze zastosowanie mają połączenia wielowpustowe równoległe, natomiast stosowanie połączeń zębatych i wielokarbowych jest bardziej ograniczone ze względu na wyskoki koszt wykonania wpustów i rowków.
Połączenia wielowpustowe równoległe
Połączenia wielowpustowe możemy podzielić na: przesuwne, luźne i spoczynkowe
Możemy spotkać trzy serie połączeń wielowypustowych, tzn. przesuwne, luźne i spoczynkowe.
Wg innych kryteriów wyróżniamy trzy serie połączeń wielowypustowych równoległych:
lekkie, średnie oraz ciężkie. W seriach lekkiej oraz średniej liczba wypustów (rowków) wynosi 6, 8 lub 10- przy czym w serii średniej wysokość wypustów (głębokość rowków) jest większa o 1-2mm.
Połączenia serii lekkiej stosuje się najczęściej jako połączenia spoczynkowe, natomiast serii średniej są zazwyczaj połączeniami ruchowymi. Gdy występują duże momenty obrotowe, stosuje się połączenia serii ciężkiej (liczba wypustów jest w takich przypadkach 10, 16 lub 20 a wysokość większa niż w serii średniej).
Osiowanie (centrowanie) wałka i piasty w połączeniach wielowypustowych można wykonywać na :
-bocznych powierzchniach wypustów- umożliwia to zminimalizowanie luzu obwodowego, stosowane jest w przypadkach zmiennego kierunku obciążenia połączenia
-zewnętrznej średnicy wypustów- stosowane w połączeniach spoczynkowych i średnio dokładnych połączeniach ruchowych, wypusty powinny w tym przypadku wysoką twardość
-wewnętrznej średnicy wypustów- stosowane są w połączeniach dokładnych, wypusty powinny być utwardzone
Połączenia wilowypustowe zębate- warunki jakim powinny odpowiadać określone zostały w normie PN-ISO 4156+A1:1999. Połączenia zębate mogą przenosić obciążenia większe niż połączenia równoległe. Wypusty mają kształt zębów ewolwentowych o niskim kącie przyporu (αo=30o) i module wynoszącym od 0.25 do 10mm
Połączenia wielowypustowe wielokarbowe- Określone w normie PN-68/M-85014. Są to połączenia o niewielkiej dokładności, wykorzystywane jako spoczynkowe. Ponieważ wypusty mają niewielkie rozmiary, dlatego też nie osłabiają przekroju wałków (piast)
Na zakończenie należy jeszcze wspomnieć o połączeniach wielobocznych uzyskiwanych dzięki współpracy czopów i piast o kształtach trójkątnych, czworokątnych, sześciokątnych lub nawet ośmiokątnych, jak na ryz poniżej
Połączenia kołkowe i sworzniowe
Połączenia kołkowe są zaliczane do połączeń kształtowych pośrednich rozłącznych.
Łącznikiem jest kołek. Zadaniem kołków jest ustalanie położenia elementów łączonych, w pewnych przypadkach kołki mogą przenosić obciążenie pomiędzy elementami łączonymi. W zależności od funkcji połączeń kołkowych stosuje się różne rodzaje kołków:
-walcowe i stożkowe z czopem gwintowanym -walcowe i stożkowe z gwintem wewnętrznym -z karbami
-sprężyste
Poniżej wybrane przykłady kołków
a) walcowy b)walcowy z gwintem wewnętrznym
c)stożkowy d)stożkowy z czopem gwintowanym Kołki walcowe są stosowane do ustalania części, które są rzadko rozłączane, np. korpusów i głowic silników, korpusów przekładni.
Kołki stożkowe ułatwiają środkowanie osi otworów części łączonych. Montaż i demontaż kołków stożkowych jest łatwy i dlatego używa się ich do połączeń często rozłączanych
Technologia wykonywania połączenia elementów za pomocą kołków ustalających wygląda następująco:
-części łączone układa się w wymaganej pozycji, unieruchamia a następnie mocuje na stole wiertarki
-otwory pod kołek wykonuje się jednocześnie we wszystkich łączonych częściach -rozwierca się wcześniej wywiercone otwory
-wciska kołek lub kołki w rozwiercone otwory
Kołki ustalające powinny być montowane z zastosowaniem pasowania wciskanego. Jeżeli konstrukcja połączenia dopuszcza możliwość oddzielenia jednej części, to kołek powinien być pasowany w części z mniejszym wciskiem (lub suwliwie). Kołki ustalające w częściach łączonych powinny być montowane możliwie daleko od siebie z uwagi na fakt, że w mogą w znaczący sposób wpłynąć na zmniejszenie własności wytrzymałościowych łączonych elementów
Jeżeli kołki będą przenosić obciążenie pomiędzy łączonymi częściami, otwory, w których będą montowane, należy wykonać w każdej części oddzielnie.
Montaż kołków odbywa się za pomocą praski montażowej lub poprzez uderzenia młotkiem.
W połączeniu tego typu bardzo istotne jest zapewnienie współosiowości kołka i otworu.
Inne rodzaje kołków:
a)kołki sprężyste z rozcięciem wzdłuż tworzącej b)sprężyste zwijane
c)z karbem na całej długości
Połączenia kołkami z karbami oraz kołkami sprężystymi nie wymagają rozwiercania otworów. Podczas montażu takich kołków, w otworach karby wciskają się w materiał i tworzą połączenie. Kołki sprężyste stosuje się w połączniach przenoszących obciążenia dynamiczne i mają one zdolność dopasowania się do rozmiaru otworów wraz ze zużywaniem się powierzchni kołka podczas pracy.
Kołki mogą ulec zniszczeniu na skutek ścięcia, a także wystąpienia zbyt dużych nacisków powierzchniowych.
Wyróżnia się następujące rodzaje połączeń kołkowych -spoczynkowe –wzdłużne, promieniowe, styczne, ustalające
a) ustalające b)wzdłużne c)promieniowe d)styczne -ruchowe –przesuwne, wahliwe, obrotowe
Połączenia sworzniowe
Są bardzo podobne do połączeń kołkowych zarówno pod względem konstrukcji, jak i sposobu działania. Elementem sprzęgającym części łączone jest sworzeń pełniący funkcje złączne i przenoszący obciążenie. Sworzeń musi być zabezpieczony przed przesunięciem wzdłuż osi –albo za pomocą ciasnego pasowania w otworach dzięki swojemu kształtowi, albo z wykorzystaniem dodatkowego elementu zabezpieczającego.
Ze względu na kształt sworznie dzieli się na gładkie oraz kształtowe. Sworznie gładkie wyróżnia kształt walcowy z fazami na końcach, natomiast kształtowe mają łeb wykorzystywany do zabezpieczenia przed przesunięciem osiowym. Zalecane jest stosowanie sworzni znormalizowanych (dopuszcza się sworznie konstruowane na potrzeby określonego połączenia).
Znormalizowane sworznie przedstawia poniższy rysunek
a) bez łba b)z łbem walcowym c)z czopem gwintowym
Zabezpieczeniami sworzni przed przesunięciem osiowym mogą być: łeb sworznia, nakrętki, zawleczki lub pierścienie sprężynujące. Przykłady elementów zabezpieczających przedstawiono poniżej
a) pierścień sprężynujący zewnętrzny b)pierścień sprężynujący wewnętrzny c)pierścień
osadczy d)zawleczka e) zawleczka sprężynowa
W specyficznych przypadkach mogą występować sworznie bez otworów czy rowków zabezpieczających. Sworznie takie mogą są wówczas zabezpieczane pierścieniami sprężynującymi wewnętrznymi, osadzonymi w rowkach wykonanych w jednej z części łączonych (przykładem takiego połączenia mogą być sworznie łączące tłok silnika spalinowego z korbowodem)
Poniżej przykłady połączeń sworzniowych z zabezpieczeniami
a) i b) sworznie na szeklach c)sworzeń ucha mocującego siłownik pneumatyczny d)sworznie ogniw łańcucha