5.12.1.        Расчет клеммовых соединений на прочность

При проектировании соединения обычно требуется определить силу затяжки болтов, обеспечивающую взаимную фиксацию деталей и передачу требуемого вращающего момента и (или) восприятия осевой силы, а также оценить прочность болта (болтов) и охватывающей детали (клеммы). В зависимости от выполнения соединения при расчете на прочность рассматривают два предельных случая (рис. 5.22).

Рис. 5.22. К расчету клеммовых соединений

Первый расчетный случай. Клемма обладает высокой жесткостью, а посадка деталей выполнена с большим зазором (рис. 5.22, а). В данном случае можно допустить, что контакт деталей происходит по линии. Тогда условие прочности соединения можно выразить в следующем виде:

· при нагружении крутящим моментом

или

;   (5.27)

· при нагружении осевой силой

или

,  (5.28)

где  – нормальная реакция в месте контакта, Н;  – коэффициент трения;  – окружное усилие, Н;  – крутящий момент, Н·мм;  – диаметр вала (диаметр посадочной поверхности), мм;  – коэффициент запаса сцепления.

По условию равновесия любой половины клеммы имеем:

;

где  – число болтов.

Подставив значение  в формулы (5.27) и (5.28), получим:

,       ,  (5.29)

Второй расчетный случай. Клемма обладает высокой податливостью, посадочные поверхности соединяемых деталей – строго цилиндрические, зазор в соединении близок к нулю (см.


рис. 5.22, б). В данном случае предполагают, что давление () равномерно распределено по посадочной поверхности соприкасающихся деталей (как в соединениях с натягом). Условия прочности соединения при действии сдвигающей нагрузки (крутящего момента или осевой силы) имеют вид:

· при нагружении крутящим моментом

или

; (5.30)

· при нагружении осевой силой

,

или

,  (5.31)

где  – длина ступицы клеммы (длина посадочной поверхности), мм.

Из допущения о характере распределения сил взаимодействия по поверхности контакта следует, что если контакт осуществляется по поверхности полуцилиндра, то расчетная площадь  равна площади проекции поверхности контакта на диаметральную плоскость (произведению диаметра цилиндрической поверхности на ее длину). В соответствии с этим, если соединение имеет  болтов, условие равновесия клеммы имеет вид

.  (5.32)

После подстановки формулы (5.32) в формулы (5.30) и (5.31) определим необходимую силу затяжки болтов:

,        .    (5.33)

При совместном действии крутящего момента и осевой сдвигающей силы требуемая сила затяжки болтов определяется по формуле

.   (5.34)

Коэффициент трения для стальных и чугунных деталей, работающих без смазки, выбирается в пределах . Коэффициент запаса сцепления .

После определения требуемой силы затяжки по формулам (5.29) или по формулам(5.33), (5.34) определяют диаметр резьбы болта по формуле (5.11) и подбирают стандартный болт.

Для клеммового соединения с прорезью в ступице (см. рис. 5.21, а) справедливы соотношения (5.33) и (5.34).