Połączenia cierne stożkowe

Połączenia cierne stożkowe – czopowe to rodzaj połączeń mechanicznych, wykorzystujących tarcie między stykającymi się powierzchniami stożkowymi dwóch elementów, aby przenosić obciążenia i utrzymywać ich położenie względem siebie. Są one stosowane w mechanizmach, w których wymagane jest pewne i łatwo rozłączalne połączenie osiowe. Połączenia cierne stożkowe składają się z dwóch wzpółpracujących ze sobą elementów w kształcie stożka. Jeden jest wałkiem w kształcie stożka drugi otworem stożkowym. Tarcie między powierzchniami stożkowymi ściśniętymi ze sobą zapewnia odporność na poślizg i utrzymuje elementy w miejscu.

Wady i zalety połączenia stożkowego

Zalety połączenia stożkowego :

• Zdolność przenoszenia obciążeń zmiennych,

• Centrowanie piasty w czopie – Kształt stożkowy pozwala na automatyczne centrowanie elementów względem siebie, co zwiększa precyzję połączenia oraz poprawia stabilność w czasie pracy.

• Łatwość montażu i demontażu,

• Łatwość wykonania i produkcji (jednostkowej i małoseryjnej) – Połączenia te są stosunkowo łatwe do wytworzenia tradycyjnymi metodami (toczenie/frezowanie) nawet w warunkach produkcji jednostkowej lub małoseryjnej, co redukuje koszty i czas.

• Możliwość przenoszenia siły wzdłużnej – Dzięki tarciu i kształtowi stożkowemu, połączenia stożkowe mogą skutecznie przenosić siły działające wzdłuż osi czopa, w przeciwieństwie do połączenia z wpustem pryzmatycznym.

Wady połączenia stożkowego:

• Brak naprężeń montażowych,

• Brak pełnej normalizacji kształtu i pasowania – Połączenia stożkowe nie są w pełni znormalizowane, co oznacza, że trzeba stosować własne rozwiązania, co może komplikować proces projektowania i dopasowania metodami prób i błędów.

Obliczenia połączenia ciernego stożkowego

Obliczenia można wykonywać ze względu na:

• na wytrzymałość połączenia śrubowego, jeśli docisk generowany jest przez śrubę

• na wgniatanie czopa z piastą

Wzory obliczeniowe dla połączenia czopowego-stożkowego wraz z uwzględnieniem śruby napinającej ( wywołującej wymaganą siłę Pw = Sw)

Maksymalny moment skręcający na stożku$$M_s^{max}=N\cdot \mu \cdot \frac{d_{\acute{s}r}}{2}$$Moment skręcający, jaki może przenieść stożek, wyznaczany jest przez siłę normalną N, długość styku l0 oraz średnicę środka stożka dśr. …

Siła napięcia śruby$$P_w=\frac{N_{\acute{s}rb}^{max}\cdot \sin (\alpha +\rho )}{\cos (\rho )}=N_{\acute{s}rb}^{dopmax}=p_{dop}\pi d_{\acute{s}r}{l}_0$$Siła napięcia śruby $P_w$ obliczana jest z równowagi sił na stożku. Zależy od kąta połówkowego stożka $\alpha$, kąta nachylenia siły P_N - $\rho$, średnicy wewnętrznej $d_{sr}$, dopuszczalnych nacisków powierzchniowych $p_{dop}$ oraz długości styku $l_0$.

$P_w$ – siła napięcia śruby
$\alpha$ – kąt połówkowy stożka
$\rho$ – kąt nachylenia siły $P_N$
$d_{\acute{s}r}$ – średnica środka stożka
$p_{dop}$ – dopuszczalne naciski powierzchniowe
$l_0$ – długość styku
$N_{\acute{s}rb}^{max}$ – maksymalna siła osiowa w śrubie
$N_{\acute{s}rb}^{dopmax}$ – maksymalna siła obciążenia połączenia ze względu na wgniecenie czopa w piastę ( dla materiału słabszego w przypadku innych materiałów czopa i piasty)

Maksymalny moment skręcający dla połączenia śrubowego$$M_s^{max\acute{S}rb}=P_w\cdot \frac{\cos (\rho )}{\sin (\alpha +\rho )}\cdot \mu \cdot \frac{d_{\acute{s}r}}{2}$$Moment skręcający, jaki może przenieść samo połączenie śrubowe, zależy od siły napięcia śruby $P_w$, kąta nachylenia siły PN - $\rho$, kąta stożka $\alpha$ oraz średnicy środka stożka $d_{\acute{\mathrm{s}}\mathrm{r}}$.


$P_w$ – siła napięcia śruby
$\rho$ – kąt nachylenia siły $P_N$
$\alpha$ – kąt stożka powierzchni oporowej
$d_{\acute{\mathrm{s}}\mathrm{r}}$ – średnica środka stożka
$M_s^{\max \acute{\mathrm{S}}\mathrm{rb}}$– maksymalny moment skręcający połączenia śrubowego

Maksymalny moment skręcający dla połączenia czop–piasta$$M_s^{maxNdp}=\pi l_0{p}_{dop}\mu \cdot \frac{d_{\acute{s}r}}{2}$$Moment skręcający, jaki może przenieść połączenie czop–piasta, zależy od długości styku l0, dopuszczalnego nacisku pdop, współczynnika tarcia mi i średnicy środka stożka dśr. …

Maksymalna siła śruby$$P_w^{max}=f(R_e)=\frac{R_e}{x}\cdot \frac{\pi d_r^2}{4}\cdot f$$Maksymalna siła, jaką można obciążyć śrubę, zależy od granicy plastyczności materiału Re, współczynnika bezpieczeństwa x, średnicy rdzenia śruby dr oraz współczynnika skręcenia śruby f.