U mašinstvu se uzdužni klinovi mnogo upotrebljavaju kao elementi za pričvršćivanje, vođenje i za osiguranje veze.
Najčešće služe za utvrđivanje na vratilima i osovinama takvih delova koji treba da se obrću zajedno sa vratilom, kao što su kaišnici, zupčanici, zamajci, ručice, poluge i sl. Tada dužina klina leži u pravcu osa spojenih delova. Time je kod ovakvih sklopova omogućeno uzdužno podešavanje položaja klina.
Slika 58
U zavisnosti od toga da li se pomoću klina želi ostvariti veza sa prednaponom ili bez njega, razlikuju se uzdužni klinovi sa nagibom i uzdužni klinovi bez nagiba. Nameštanje klina sa nagibom vrši se udarcima po klinu ili po glavčini (poslednje samo ako je klin usađen u vratilu, odnosno pričvršćen). Time se između vratila i glavčine točka stvara kružna naponska veza koja može primiti obrtni momenat. Postignuti otpor protiv klizanja, kod ukopanih i usađenih klinova, ne mora biti veći od obrtnog momenta. Pri zabijanju klina javlja se, usled jednostranog elastičnog deformisanja, iskošenje glavčine. Time se remeti centričnost točka, što nije dopušteno kod prenosa gde se traži velika tačnost obrtanja. Da bi ekscentričnost uklinjenog dela ipak ostala u dozvoljenim granicama, između vratila i glavčine treba predvideti, po mogućnosti, tesan sklop, npr. H7/k6. Na mestu uklinjenja, glavčina dolazi u dodir sa vratilom samo preko klina, dok na suprotnoj strani dodiruje vratilo neposredno, sl. 59. Na taj način je vratilo ovde zakočeno u dve tačke. Primenom dvaju klinova pomerenih po obimu vratila za 120° postiže se kočenje u tri tačke, međusobno podjednako razmaknute po obimu vratila sl. 67. Time je u znatnoj meri smanjena opasnost labavljenja veze u radu. U naponskim vezama ove vrste javlja se otpor protiv klizanja. Ako momenat koji se prenosi prekorači momenat otpora trenja, jedan bok klina će biti izložen pritisku sa strane žljeba u glavčini, a drugi sa strane žljeba u vratilu. Usled ovog preostalog obrtnog momenta klin će, dakle, biti izložen smicanju i pritisku.
U opštem mašinstvu svi uzdužni klinovi imaju, prema standardu, nagib h/l=1/100, tj. na dužini 100 mm, prirast visine klina iznosi 1 mm. Međutim, i klinovi bez nagiba imaju vrlo široku primenu. Takvi klinovi nemaju naponskog delovanja pa se primenjuju kao delovi za vođenje i osiguranje položaja. Klin bez nagiba namešta se tako da između njega i dna žljeba u glavčini ostaje zazor. Stoga bočne strane klina prenose ovde celi momenat vratila. Ako se po obimu vratila izradi niz uzdužnih žljebova, nastala ispupčenja na tako ožljebljenom vratilu smatraju se takođe uzdužnim klinovima bez nagiba.
Radi lakšeg montiranja, kao i radi toga da se ne bi vratilo slabilo žljebom za klin, nameštaju se točkovi u nekim slučajevima na podebljanom delu vratila, sl. 67.
Materijal klina. Klinovi se izrađuju redovno od vučenog topljenog čelika jačine 60 kp/cm2. Neke vrste klinova izrađuju se i od čelika jačine 80 kp/cm2.
Kod uzdužnih klinova sa nagibom razlikuju se:
izdubljeni klinovi,
tetivni klinovi,
ukopani ili normalni klinovi i
tangentni klinovi.
Izdubljeni klin, sl. 59, naleže na vratilo po cilindričnoj površini i treba da trenjem prenese celi obrtni momenat vratila. S obzirom na to da svaki standardni klin važi za manje ili veće područje prečnika, npr. za područje 110 do 130 mm, sl. 62, unutrašnja površina klina se izradi prema najmanjem poluprečniku vratila iz ovog područja, tj. u ovom slučaju prema r=55 mm, tako da klin naleže na ovo vratilo po celom luku. Kod ostalih prečnika ovog područja naleganje nije potpuno i zbog toga se pri zabijanju krajevi klina elastično deformišu, što u izvesnoj meri povećava proizvedeni otpor protiv klizanja.
Slika 59
Naponska veza ostvarena zabijanjem klina treba da primi celi obrtni momenat vratila:
$M_t=0,2\ {d}^{3}\ \tau _t$
Iz toga sledi da između površina naleganja mora vladati vrlo veliki pritisak Q, da bi tako proizvedeni momenat otpora protiv klizanja bio veći od torzionog momenta koji opterećuje vratilo:
$\mu \ Q \ d\gt 0,2\ {d}^{3}\ \tau _t$ ili $\mu \ Q \gt 0,2\ {d}^{2}\ \tau _t$
Kako se transmisijska vratila od Č. 0445 proračunavaju prema τt=200 kp/cm2, a μ≈0,1, izlazi
$0,1\ Q\gt 0,2\cdot 200\ {d}^{2}; \quad \ Q \gt 400\ {d}^{2}$
Kod vratila prečnika d=100 mm potreban bi bio, prema tome, pritisak Q=40000 kp. Bez obzira na to što glavčina točka ne može primiti tako veliku silu, ova veličina je ograničena još i dozvoljenim specifičnim pritiskom između klina i žljeba u glavčini: p=450-650 kp/cm2 za SL, odnosno 750-1100 kp/cm2 za čelik. Sniženje ovako velikih vrednosti specifičnog pritiska moglo bi se postići povećanjem dužine klina, ali bi se time tačnost naleganja smanjila. Pored toga veličina pritiska Q je ograničena i s obzirom na relativno male sile P koje se smeju primeniti pri zabijanju klina, sl. 59. Sila P proizvodi na stranama klina pritiske N i Q. Ako se zanemare otpori trenja, veličine ovih pritisaka dobiju se rastavljanjem sile P na komponente u pravcima N i Q. Vertikalna komponenta Q koja se pri tome dobije određuje veličinu pritiska između klina i vratila. Na osnovu slike sledi: P=Q tg α. Kako kod standardnih klinova važi odnos tg α=1/100, izlazi
$P=Q/100$ ili $Q=100P$
S obzirom na zanemarene otpore trenja, stvarna vrednost pritiska će biti nešto manja.
Iz ovog izlaganja sledi da izdubljeni klin ne može prenositi torzioni momenat potpuno napregnutog vratila, što treba imati u vidu npr. pri utvrđivanju kaišnika na vratilima motora i glavnih pogonskih kaišnika transmisija. Ali su zato ovi klinovi vrlo podesni u slučajevima kada se radi o manjim silama pri prenosima koji nisu izloženi udarima i potresima, kao i u slučajevima naknadnog nameštanja točkova na već montiranim transmisijama kad se ne može više izraditi žljeb za klin.
Tetivni klinovi. Za razliku od izdubljenog klina, koji se u poprečnom preseku oslanja o vratilo po kružnom luku, ovaj klin naleže po tetivi, a odatle mu je i ime, sl. 60. Usled toga je veza između vratila i točka nešto sigurnija nego kod izdubljenog klina. Uslovi za prenos obrtnog momenta takođe su povoljniji, jer ukoliko za ovaj prenos nedostaje proizvedeni otpor protiv klizanja, zakreće se vratilo u odnosu na klin i time proizvodi veći pritisak, a u vezi s tim i veći otpor trenja.
Slika 60
Tetivne klinove takođe ne treba primenjivati tamo gde veza mora da primi celi torzioni momenat vratila. Granica do koje se tetivni klinovi mogu primenjivati određena je standardom. Svaki uzdužni klin mora imati dodatak za podešavanje z=0,3-0,5 mm, sl. 59. Nagib žljeba u glavčini mora biti isti kao i nagib klina, tj. 1:100.
Ukopani klinovi, sl. 61 i 62, najviše se upotrebljavaju i stoga se smatraju normalnim klinovima. Mogu prenositi vrlo velike sile i udarna opterećenja pri uslovu da su žljebovi u vratilu i glavčini točka tačno izrađeni i da klin potpuno ispunjava žljebove. Bez obzira na proizvedeni otpor trenja, klin ima da prenosi torzioni momenat svojim bočnim površinama, koje su zbog toga izložene velikim specifičnim pritiscima.
S obzirom na prostor potreban za izbijanje i nameštanje, izdubljeni, tetivni i ukopani klinovi mogu biti ili glatki ili s kukom, sl. 62. Mogu biti i usađeni, sl. 65, kada se uzdužno pomera samo glavčina.
Slika 61
Proizvodnja glatkih klinova mnogo je lakša, jer se mogu izraditi neposredno od profilisanog čelika, dok se klinovi sa kukom moraju prethodno iskovati. Spoj glatkim klinovima mora biti pristupačan sa obe strane: sa strane sa koje se klin montira i sa strane sa koje se on izbija. Glatki klinovi se izbijaju na taj način što se na klin stavi bakrena šipka podesnog preseka, pa se tada klin izbija udarcima čekića po ovoj šipki. Ako je oblik konstrukcije takav da je spoj klinom pristupačan samo sa jedne strane, treba upotrebiti klin sa kukom, pošto se on može izbiti sa iste strane sa koje se i montira. Prema propisima o tehničkoj zaštiti pri radu, kuka se mora pokriti limom.
Za klinove koji se zabijaju moraju se predvideti u vratilu dosta dugački žljebovi (u svakom slučaju duži od dvostruke dužine klina). Ako zbog ograničenog prostora za montažu i demontažu nije moguće primeniti normalni klin, ili ako nisu poželjni dugački žljebovi, upotrebljava se usađeni klin. Ovaj klin ima zaobljene čeone površine i može čvrsto da se usadi u žlljeb izrađen u vratilu čeonim glodalom, gde i ostaje stalno. Tada se veza postiže nabijanjem točka na vratilo.
Slika 62
Prema standardu se visina klina sa nagibom meri sa one strane na kojoj je klin deblji. Sa ove iste strane treba meriti i dubinu žljeba u glavčini. Ova dubina je određena merom »t1«, koja na taj način predstavlja odstojanje najdublje ivice žljeba od najniže tačke provrta, sl. 62. Ovu meru treba u svakom slučaju uneti u crtež. Slično tome određuju se mere i kod klina sa kukom. Kad je klin montiran, kuka treba da odstoji od glavčine za veličinu »h«, koliko je to potrebno radi izbijanja klina.
Iz toga izlazi:
da je ovde dužina glatkog dela za veličinu »h« veća nego kod glatkog klina i
da visinu klinu »h« treba meriti na mestu gde počinje glavčina točka, tj. u odstojanju »h« od kuke.
Dubina žljeba u vratilu određena je mjerom »t«. Međutim, kad je žljeb otvoren i nalazi se na kraju vratila, kontrolu ove mere je lakše izvršiti proveravanjem odstojanja od dna žljeba do krajnje tačke na obimu vratila. Kod delova koji se učvršćuju na vratilu klinovima, a koji nisu simetrični, mora se naročito naznačiti kojom će se stranom predmet naglavljivati kako bi se nagib za klin mogao pravilno izraditi.
Presek klina »b x h« je normiran u zavisnosti od prečnika vratila i on po svojim dimenzijama odgovara točkovima koji prenose celi obrtni moment vratila. Međutim, u najvećem broju slučajeva točkovi prenose samo jedan deo obrtnog momenta za koji je vratilo konstruisano. U takvim slučajevima bilo bi korisno izrađivati u vratilu i glavčini točkova žljebove manjeg preseka, što bi manje slabilo vratilo i što bi značilo izvesnu uštedu u radu i materijalu, ali, sa druge strane, to bi usporavalo konstruisanje ovakvih delova i otežavalo mogućnost naknadnog preudešavanja, a i mogućnost naknadne zamene delova. Radi toga se, u opštem mašinstvu, žljeb za klin obično izrađuje prema standardu iz tablice, bez obzira na to da li uklinjeni deo treba da prenosi celi obrtni momenat vratila ili samo jedan deo ovog momenta. Pri tome žljebovi u glavčini, bez obzira na to da li se tu radi o izdubljenom, tetivnom ili ukopanom klinu, dobijaju istu dubinu, kako bi točkovi, radi međusobne zamene, podjednako odgovarali svakoj od ovih vrsta klinova.
Međutim, kod alata, alatnih mašina, centrifugalnih pumpi i duvaljki, motornih vozila i turbo-motora utvrđeni su manji preseci žljebova, jer su vratila ovde, s obzirom na dopuštene deformacije, jače dimenzionisana. Za šuplja vratila sa tankim zidom uzimaju se naročiti, tzv. patuljasti, klinovi.
Ivice žljeba za klin u vratilu i glavčini obavezno se zaobljavaju, da bi smanjio uticaj koncentracije naprezanja na tim mestima. Žljebovi se izrađuju na mašinama glodalicama. Kod žljebova izrađenih čeonim glodalom klin tačno ispunjava žljeb; njegove čeone polucilindrične površine ujedno olakšavaju navlačenje točka na vratilo.
Slika 63
Položaj takvih klinova na vratilu ne mora biti posebno osiguran, što nije tako kod žljebova izrađenih pločastim glodalom. Ovde dužina žljeba mora biti znatno veća od dužine klina, a položaj klina u žljebu često mora biti osiguran zavrtnjima za pričvršćivanje. S obzirom na oblik žljeba, uzdužni klinovi mogu imati ili ravne, ili zaobljene čeone površine.
Vratila izložena udarima i potresima ili promenljivom smeru obrtanja kao i vratila čiji je prečnik veći od 180 mm, izrađuju se sa dva klina, koji se obično nameštaju pod uglom od 120° jedan prema drugom.
Slika 64
Posebnu vrstu ukopanih klinova sačinjavaju klinovi bez nagiba, sl. 65. Upotrebljavaju se ili za osiguranje delova navučenih na vratilo hladnim odnosno toplim presovanjem, ili za vođenje delova koji se moraju pomerati duž vratila. U prvom slučaju klin leži čvrsto u žljebovima vratila i glavčine, i potpuno ispunjava žljebove. Podesni su za prenos velikih sila pri velikom broju obrta, jer omogućavaju centričan položaj delova na vratilu, pa se tako izbegne neizjednačena centrifugalna sila, koja bi inače osetno uticala na vratilo. Usađeni klinovi bez nagiba smatraju se kao normalan elemenat za utvrđivanje spojnica, kaišnika i zupčanika na motornim vratilima. Manji klinovi čvrsto se utisnu u žljeb, tako da sa vratilom sačinjavaju vrlo čvrst sklop N9/h9. Kod većih sila, kao i u slučaju kada se delovi moraju pomerati duž vratila, klinovi se protiv ispadanja osiguravaju zavrtnjima. Ali se time, zbog jače koncentracije naprezanja u području rupa, smanjuje dinamička izdržljivost vratila.
Slika 65
Klinovi za vođenje primjenjuju se za one delove kojima treba omogućiti potrebno pomeranje duž vratila, sl. 66. Ovi klinovi se tako nameštaju da sa žljebom u vratilu sačinjavaju vrlo čvrst sklop N9/h9, a sa žljebom glavčine klizav sklop J9/h9; pored toga, sa spoljašnje strane klina, u glavčini postoji zazor (mera t1 u tabl. uz sl. 62). Ovim merama se omogući laka pokretljivost glavčine duž klina. U sredini klina za vođenje predvidi se rupa sa navojem za uvrtanje zavrtnja ili šipke sa kukom radi izvlačenja klina iz žljeba.
Slika 66
Primenom klinova bez nagiba postižu se ove prednosti:
Žljeb u glavčini nema nagiba, što je jevtinije za izradu;
Nema iskošenja glavčine, jer veza nije naponska;
Omogućuje se pomeranje delova duž vratila;
Podesni su za konstrukcije kod kojih su primenjena ležišta sa kotrljanjem gde, dakle, udari pri skidanju i nameštanju klina nisu dopušteni.
Tangentni klin služi za pričvršćivanje točkova za vratila jako opterećena promenljivim obrtnim momentom. Namešta se tako da njegova široka strana leži tangencijalno na vratilo, a uska radijalno. Prednost tangentnih klinova sastoji se u tome što je ovde prednapon usmeren u tangencijalnom pravcu. Time se veza znatno rasterećuje od radijalnog napona kao vrlo nepovoljnog za centričnost delova. Pored toga tangentni položaj klina omogućava da cela njegova bočna površina iskoristi za naleganje, tako da ovi klinovi mogu primiti veće torzione momente nego ma koja druga vrsta klinova. Stoga se ovi klinovi upotrebljavaju uglavnom za utvrđivanje na vratilu teških kaišnika i zamajaca i za prenos većih jednosmernih ili naizmenično promenljivih sila. Primenjuju se najčešće kao dva dvostruka tangentna klina, nameštena pod uglom 120° jedan prema drugom, sl. 67. Delovi dvostrukog klina sastavljaju se svojim kosim površinama, čiji je nagib 1:100. Usled ovakvog nameštanja, žljeb za klin nema nagiba ni u vratilu ni u glavčini, i stoga je presek žljeba po celoj dužini isti, što je naročito povoljno za izradu. Ako prenos radi u takvim uslovima gde nije isključena mogućnost rđanja, namešta se na sastavku klinova tanka bakrena pločica. Time se olakša naknadno uzdužno podešavanje ovih klinova.
Slika 67
Uzdužne ivice tangentnih klinova sasecaju se, a žljebovi se zaobljavaju da bi se smanjio stepen koncentracije naprezanja.
Segmentni klin, sl. 68, izrađuje se od poluokruglih šipki i ima oblik kružnog isečka, te se namešta u polucilindričnom žljebu vratila. Mnogo se upotrebljava kod alatnih mašina i motornih vozila pošto je u primeni jeftiniji nego tačno podešeni klin bez nagiba. Usled veće dubine žljeba, vratilo je znatno oslabljeno. Spajanje segmentnim klinom je jednostavno i lako za izradu. Klin ne zahteva neko naročito podešavanje, jer u žljebu vratila, sam zauzima takav položaj koji odgovara položaju žljeba u glavčini. Žljeb u vratilu izrađuje se pločastim glodalom prečnika »D«. Za prenos većih sila uzimaju se dva segmentna klina nameštena u istom žljebu jedan do drugog. Izrađuju se od čelika jačine 60 ili 80 kp/mm2.
Slika 68
Ostale vrste klinova retko se upotrebljavaju, pa se ovde samo ukratko navode. Slika 69 predstavlja uzdužni klin sa cilindričnim ispupčenjima na krajevima. Za ova ispupčenja moraju se u vratilu predvideti naročito profilisani žljebovi. Primenjuje se kod takvih spojeva gde klin, osim poprečnih sila, mora primiti i izvesne uzdužne sile.
Slika 69
Okrugli klin se upotrebljava, uglavnom, za osiguranje položaja delova navučenih na vratilo hladnim ili toplim presovanjem, a koji se nalaze na kraju vratila. Prednost koju pruža primena ovog klina leži u jednostavnosti izrade žljebova: posle sklapanja delova, izbuši se na sastavku između vratila i glavčine rupa, prema kojoj se zatim podesi okrugli klin. Mogu se upotrebiti kao zamena za klin pravougaonog preseka u slučaju kada su se oštre ivice žljeba već osetno deformisale i ne mogu se više popraviti a da se vratilo ne oslabi u znatnoj mjeri. Odsustvo oštrih ivica doprinosi tome da se naprezanja u žljebovima vratila i točka koncentrišu u mnogo manjoj mjeri, što je naročito važno kod jako napregnutih mašinskih delova, kao npr. pri utvrđivanju ručica koljenastih vratila.
Slika 70
Male ručice i poluge, kad su na kraju vratila, uklinjuju se okruglim ili dijagonalnim klinovima. Slika 70 A predstavlja slučaj utvrđivanja ručice pomoću okrugle čivije. Ručica se navuče na vratilo pa se tada duž sastavka izbuši rupa, u koju se posle utera okrugla čivija. Obično se uzme
$a=0,6\ \sqrt{d}$ do $a=0,7\ \sqrt{d}$
Slika 70 C predstavlja tzv. alfa klin. Ovaj klin se izrađuje od okruglog čelika debljine b=d/4 i ima kose bokove nagnute jedan prema drugom pod uglom od 60° i sa nagibom 1:100 u odnosu na osu klina. Sa gornje i donje strane klin je pljosnat. Podešavanje se postiže na taj način što se i polukružni žljeb u glavčini izradi sa odgovarajućim nagibom, dok je žljeb u vratilu, naprotiv, paralelan sa osom vratila.
Slika 71
Slika 71 predstavlja u poprečnom preseku ukopani klin sa uzdužnim žljebovima. Ovakav klin je elastičniji pri montaži i potpunije naleže na bokove žljeba. Pored toga, uzdužni žljebovi omogućuju, pri demontaži zarđalih sklopova, dovođenje petroleja između zarđalih površina.
Spajanje klinovima
Uzdužni klinovi
Ceo sadržaj knjige: Elementi mašina - Inženjer Vasilije Volkov