Деталі машин. Особливості розрахунку.

1.3. З’єднання деталей машин.

1.3.1. Нероз’ємні з’єднання деталей.

1.3.2. Роз’ємні з’єднання деталей.

Сборкой называют образование изделия из его составных частей путем их

соединения.

Последовательность сборки устанавливается технологическим процессом. Различают узловую и общую сборку: объектом узловой сборки является составная часть изделия, а объектом общей сборки — само изделие.

Все взаимосвязанные детали машин соединяются между собой, образуя

► подвижное,

► или неподвижное соединение.

В подвижных соединениях составные части могут перемещаться относительно друг друга, в неподвижных соединениях такие перемещения отсутствуют.

Термин «соединение» в машиностроении относится обычно только к неподвижным соединениям, которые разделяются на неразъёмные и разъёмные. В первом случае разъединение невозможно без разрушения или повреждения как самих деталей, так и соединяющих их элементов или швов. Разъемные соединения в отличие от неразъемных могут быть полностью разобраны без нарушения целостности деталей.

Разъёмные соединения. К основным наиболее широко применяемым разъёмным соединениям относятся:

- резьбовые;

- шпоночные;

- шлицевые соединения;

- штифтовые соединения;

- клеммовые соединения.

Резьбовые соединения применяют в сборочных единицах, которые в процессе эксплуатации подвергаются периодической сборке или разборке. Резьбовые соединения выполняются крепёжными деталями посредством резьбы. Основными крепёжными деталями (рис.1; 2) являются болты, винты, шпильки и гайки.

Рис.1. Основные крепёжные детали:

а – болт с гайкой; б – винт; в – шпилька с гайкой.

Рис.2. Конструктивные элементы резьбовых соединений:

а - болт; б - винт; в - шпилька; г - установочный винт; д - гайка;

e - пружинная шайба; ж - деформируемая шайба; з - плоская шайба

Болт имеет головку, резьбовую часть и гайку; соединяемые детали зажимаются между головкой болта и гайкой.

По форме стержня болты (рис. 3) бывают нормальные, с подголовком, с утолщенным и чисто обработанным стержнем, предназначенным для установки в развернутое отверстие, с уменьшенным диаметром, снижающим концентрацию напряжений у резьбы.

Рис.3. Формы болтов:

а - с нормальным стержнем; б - с подголовком; в - с утолщенным чисто обработанным

стержнем; г - со стержнем уменьшенного диаметра; 1 - головка, 2 - стержень.

По точности обработки болты бывают черными, получистыми и чистыми.

Болты резьбовых соединений бывают крепежными (рис. 3) и специальными (рис. 4).

Рис.4. Специальные болты:

а - фундаментные, б - призонные, в - откидные, г - рым-болты;

1 – стержень болта, 2 - нарезанная часть болта, 3 - головка болта.

Фундаментными болтами крепят оборудование к фундаменту, призонными предотвращают боковое смещение деталей; откидными быстро крепят детали и рым-болтами облегчают захват оборудования.

Гайки (рис 5) для болтовых соединений бывают шестигранными, корончатыми с прорезями для их стопорения шплинтами и круглыми установочными со шлицами или отверстиями.

Рис.5. Формы гаек:

а - шестигранных, б - корончатых, в - установочных; 1 - тело гайки, 2 - шлицы.

Иногда вместо болтов применяют шпильки, представляющие собой болты без головки с резьбой на обоих концах.

Винт, в отличие от болта, ввёртывается в резьбовое отверстие в теле одной из соединяемых деталей и соединяет их без гайки.

Винтовые соединения осуществляют винтами, завертываемыми в одну из деталей. Формы головок винтов показаны на рис.6.

Рис.6. Формы головок винтов.

Шпилька имеет резьбу с двух сторон, ввёртывается в резьбовое отверстие одной детали и соединяет её с другой с помощью гайки.

Между гайкой и скрепляемой деталью, для предохранения её от повреждения при завинчивании гайки, устанавливается шайба.

Болты применяются для соединения деталей относительно небольшой толщины; при большой толщине одной из деталей или при отсутствии места для размещения гайки применяют винты; шпильки используют для соединения чато разбираемых соединений, особенно если детали чугунные или из цветных сплавов.

Резьбовые соединения надежны, недороги технологичны, удобны в работе, однако наличие большого количества концентраторов напряжений несколько снижает их выносливость.

Главной рабочей частью крепёжных деталей является резьба, образованная на их цилиндрических поверхностях проточкой профильных канавок по винтовой линии, один оборот которой на теле резьбы называется витком или ниткой.

В зависимости от количества ниток, начинающихся с торца тела резьбы, резьба (рис. 7) бывает:

▪ однозаходными, образованными одной винтовой линией;

▪ или многозаходной, образованной двумя, тремя винтовыми линиями. Многозаходные резьбы делают для повышения несущей способности резьбовых деталей.

Рис.7. Параметры и виды резьб:

а – основные параметры; б – двухзаходная резьба; в - правая и левая резьбы.

Резьба может быть:

• наружной,

• и внутренней;

По направлению винтовых линий (рис.7в) различают:

•- резьбы правые (подъём слева направо);

•- и левые (подъём справа налево).

Основные геометрические характеристики обычной цилиндрической резьбы (рис.7а):

• наружный диаметр d;

• угол подъёма винтовой линии (образованным между винтовой линией

по среднему диаметру резьбы и плоскостью, перпендикулярной оси резь-

бы);

• шаг резьбы t расстояние по образующей между двумя соседними витками

(нитками) - т. е. расстоянием, на которое переместится винт вдоль своей

оси при одном обороте в неподвижной гайке;

• ход винта S – расстояние по образующей между соседними витками одной

винтовой линии;

• число заходов резьбы z.

Рис.8. Элементы резьбы:

а - двухзаходной правой, б - однозаходной левой; S - шаг винта, t - шаг резьбы, а -угол подъема винтовой линии, Р -* сила, перемещающая груз по винту резьбы, Q - масса груза, d - средний диаметр.

Для однозаходной резьбы её шаг t и ход S равны между собой. Для многозаходной резьбы (рис.8):

S = z·t (1)

Профиль резьбы (рис.9) в зависимости от её назначения может быть различным:

• треугольным;

• квадратным;

• трапецивидным;

• круглым.

Для резьбовых деталей применяется треугольная резьба, для передающих движение – квадратная или чаще трапецивидная, как более лёгкая в изготовлении. Нашла своё применение и круглая резьба (например на цоколе лампочки).

Все применяемые в машиностроении резьбы стандартизованы. К наиболее распространенным в строительных машинах резьбам (рис. 9) относятся следующие:

Рис.9.Параметры и виды резьбы:

а - метрическая, б - дюймовая, в - трубная, г - трапецеидальная, д - упорная,

е - круглая, ж - коническая; 1 - гайка, 2 - винт, 3 - муфта, 4 -труба.

Метрическая, выполняемая как с крупным, так и с мелким шагом и применяемая для полых тонкостенных цилиндров, деталей, работающих в условиях динамических нагрузок, регулировочных винтов. При крупном шаге метрическую резьбу обозначают буквой М с добавлением числа, указывающего наружный диаметр резьбы (мм). Угол при вершине = 60^º. Применяется в основном для крепежных деталей.

Для замены крепёжных резьбовых деталей старых отечественных машин или импортных машин, поступающих из стран, ещё пользующихся дюймовыми мерами, применяется стандартная дюймовая треугольная резьба с углом = 55^º, в которой вместо шага указывается число витков на один дюйм (25,4 мм) длины резьбы.

Трубная с профилем дюймовой резьбы, но с закругленными вершинами. Применяется в газовой и водопроводной арматуре.

Трапецеидальная, применяемая для винтовых передач.

Упорная с асимметричным трапецеидальным профилем, используемая для ходовых винтов с большой односторонней осевой нагрузкой.

Круглая, предназначенная для винтов, работающих с большими динамическими нагрузками, и соединительных узлов гидроарматуры.

Коническая, применяющаяся для уплотнительных соединений трубопроводов.

К ненормируемым резьбам относится прямоугольная, каждый виток которой в поперечном сечении имеет форму квадрата со стороной, равной половине шага резьбы. Этот вид резьбы применяется в ходовых винтах. Несмотря на то, что крепёжные треугольные резьбы самотормозящие, в условиях воздействия вибрации и динамических нагрузок часто происходит самоотвинчивание гаек и винтов, приводящее к ослаблению соединений деталей. Для предотвращения самоотвинчивания используют различные гаечные замки (рис.10):

• контргайки;

• шплинты;

• пружинные шайбы различных типов.

и)

Рис.10. Гаечные замки.

Шплинты - конструктивный элемент, представляет собой кусок проволоки (с

лыской по всей ее длине), согнутый вдвое плоской частью внутрь

таким образом, что в месте сгиба образуется петля, а концы про-

волоки плотно прижаты друг к другу. При этом один конец прово-

локи незначительно длиннее другого.

Шплинты служат для предотвращения самопроизвольного отвинчивания гаек (как правило, корончатых и прорезных).

Также для предохранения резьбовых соединений от развертывания применяют стопорение с помощью способов, показанных на рис. 11, а также используют прихватку, расклепку и кернение. Контргайки ставят и затягивают только после полной затяжки основной гайки.

Рис.11. Стопорение с помощью:

а - контргайки, б - пружинной шайбы, в - корончатой гайки со шплинтом,

г - отгибной шайбы, д - стопорной проволоки, е - круглой гайки и замковой

шайбы;

1 - основная гайка, 2 - контргайка, 3 - пружинная шайба, 4 - корончатая гайка,

5 - шплинт, 6 - отгибная шайба, 7 - стопорная проволока, 8 - круглая гайка,

9 - замковая шайба.

Элементы резьбовых соединений изготовляют из различных сталей — от обычных углеродистых до высоколегированных. Для ответственных сборочных единиц детали резьбовых соединений дополнительно упрочняют. Применяют также резьбовые соединения, элементы которых изготовлены из пластиков.

Шпоночное соединение. Шпоночные соединения применяют для передачи крутящего момента с вала на втулку или наоборот. Этот вид соединении не обеспечивает точную посадку деталей и не позволяет передавать большие крутящие моменты, однако в связи с низкой стоимостью и простотой изготовления широко распространен.

Рис.12. Шпоночное соединение детали с валом.

По конструкции различают клиновые, призматические и сегментные шпонки (рис. 13).

Рис.13. Виды шпонок:

а - призматическая; б - сегментная; в - клиновая

Клиновые шпонки (рис.13 в), забиваемые в пазы между валом и деталью, вызывают перекос деталей, что отрицательно влияет на состояние опор вала, поэтому клиновые шпонки применяются редко, только в тихоходных неоветвлённых передачах. В клиновых шпонках с уклоном 1:100 в качестве рабочих поверхностей использованы широкие грани. Возможность смещения соединяемых деталей в радиальном направлении и сокращает область их применения.

Сегментные шпонки (рис.13 б) применяются главным образом для малонагруженных неподвижных соединений, так как глубокие пазы под шпонки сильно ослабляют валы. Их рабочие поверхности — боковые.

Призматические шпонки (рис.13 а), ослабляющие вал в меньшей степени, чем сегментные, находят наиболее широкое применение. Они применяются и в качестве подвижных соединений, например, при посадке на вал подвижных деталей соединительных муфт. Такие шпонки (рис.12) крепятся к валу винтами и называются направляющими шпонками. Призматические шпонки, характеризующиеся прямоугольным сечением и закругленными концами, используют как для неподвижных, так и для подвижных соединений (скользящие и направляющие шпонки).

Шлицевые соединения. Образуются за счёт соединения выступов деталей с впадинами шлиц вала и наоборот. Шлицевое соединение (рис.14) также, как и направляющая шпонка, позволяет вращающуюся вместе с валом деталь перемещать в осевом направлении.

Рис.14. Шлицевое соединение.

Шлицевые соединения отличаются от шпоночных большей прочностью при переменных и ударных нагрузках, возможностью передачи значительных усилий и точным центрированием деталей, надёжны в работе, но несколько сложнее в изготовлении. Несмотря на высокую стоимость, шлицевые соединения широко применяют как для неподвижных, так и для подвижных (с осевым перемещением) соединений.

Рис.15. Шлицевой вал.

а б в

Рис. 16. Формы шлицевых соединений:

а - прямобочные, б - эвольвентные, в - треугольные

Штифтовые соединения. Штифты — конструктивный элемент, представляющий собой гладкий стержень, служащий для точного фиксирования взаимного положения деталей и узлов, а также в качестве крепежных деталей.

Рис.17. Штифты:

а - цилиидрический; б - конический

Клеммовое соединение (от нем. Klemme — зажим) - соединение валов и осей со ступицей, имеющей один или 2 продольных разреза, которая стягивается одним или несколькими винтами или болтами с гайками. Соединения применяются для передачи крутящего момента или осевой силы на вал или на ось со стороны ступицы или наоборот. Соединение обеспечивается силами трения, действующими между поверхностями вала и отверстия детали.

Т.е. клеммовыми называют фрикционные соединения деталей с соосными цилиндрическими посадочными поверхностями, в которых требуемое радиальное давление (натяг) и фиксация за счет сил трения создаются путем деформации изгиба охватывающей детали затянутыми болтами. Клеммовые соединения применяют для передачи вращающего момента и осевой силы между валами, осями и призматическими деталями (рычагами, щеками сборных коленчатых валов, частями установочных колец и т. п.).

Рис.18. Клеммовые соединения деталей, имеющих

разъём а и прорезь б; Р_зат — сила затяжки

винтов.

Таблица 1

Дата добавления: 2015-08-18