Загальна класифікація деталей машин

Деталі за їх призначенням відносять до декількох груп:

- групи з’єднань;

- групи передатних механізмів;

- групи елементів обслуговування передач;

- групи пружних елементів;

- групи масо місткових деталей.

Деталі групи з’єднань. Деталі як складові елементи машин певним чином з'єднуються між собою, утворюючи рухоме або нерухоме з'єднання.

До рухомих зв'язків належать підшипники (вальниці), за­чеплення, шарніри тощо (рисунок 3.1), до нерухомих - різьбові, зварні, шпонкові, профільні тощо (рисунок 3.2). Кінематична схема машини чи механізму обумов­лює рухомість зв’язків. А нерухомі зв’язки обумовлені доцільністю розчленування машини на елементи, щоб спростити виробництво, полегшити складання, ремонт, транспортування тощо.

а) б) Рисунок 3.1 – Приклади рухомих з’єднань деталей а) – шарнірне з’єднання гака з блоком роликів, а також блоку роликів з віссю; б) – циліндричне зубчасте зачеплення
а) б) Рисунок 3.2 – Приклади нерухомих з’єднань деталей а) – з’єднання за допомогою різьбових деталей; б) – шпонкове з’єднання зубчастого колеса з валом

Розрізняють рознімні та нерознімні з’єднання.

Рознімні з'єднання дають можливість роз'єднувати деталімашин без пошкодження абсолютно всіх деталей, що входять до з’єднання. Це різьбові, штифтові, клемові, шпонкові, шліцеві (зубчасті) та профільні з'єднання (див. рисунки 3.1 і 3.2).

Нерознімні з'єднання (рисунок 3.3) не допускають роз'єднування без по­шкодження хоча б однієї деталі, їх застосування обумовлено в основному технологіч­ними та економічними показниками. До них належать за­клепкові, зварні та з'єднання з натягом (пресові), хоч останні належать до групи нероз-

а) б) Рисунок 3.3 – Приклади нерознімних з’єднань а) – заклепкові; б) зварні

німних умовно, оскільки дозволяють розби­рання і повторне складання, проте із застосуванням значних зусиль та частковим пошкодженням спряжених поверхонь з'єднуваних де­талей.

Деталі групи передатних механізмів. Більшість сучасних машин і приладів створюються за схемою: двигун – передача – робочий орган, тобто складаю­ться з рушійних, передатних та виконавчих механізмів як показано на структурній схемі (рисунок 3.4). Проте най­більш загальними для всіх машин є передатні механізми, на відміну від рушійних та виконавчих які мають багато специфічних дета­лей.

Рисунок 3.4 – Структурна схема будова машини  

Необхідність застосування передач обумовлена наступними факторами:

- для вибору оптимальної швидкості руху;

- для регулювання швидкості руху;

- для перетворення виду руху: обертового до поступального (передачі рейкові і гвинт-гайка) і навпаки;

- для зміни напряму руху (реверсування);

- для зміни крутних моментів і сил руху;

- для передавання потужності на відстані.

Передача механічної енергії найзручніше здійснюється оберто­вим рухом, який може бути неперервним та мати велику швидкість обертання.

Для передачі енергії за допомогою обертового руху в основному застосовують передачі, вали і муфти.

Механічні пере­дачі обертового руху називають іще просто передачами (інші види передач – гідравлічні, пневматичні і т.д. – в курсі деталей машин не розглядаються).

Отже, пе­редачі - це механізми, що призначені передавати енергію з одного вала на інший, при тому, як правило, зі зміною, тобто зменшенням кутових швидкостей або їх збільшенням і відповідною зміною сил та крутних моментів. У деяких механізмах передачі застосовують для перетворення виду або закону руху.

Передачі обертового руху по­діляються на передачі з безпосереднім контактом тіл обертання (рисунки 3.5; 3.8; 3.9) і передачі з гнучкою пов'яззю (рисунки 3.6; 3.7), в яких тіла обертання зв'язані між со­бою гнучкою ланкою (елементом). До перших належать фрикційні (рисунок 3.5, а і б), зубчасті (рисунки 3.8; 3.10; 3.11) та черв'ячні (рисунок 3.9), а до других - пасові і ланцюгові (рисунки 3.6; 3.7).

а) б) Рисунок 3.5 – Фрикційні передачі а) – передача від одного циліндричного катка до іншого; б) – передача з конічними фрикційними котками, коли осі валів перетинаються

Рисунок 3.6 – Клинопасова передача	Рисунок 3.7 – Ланцюгова передача
Рисунок 3.8 – Зубчаста циліндрична передача	Рисунок 3.9 – Черв’ячна передача

Залежно від способу передачі руху від ведучої ланки до веденої, розрізняють передачі тертям (рисунки 3.5; 3.6;) і передачі зачепленням (рисунки 3.7; 3.8; 3.9; 3.10; 3.11). Перші - передачі пасові та фрикційні, другі - зубчасті, черв'ячні і ланцюгові.

Залежно від розміщення валів у просторі обертовий рух може передаватися паралельними (рисунки 3.5,а; 3.6; 3.7; 3.8; 3.10, а,б), співвісними (рисунок 3.11), мимобіжними (рисунки 3.9; 3.10, в, д) або валами, що перетинаються (рисунки 3.5, б; 3.10, г).

За характером руху валів розрізняють:

- прості передачі, в яких вали обертаються лише навколо своїх осей, а осі валів та спряжені з ними деталі залишаються у просторі нерухоми­ми, і

- планетарні, в яких вісі та спряжені з ними деталі (сателіти) переміщуються у просторі. Є ще хвильові передачі як різновид планетарних. Планетарні передачі складаються як із зубчастих, так і з фрикційних коліс, у якій геометрична вісь хоча б одного з коліс рухома. Найбільше розповсюдження отримали зубчасті планетарні

Рисунок 3.10 – Види зубчастих передач а) – косозуба циліндрична з паралельними осями; б) – шевронна циліндрична з паралельними осями; в) – гвинтова циліндрична з мимобіжними осями; г) – конічна прямозуба з осями, що перетинаються; д) – гіпоідна або конічна гвинтова з мимобіжними осями; е) – рейкова передача

передачі (рисунок 3.11).

а) б) Рисунок 3.11 – Кінематична схема: а) – планетарної зубчастої передачі; б) – хвильової зубчастої передачі

Передача “гвинт-гайка” (рисунок 3.12) належить до тих, що перетворюють вид або закон руху, в даному разі перетворює обертовий рух на поступальний.

Рисунок 3.12 – Приклад застосування передачі гвинт-гайка у домкратах (ліварах)

За конструктивним оформленням передачі можуть бути від­критими, бо не мають спільного корпуса, і закритими, тобто роз­міщені в спільному корпусі, який забезпечує герметичність та постійне змащення передачі.

Передача, що встановлена в закритому корпусі й призначена для зниження кутової швидкості і підвищення крутного моменту на веденому валу, називається редуктором (рисунок 3.13). Встановлення передачі в окремому корпусі гарантує точність складання, краще мащення, більш високий коефіцієнт корисної дії (ККД), менше зношування, а також захист від попадання до неї пилу й бруду. Тому замість відкритих передач у всіх відповідальних установках застосовують редуктори.

а) б) Рисунок 3.13 – Двоступінчастий редуктор з циліндричними косозубими зубчастими колесами а) – редуктор із знятою кришкою; б) – кінематична схема редуктора: Б – вхідний, бистрохідний вал редуктора; Т – вихідний, тихохідний вал

Передача, що розміщена в окремому корпусі й призначена для підвищення кутової швидкості веденого валу, називається пришвидшувачем або мультиплікатором.

Залежно від кількості окремих передач, які взаємно пов'язані в перетворенні руху як одна передача, розрізняють передачі одно-ступінчасті та багатоступінчасті однорідної та неоднорідної струк­тур. Наприклад, передача зубчаста закрита одноступінчаста, або передача зубчаста закрита дво-, три-, чотири- та п'ятиступінчаста.

Деталі групи елементів обслуговування передач. Обертові деталі пе­редач (зубчасті колеса, шківи, зірочки) встановлюються на валах, а ходові колеса тощо – на осях.

Вали (рисунок 3.14)призначені для передачі крутних моментів від одного до іншого, а також для підтримання вказаних деталей; вісі (рисунок 3.15) лише підтримують обертові деталі без пе­редачі корисних крутних моментів. За умов конструктивного рішення виробу вісь може або обертатися або бути нерухомою. Вал завжди обертається і завжди передає крутний момент, тобто передає механічну роботу, наприклад вал редуктора (рисунок 3.13), вал зубчатої і пасової передачі (рисунок 3.14).

Опорні частини валів та осей називають цапфами або шийками.

Рисунок 3.14 – Вал зубчастої конічної і пасової передач

а) б) Рисунок 3.15 – Приклад застосування осі: а) – що обертається; б) – що нерухома

Вали класифікують:

- за призначенням: вали передач, що несуть на собі зубчасті колеса, шківи, зірочки, зірочки, муфти та інші деталі передач;

корінні вали що несуть на собі, окрім деталей передач, робочі органи машин, двигунів або знарядь - колеса або диски турбін; затискні патрони; кривошипи тощо);

- за формою геометричної осі: прямі; кривошипні і колінчасті; гнучкі;

- за формою і конструктивною ознакою: гладкі постійного попереччя (наприклад, трансмісійні, вали гребних гвинтів тощо); ступінчасто-змінного попереччя (вали більшості передач; шліцьові вали; вали-черв’які і вали-шестірні).

Вали з'єднують муфтами (рисунок 3.16). Муфти передають обертовий рух та крутний момент з одного вала на інший, що розташовані співвісно. Проте можливе з’єднання і не співвісних валів. Деякі муфти (глухі – рисунок 3.17) можуть передавати також гнучи моменти і осьові зусилля, тобто з’єднувати вали в одне ціле – “наглухо”.

Рисунок 3.16 – З’єднання вала електродвигуна з валом редуктора за допомогою муфти 1 – електродвигун; 2 – муфта; 3 - редуктор

а) б) Рисунок 3.17 – Нерозчіпні (глухі, постійні) муфти а) – втулкова муфта; б) – фланцева муфта

Поряд зі з’єднувальними функціями (кінематичними та силовими) муфти часто виконують одночасно ще й інші функції, а саме:

- керування роботою – вмикання і вимикання виконавчого механізму при двигуні, що працює;

- полегшення запуску машини та інше здійснюється за допомогою керованих муфт;

- регулювання параметрів – обмеження частоти обертання (максимальної чи мінімальної); запобігання від випадкових (недопустимих) перевантажень деталей і машин здійснюється запобіжними муфтами (рисунок 3.18);

- компенсація похибок монтажу і пов’язаних з ними негативних наслідків – компенсація неточностей у відносному розташуванні валів (поздовжньому, поперечному, кутовому), які виникають при монтажі обладнання (рисунок 3.19);

- ослаблення вібрацій, поштовхів та ударів – за допомогою компенсованих муфт.

Рисунок 3.18 – Муфта запобіжна кулачкова	Рисунок 3.19 – Муфта кулачково-дискова Компенсує поздовжні зміщення валів і їх неспіввісність

За характером з’єднання валів муфти поділяються на не- розчіпні (постійні) і зчіпні (керовані та самокеровані).

Найуживаніші муфти як складальні одиниці стандартизовані (стандарт України – ДСТУ, міждержавні – ГОСТ та галузеві). Значну кількість стандартів на муфти розроблено спеціалістами Науково-дослідного і проектно-конструкторського Інституту редукторобуду-вання (НДІ редуктор) Мінмашпрому України, що прийняті як міждержавні стандарти країн СНД.

Осі та вали обертаються у підшипниках (вальницях). Залежно від виду тертя розрізняють підшипники ковзання (рисунок 3.20), у яких опорна поверхня осі або вала ковзає по робочій поверхні підшипника, і підшипники котіння (рисунок 3.21), в яких використовується тертя котіння завдяки встановленості котіння у вигляді кульок або роликів між опорними поверхнями осі чи вала і підшипника.

Корпуси підшипників ковзання виготовляють суцільними або рознімними. Суцільні корпуси простіші у виготовленні і жорсткіші, ніж рознімні. Але вони потребують осьового монтажу вала, що для важких валів має неабиякі труднощі. Тому суцільні корпуси застосовують для валів невеликих діаметрів. Для колінчастих валів вони не використовуються.

Рисунок 3.20 – Підшипник ковзання 1 – корпус; 2 – вкладка; 3 – мастильна канавка

Вкладки до підшипників ковзання застосовують для того, щоб не виготовляти корпуси з дорогих антифрикційних матеріалів і можливості заміни цих вкладок після їх спрацювання.

Вкладки в нерознімних підшипниках ковзання виготовляють у вигляді втулок, а в звичайних рознімних підшипниках – з двох половин.

Підшипники ковзання працюють тим надійніше, чим вища твердість шийок валів. Шийки, як правило, гартують до твердості 55-60 HRC.

Підшипники котіння - це елементи опор осей, валів та ін­ших деталей, робота яких ґрунтується на використанні принципу тертя котіння. Вони призначені для сприйняття радіальних, осьо­вих та комбінованих постійних і циклічних навантажень і є осно­вними видами опор у машинах. Спектр їхнього використання найрізноманітніший - від приладів точної механіки (наприклад, годинників) до автосамоскидів великої вантажності, літаків-гігантів типу "Мрія", великих океанських суден, блюмінгів та ін., тобто у різних галузях машинобудування.

Підшипник котіння (рисунок 3.21) складається із зовнішнього 1 та внутрішнього 2 кілець, тіл котіння (кульок чи роликів) 3 і сепа­ратора 4, який розділяє і спрямовує тіла котіння.

Тіла котіння переміщуються по бігових доріжках, що розмі­щені на циліндричних або конічних поверхнях кілець. У підшип­никах, призначених для сприйняття тільки осьових сил, бігові доріжки для тіл котіння розташовані на торцевій по­верхні кілець. В окремих спеціальних випадках підшипники мо­жуть мати лише одне кільце або жодного, а тіла котіння розміщу­ються на бігових доріжках, виконаних на поверхнях з'єднуваних деталей.

Рисунок 3.21 – Підшипники котіння а) кулькові; б) - роликові 1- зовнішнє кільце; 2 – внутрішнє кільце; 3 – тіла котіння (кульки, ролики); 4 – сепаратор; А – бігові доріжки	Рисунок 3.22 – Встановлення підшипника котіння: на вал монтують внутрішнє кільце, в корпус - зовнішнє

Підшипники котіння стандартизовані і виготовляються на спеціальних підприємствах. В Україні зараз п'ять заводів, які про­дукують підшипники котіння (в містах Харкові, Вінниці, Луцьку, Гніванні Вінницької області, Шахтарську Донецької області).

Якщо деталі в машинах рухаються поступально, то вони під­тримуються напрямними поступального руху ковзання і котіння. Вальниці і напрямні опираються на стовби та інші корпусні деталі.

Деталі групи пружних елементів. Це пружини і ресори, які мають широке застосування в сучасних машинах, верстатах, приладах. Пружини у складі машин і механізмів виконують відповідальні і складні функції, а саме:

- здійснюють зворотний хід в кулачкових та інших механізмах;

- створюють задані постійні сили - початкового стиску або на­тягу в передачах тертям, гальмах, фрикційних муфтах, клапанах, запобіжних пристроях, підшипниках; урівноважують сили важко­сті та інші сили;

- виконують функції двигуна завдяки попередньому акумулю­ванню енергії шляхом заводу (пружини приладів точної механіки, наприклад, годинників);

- здійснюють силове замикання кінематичних пар, в основно­му кулачкових, щоб позбутися впливу люфтів (проміжків) на точ­ність переміщень або спростити конструкцію механізмів;

- служать як віброізолятори чи амортизатори в транспортних машинах - автомобілях, вагонах, приладах, опорах машин;

- приймають енергію ударів (буферні пружини вагонів, арти­лерійських гарматах тощо); завдяки пружним елементам енергія удару поглинається на великих переміщеннях, і сила удару відпо­відно зменшується; буферні та віброізоляційні пружини на відмі­ну від попередніх акумулюють не корисну, а шкідливу для роботи машини енергію;

- служать для вимірювання сил, температур, переміщень, які спричинюють пружні деформації пружин (у вимірювальних при­ладах)

Рисунок 3.23 – Види пружин а, в, г – гвинтові циліндричні; в, д – гвинтові конічні; а, б, в, д – стиску; г – розтягу; е – приклад застосування пружини стиску у виробі

За видом навантаження розрізняють пружини розтягу, стис­ку, кручення та згину, а за формою та конструкцією - на гвинтові та іншої форми (рисунок 3.23). Найпоширенішими є виті циліндричні гвинтові пружини роз­тягу і стиску, які виготовляються з дроту круглого перерізу (діа­метр дроту умовно до 10 мм). Але коли діаметр заготовки сягає 100 мм і більше, то це вже не дріт, а спеціальний прокат круглого перерізу (пружини-амортизатори ракетних установок).

Пружини розтягу (рисунок 3.23, г), як правило, навивають без просвітів між витками, а у більшості випадків - з початковим на­тягом (тиском) між витками, який частково компенсує зовнішнє навантаження.

У конструкціях пружин розтягу передбачені зачіпки - кінцеві відігнуті витки, якими ці пружини сприймають зовнішнє навантаження (для пружин діаметром до 4 мм). Витки-зачіпки мають високу концентрацію напруг у місцях відгину і зменшений втомний опір.

Пружини стиску (рисунок 3,23 а, б, в, д) навивають з просвітом між витками, який повинен на 10-20% перевищувати осьові пружні переміщення кожного витка при найбільшому зовнішньому на­вантаженні.

Для створення опорних площин кінцеві витки пружин стиску підтискуються до сусідніх і їх зішліфовують перпендикулярно осі.

Якщо пружини довгі, то вони під навантаженням втрачають стійкість (роздаються). Тому такі пружини ставлять на спеціальні оправки або в стакани.

До матеріалів пружин ставляться вимоги: високі і стабільні у часі пружні властивості; достатня міцність та стійкість проти втомного руйнування; при роботі в умовах підвищених темпера­тур - задовільна термостійкість; достатня пластичність; задовіль­на корозійна стійкість.

Матеріали дроту для пружин стандартизовані. Це сталі:

- інст­рументально-пружинні У8А, У9А,У10А,У11А, У12А,;

- високовуглецеві та марганцеві 65, 70, 75, 65Г, 55ГС;

- спеціальні ресорно-пружинні кремнієві 55С2, 60С2, 60С2А, 70СЗ, 70СЗА, хромомарганцеві 50ХГ, 50ХГА, хромованадієва 50ХФА.

Пружини з дроту діаметром 8 ¸ 10 мм виготовляють холод­ною навивкою переважно з дроту, який пройшов термообробку, і після навивки піддають тільки відпуску. Пружини більших пере­різів навивають у гарячому стані, потім загартовують.

Пружини, для яких робоче навантаження постійне або змі­нюється з обмеженою кількістю циклів, потрібно попередньо пружно-пластично деформувати - заневолювати.

Це робиться так: протягом 10 ¸ 50 годин пружини наванта­жують зусиллям (у напрямі дії робочого навантаження), яке спричинює напругу, вищу від границі пружності. Тоді в результа­ті заневолювання зовнішні волокна витків дістають залишкові деформації. Після цього у ненавантаженій пружині зовнішні во­локна витків під час взаємодії з внутрішніми дістають залишкові напруги протилежного знаку відносно робочих напруг. Якщо на­вантажувати ці пружини робочим зусиллям, то залишкові напру­ги частково компенсують робочі напруги, а це підвищує тримкість пружин до 25%.

Група масомістких деталей: маховики, маятники, баби, тяга­рі, шаботи, які забезпечують рівномірність руху, зрівноважують деталі машин, нагромаджують енергію для збільшення сили удару або сприйняття її.

Група деталей і складальних одиниць для захисту машин від забруднення і для змащення.

Для захисту зубчастих передач від забруднення і для змащення їх роз­міщують в спільному корпусі, який забезпечує герметичність та постійне змащення передачі. Зубчастий, черв’ячний або зубчасто-черв’ячний передавальний механізм, що виконаний у закритому корпусі і призначений для зменшення кутової швидкості, а отже для підвищення крутного моменту, як було зазначено вище, називають редуктором.

Корпусні деталі (рисунок 3.24) мають, як правило, складну форму, тому виготовляють їх найчастіше литвом, в окремих випадках методом зварювання (при одиничному і дрібносерійному виробництві). Найбільш поширеним матеріалом для литих корпусів є сірий чавун (наприклад, СЧ 15), при необхідності зменшити масу – легкі сплави (наприклад, силумін).

Корпусна деталь складається із стінок, бобишек, фланців, ребер і інших елементів, що сполучені в єдине ціле.

Товщину d стінки, що відповідає вимогам технології литва, знаходять за формулою

,

де Т – крутний момент на тихохідном валу, Н×м.

Для зручності складання корпус виконують роз'ємним. Площина роз'єму проходить через осі валів. Тому в багатоступінчастих редукторах осі валів розташовують в одній площині. Площину роз'єму для зручності обробки розташовують паралельно площини підстави. Верхню поверхню кришки, що є технологічною базою для обробки площини роз'єму, також виконують горизонтальною.

Для захисту підшипників від попадання пилу, бруду і різних абразивних часток, а також для упередження витікання мастила з корпусу редуктора застосовують ущільнення підшипникових складальних одиниць.

Широкого поширення набули манжетні ущільнення, які володіють високою надійністю і хорошими ущільнюючими властивостями. Манжета (рисунок3.25) складається з корпусу 2, що виготовляють з бензомаслостійкої гуми, і браслетної пружини 1. Каркас надає корпусу манжети жорсткість. Браслетна пружина стя -

Рисунок 3.24 – Одноступінчастий редуктор з циліндричними косозубими колесами

гує ущільнюючу частину манжети, від чого утворюється робоча кромка шириною b = 0,4 ¸ 0,6 мм, яка щільно охоплює поверхню вала (рисунок 3.25, в).

Канавочні ущільнення застосовують для підшипникових складальних одиниць, що працюють в чистому середовищі при швидкостях до 5 м/с і пластичному змащувальному матеріалі. Зазор в канавках заповнюється змащувальним матеріалом. Форми канавок можуть бути: прямокутні, у вигляді трапеції, напівкруглі.

	а)   б)   в) Рисунок 3.26 – Види ущільнення підшипникових складальних одиниць а) – карнавочні ущільнення разом з войлочним кільцем; б) – лабіринтове ущільнення; в) комбіноване ущіль-нення
Рисунок 3.25 – Манжета а)- будова манжети; б) – додаткова робоча кромка для роботи у забрудненому середовищі; в) – робоча кромка манжети, що утворює браслетна пружина; 1 – браслетна пружина; 2 – корпус; 3 – каркас із сталевого кільця; 4 – додаткова робоча кромка

Лабіринтові ущільнення найбільш досконалі зі всіх засобів захисту підшипникових складальних одиниць. Будучи без контакт-ними, вони придатні для роботи при будь-яких швидкостях. Зазор в лабіринтах заповнюється пластичним змащувальним матеріалом незалежно від виду змащувального матеріалу підшипника.

У відповідальних конструкціях застосовують комбіновані ущільнення в різних поєднаннях, наприклад, лабиринтно-канавочні ущільнення.

Ще існує група спеціальних деталей певних класів машин: енергетичних (циліндри, поршні, клапани, лопатки, диски турбін, ротори і стато­ри електричних машин); транспортних (колеса, гусениці, рейки, гвинти водяні та повітряні, гайки, ковші, грейфери тощо).

---

Дата добавления: 2015-10-24