Разъемные соединения металлических изделий
Обновлено: 02.07.2024
Автор видеоурока: к.пед.н., доцент кафедры ИГиСАПР Кайгородцева Н.В.
РАЗЪЕМНЫЕ И НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Все существующие соединения деталей можно разделить на разъемные и неразъемные.
Разборка неразъемных соединений может быть осуществлена только такими средствами, которые приводят к частичному разрушению деталей, входящих в соединение.
К неразъемным соединениям относятся: клепаные, сварные, полученные пайкой, склеиванием, сшиванием, а также соединения, полученные путем запрессовки деталей с натягом. На чертежах используют условные изображения швов сварных соединений по ГОСТ 2.312—73 и соединений, получаемых клепкой, пайкой, склеиванием, сшиванием и т. д., по ГОСТ 2.313—82 (СТ СЭВ 138—81).
Разъемное соединение позволяет многократно выполнять его разборку и последующую сборку, при этом целостность деталей, входящих в соединение, не нарушается.
К неразъемным соединениям относятся: резьбовые соединения с помощью штифтов, клиньев и шпонок, а также зубчатые (шлицевые) соединения.
РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Помимо резьбовых соединений, осуществляемых при помощи стандартных крепежных деталей (болтов, шпилек и винтов), находят широкое применение резьбовые соединения, в которых резьба выполняется непосредственно на деталях, входящих в соединение. Это соединение получается навинчиванием одной детали на другую.
На рис. 379 представлено соединение трубы 1 со штуцером 2, осуществляемое при помощи накидной гайки 3 и втулки 4, прижимающей коническую развальцованную часть трубы к штуцеру.
СОЕДИНЕНИЕ КЛИНОМ
Соединение клином применяется в случаях необходимости быстрой разборки и сборки соединяемых деталей машин, а также для стягивания деталей с регулированием соответствующих зазоров между ними.
Изображенное на рис. 380 соединение клином служит для стягивания и регулирования зазоров вкладыша головки шатуна в его корпусе. Клин 1 совместно с пластиной 3 плотно вставляется в пазы корпуса и стяжного хомута 5 и затем закрепляется там при помощи упорного винта 2 с квадратной головкой. Для предупреждения самоотвинчивания винта ставится контргайка 4.
Клин 1, выполненный из стали, представляет собой брусок, имеющий с одной стороны скос с определенным уклоном. По краям и торцам клин скругляется.
СОЕДИНЕНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ШТИФТОВ
Одним из видов разъемного соединения деталей является соединение их с помощью штифтов. По форме штифты разделяются на цилиндрические и конические (рис. 381), имеются штифты и другой формы. Применяются штифты для взаимной установки деталей (установочные штифты), а также в качестве соединительных и предохранительных деталей.
Цилиндрические штифты выполняются по ГОСТ 3128—70 (СТ СЭВ 238—75, СТ СЭВ 239—75).
Размеры и параметры конических штифтов устанавливает ГОСТ 3129—70 (СТ СЭВ 238—75, СТ СЭВ 240—75).
Конические штифты выполняются с конусностью 1:50.
ШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
Шпоночное соединение бывает двух видов: неподвижное и подвижное. Наиболее распространено неподвижное соединение шпонками валов с насаженными на них деталями, например, маховиками, шкивами, зубчатыми колесами, муфтами, звездочками цепных передач, кулачками. Эти соединения просты по выполнению, компактны, легко разбираются и собираются.
В таком соединении часть шпонки входит в паз вала, а часть — в паз ступицы колеса (рис. 382).
Форма и размеры шпонок стандартизованы и зависят от диаметра вала и условий эксплуатации соединяемых деталей. Большинство стандартных шпонок представляют собой деталь призматической, сегментной или клиновидной формы с прямоугольным поперечным сечением. Шпонки в продольном разрезе показываются нерассеченными независимо от их формы и размеров
Наибольшее распространение имеют призматические шпонки (рис. 383, а), которые, располагаясь в пазу вала, несколько выступают из него и входят в паз, выполненный во втулке (ступице) детали, соединяемой с валом. Передача вращения от вала к втулке (или наоборот) производится рабочими боковыми гранями шпонки.
После сборки шпоночного соединения (рис. 383, а) между пазом втулки и верхней гранью шпонки должен быть небольшой зазор; размеры пазов на валу и во втул А выбирают по ГОСТ 23360—78 (СТ СЭВ 189— 79).
Призматические шпонки по ГОСТ 23360—78 изготовляют в трех исполнениях (рис. 384).
Размеры сечений призматических шпонок и соответствующих им пазов определяются диаметром вала, на котором устанавливается шпонка (табл. 37). Например, шпонка для вала диаметром d=45 мм должна иметь ширину сечения 6=14 мм и высоту 9 мм. Размеры пазов для выбранной шпонки (см. табл. 37) характеризуются величинами t1=5,5 мм — для вала и t2= 3,8 мм — для втулки (см. рис. 384). На чертеже вала обычно наносят размер а на чертеже втулки колеса всегда d+t2 (см. рис. 384). Необходимая длина шпонки в зависимости от условий работы и действующих на шпоночное соединение сил выбирается по ГОСТ 23360—78.
Условное обозначение шпонки исполнения 1 с вышеуказанными размерами (b= 18, h = 11 и l=65 мм) имеет вид: Шпонка 18x11x65
При тех же размерах шпонка исполнения 2 имеет условное обозначение: Шпонка 2—8x7x45
Сегментные шпонки применяются для соединения с валом деталей, имеющих сравнительно короткие втулки (рис. 383, б). Размеры сегментных шпонок и пазов устанавливает ГОСТ 24071—80 (СТ СЭВ 647—77). Условное обозначение сегментной шпонки толщиной b=6 мм и высотой h=13 мм:
Шпонка 6x13 ГОСТ24071—80.
Значительно реже применяются клиновые шпонки, ГОСТ 24068—80 (СТ СЭВ 645—77) (см. рис. 383, г).
Условное обозначение: Шпонка 2—8x7x45
ЗУБЧАТОЕ (ШЛИЦЕВОЕ) СОЕДИНЕНИЕ
Зубчатое, или шлицевое, соединение какой-либо детали с валом образуется выступами, имеющимися на валу, и впадинами такого же профиля во втулке или ступице (рис. 385, а). Это соединение аналогично шпоночному, но так как выступов несколько, то это соединение по сравнению со шпоночным имеет значительное преимущество. Оно способно передавать большие крутящие моменты, легко осуществлять общее центрирование втулки и вала и их осевое перемещение. Поэтому его применяют в ответственных конструкциях машиностроения.
По форме поперечного сечения выступов зубчатые соединения делятся на: соединения прямобочного профиля — ГОСТ 1139—80 (СТ СЭВ 187—75, СТ СЭВ 188—75), (рис. 386, а) и эвольвентного профиля — ГОСТ 6033—80 (СТ СЭВ 259—76, СТ СЭВ 268—76, СТ СЭВ 269—76, СТ СЭВ 517—77) (рис. 386, б).
На рис. 387 представлены примеры условных изображений шлицевых соединений на чертежах. Эти условности преследуют цель сделать чертеж более простым, наглядным и легко выполнимым.
В машиностроении широко применяются зубчатые соединения прямобочного профиля, выполняемые по ГОСТ 1139—80, который устанавливает размеры элементов соединения, их предельные отклонения и условные обозначения.
Соединения прямобочного профиля характеризуются числом зубьев z, диаметрами d и D, шириной зуба b. ГОСТ 1139—80 предусматривает различные сочетания z, d и D, каждому из которых соответствует определенное значение b. Эти сочетания образуют три серии: легкую, среднюю и тяжелую.
Центрирование втулки (ступицы) на валу может осуществляться:
а) по окружности диаметра D (наиболее технологичное) (рис. 388, а), зазор по диаметру ;
б) по окружности диаметра d (рис. 388, б), зазор по диаметру D;
в) по размеру b (по боковым сторонам зубьев) (рис. 388, в), зазоры по диаметрам d и D.
В общем случае условное обозначение шлицевых валов, отверстий и их соединений содержит: поверхность центрирования (d, D или число зубьев, внутренний диаметр, наружный диаметр, ширину зуба, посадки.
Пример условного обозначения втулки с числом зубьев z=8, внутренним диаметром 36 мм, наружным диаметром D=40 мм, шириной зубьев b=1 мм с центрированием по внутреннему диаметру, с посадками по диаметру центрирования — H7, по диаметру D — Н12:
В курсе «Черчение» обычно применяется условное обозначение в упрощенном виде (без предельных отклонений размеров), например, d—8x36x40x8 (рис. 389).
ГОСТ 2.409—74 (СТ СЭВ 650—77) устанавливает условные изображения зубчатых (шлицевых) валов, отверстий и их соединений, а также правила выполнения элементов соединений на чертежах зубчатых валов и отверстий.
Окружности и образующие поверхностей впадин на изображениях зубчатого вала и отверстия показывают сплошными тонкими линиями (см. рис. 387, а), при этом сплошная тонкая линия поверхности впадин на проекции вала на плоскость, параллельную его оси, должна пересекать линию границы фаски. На разрезах образующие поверхности впадин и отверстия показывают сплошными основными линиями (см. рис. 387).
На продольных разрезах и сечениях зубья валов и впадины отверстия ступиц совмещают с плоскостью чертежа, при этом зубья показывают нерассеченными, а образующие, соответствующие диаметрам и D, показывают сплошными толстыми линиями (см. рис. 387, а и б).
На проекциях вала, перпендикулярных его оси, а также в поперечных разрезах и сечениях окружности впадин показывают сплошными тонкими линиями.
Делительные окружности и образующие делительных поверхностей показывают штрихпунктирной тонкой линией.
На изображениях перпендикулярных оси вала или отверстия изображают профиль одного зуба и двух впадин. Сплошной толстой — основной линией проводятся окружности, соответствующие диаметру D (для вала) и диаметру d (для отверстия ступицы). Сплошной тонкой линией проводятся окружности, соответствующие диаметру d (для вала) и диаметру D (для отверстия).
На рабочих чертежах зубчатых валов указывают длину зубьев полного профиля l1 до сбега (рис. 389, а), а на полке линии-выноски, заканчивающейся стрелкой, условное обозначение соединения.
Допускается указывать полную длину зубьев наибольший радиус инструмента (фрезы) Rmax и длину сбега l2. Остальные размеры назначаются конструктивно.
На рис. 390 показаны примеры условного изображения шлицевых соединений прямобочного профиля.
СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Сварные соединения широко применяются в технике, особенно в машиностроении.
При помощи сварки соединяются детали машин, металлоконструкции мостов и т. п.
На рис. 391 показано соединение деталей, выполненное при помощи сварки. На чертеже при изображении разреза сварной конструкции свариваемые детали должны быть заштрихованы тонкими линиями в разных направлениях (рис. 391, б).
Заклепочное соединение применяется в соединениях деталей из металлов, в основом плохо поддающихся сварке, при соединениях металлических изделий с неметаллическими. Эти соединения применяются в конструкциях, работающих под действием ударных и вибрационных нагрузок. Например, при изготовлении металлоконструкций мостов кроме сварного соединения в некоторых случаях применяют заклепочное соединение (рис. 392).
Заклепка представляет собой стержень круглого сечения, имеющий с одного конца головку, форма головки бывает различной.
На рис. 393, а показано соединение двух деталей при помощи заклепок с полукруглой (сферической) головкой. В соединяемых деталях выполняются отверстия, диаметр которых несколько больше диаметра непоставленной заклепки.. Заклепка вставляется в отверстия в деталях, и ее свободный конец расклепывается обжимками клепального молотка или машины. Длина стержня заклепки L выбирается так, чтобы выступающая из детали часть была достаточной для придания ей в процессе расклепки необходимой формы. При расклепке происходит осаживание стержня, который заполняет отверстия, выполненные в соединяемых деталях. В зависимости от диаметра заклепки она расклепывается в холодном или предварительно нагретом состоянии. Заклепки со сплошным стержнем в продольном разрезе изображаются нерассеченными (рис. 393, б и в). Заклепочные швы выполняются внахлестку (рис. 393, б) или встык с накладками (рис. 393,в).
По расположению заклепок в соединениях различают однорядные (рис. 393, б) и многорядные (рис. 393, в) заклепочные швы. Расположение заклепок в рядах может быть шахматное и параллельное.
Шагом размещения заклепок называется расстояние между осями двух соседних заклепок, измеренное параллельно кромке шва (рис. 393, в).
Заклепки нормальной точности с полукруглой (сферической) головкой, получившие широкое распространение, выполняются по ГОСТ 10299—80 (СТ СЭВ 1019—78).
Условное обозначение заклепки диаметра стержня d=6 мм и длиной L= 24 мм: Заклепка 6x24 ГОСТ 10299—80
Помимо заклепок с полукруглой головкой находят применение заклепки с потайной [ГОСТ 10300—80 (СТ СЭВ 1020—78)], полупотайной [ГОСТ 10301—80 (СТ СЭВ 1022—78)] и с плоской головкой (ГОСТ 10303— 80).
Соединения деталей из мягких материалов (кожи, картона, полимеров — пластмасс и т. п.), не требующие повышенной точности, могут выполняться с помощью пустотелых (трубчатых) заклепок, изображенных на рис. 393, г. Размеры и параметры таких заклепок приведены в ГОСТ 12638—-80 — ГОСТ 12644—80.
При выполнении рабочих чертежей клапанного соединения ГОСТ 2.313—82 (СТ СЭВ 138—81) допускает применять упрощения. Размещение заклепок указывают на чертеже условным знаком «+». Все конструктивные элементы и размеры шва клепаного соединения указывают на чертеже, как показано на рис. 394, а.
В проекции на плоскость, перпендикулярную оси, заклепки должны изображаться небольшими крестиками, нанесенными тонкими линиями.
Если изделие, изображенное на сборочном чертеже, имеет многорядное клепаное соединение, то одну или две заклепки в сечении или на виде надо показывать условным символом, остальные — центровыми или осевыми линиями (рис. 394, а).
Когда на чертеже имеется несколько групп заклепок, различных по типам и размерам, рекомендуется одинаковые заклепки обозначать условными знаками (рис. 394, б) или одинаковыми буквами (рис. 394, в).
СОЕДИНЕНИЯ ПАЙКОЙ И СКЛЕИВАНИЕМ
При соединении пайкой в отличие от сварки место спайки нагревается лишь до температуры плавления припоя, которая намного ниже температуры плавления материала соединяемых деталей. Соединение деталей получается благодаря заполнению зазора между ними расплавленным припоем (рис. 395).
Швы неразъемных соединений, получаемые пайкой и склеиванием, изображают условно по ГОСТ 2.313— 82 (СТ СЭВ 138—81).
Припой или клей в разрезах и на видах изображают линией в два раза толще основной сплошной линии (рис. 396). Для обозначения пайки (рис. 396, или склеивания (рис. 396, г, д и е) применяют условные знаки, которые наносят на линии-выноске от сплошной основной линии. Швы, выполненные пайкой или склеиванием по периметру, обозначаются линией-выноской, заканчивающейся окружностью диаметром 3. 5 мм (рис. 396, б и в). Швы, ограниченные определенным участком, следует обозначать, как показано на рис. 396, в и е. На изображении паяного соединения при необходимости указывают требования к качеству шва в технических требованиях. Ссылку на номер пункта помещают на полке линии-выноски, проведенной от изображения шва.
На полке линии-выноски ставится номер пункта технических требований, где указана марка припоя или клея.
СОЕДИНЕНИЕ ЗАФОРМОВКОЙ И ОПРЕССОВКОЙ
Изделия, изготовляемые путем опрессовки и заформовки (рис. 397), широко применяются в машиностроении. Армированные изделия повышают качество изделия. Методом прессования из пластмасс можно получить в массовом производстве изделия с высокими параметрами шероховатости.
При изготовлении деталей применяют наплавки и заливки металлом, полимером (пластмассой), резиной и т. п. Это защищает соединяемые элементы от коррозии и химического воздействия, а иногда является изоляцией одних токонесущих деталей от других.
Детали машин
К разъемным соединениям относят резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые и некоторые другие соединения. Выбор типа соединения зависит от предъявляемых к нему требований: конструктивных, технологических и экономических.
Резьбовые соединения
Резьбовыми называют соединения составных частей изделия с применением деталей, имеющих резьбу. Они наиболее распространены в приборо- и машиностроении. Резьбовые соединения бывают двух типов: соединения с помощью специальных резьбовых крепежных деталей (болтов, винтов, шпилек, гаек) и соединения свинчиванием соединяемых деталей, т.е. резьбы, нанесенной непосредственно на соединяемые детали.
Достоинствами резьбовых соединений являются простота, удобство сборки и разборки, широкая номенклатура, стандартизация и массовый характер производства крепежных резьбовых деталей, взаимозаменяемость, относительно невысокая стоимость и высокая надежность.
Недостатками резьбовых соединений являются наличие концентраций напряжений во впадинах резьбы, что снижает прочность соединений; чувствительность к вибрационным и ударным воздействиям, которые могут привести к самоотвинчиванию и низкая точность взаимоположения соединяемых деталей.
Основным элементом соединения является резьба, т.е. поверхность, которая образуется при винтовом движении плоской фигуры по цилиндрической или конической поверхности. Соответственно различают цилиндрическую и коническую резьбы.
По профилю выступа и канавки резьбы в плоскости осевого сечения резьбы делятся на треугольные, трапецеидальные симметричные, трапецеидальные несимметричные или упорные, прямоугольные и круглые.
По назначению резьбы разделяют на крепежные , крепежно-уплотнительные и ходовые .
Крепежные резьбы применяют для соединения деталей, а ходовые – в передаточных механизмах.
Крепежные резьбы имеют, как правило, треугольный профиль с притупленными вершинами и дном впадин. Это повышает прочность резьбы и стойкость инструмента при получении резьбы.
Крепежная резьба бывает метрической , дюймовой и трубной .
Наиболее широко применяется метрическая резьба. Угол профиля, т.е. угол между смежными боковыми сторонами резьбы в плоскости осевого сечения, метрической резьбы α = 60°.
Стандартом предусмотрена резьба с крупным и мелким шагом.
Резьбу с крупным шагом обозначают М (метрическая) , при этом указывают значения наружного диаметра, например, М6, М8 и т.д. Для резьб с мелким шагом дополнительно указывают значение шага, например, М6×0,75, М8×1 и т.д.
Дюймовая резьба используется при замене деталей устройств, импортируемых из стран с дюймовой системой мер. Угол профиля дюймовой резьбы - α = 55°.
Основными крепежными деталями резьбовых соединений являются болты, винты, шпильки, гайки, шайбы и стопорные устройства, предохраняющие гайки от самоотвинчивания.
Рассмотрим каждое из них.
Болт – цилиндрический стержень с шестигранной головкой на одном конце и резьбой – на другом. Болты в соединении используют в комплекте с гайкой, при этом резьба в соединяемых деталях не используется (рис. 1, а) .
Винты – цилиндрические стрежни с головкой на одном конце и резьбой – на другом. Винт ввертывается в резьбовое отверстие одной из скрепляемых деталей (рис. 1, б) , головки винтов могут иметь различную форму (цилиндрическую, полукруглую и др.).
Шпилька – цилиндрический стержень с резьбой на обоих концах, одним концом она ввертывается в одну из скрепляемых деталей, а на другой ее конец навертывается гайка (рис. 1, в) .
Соединения при помощи шпилек применяют в тех случаях, когда в одной из соединяемых деталей нельзя выполнить сквозное отверстие и материал этой детали (с резьбой) не обладает высокими прочностными свойствами (пластмасса, алюминиевые, магниевые сплавы) . Поэтому применение винта при частой разборке и сборке соединения из-за малой прочности резьбы не рекомендуется. Шпилька же ввинчивается в деталь с резьбой малой прочности только один раз – при сборке, при последующих разборках и сборках будет свинчиваться только гайка.
Замечено, что шпильки из-за отсутствия головок и концентрации напряжений в местах сопряжения головки со стержнем всегда прочнее винтов тех же размеров при действии динамических и переменных нагрузок.
Гайки служат для соединения скрепляемых с помощью болта или шпильки деталей. Как и головки винтов, гайки могут иметь разнообразную форму.
Назначение шайб, подкладываемых под гайку, головку винта или болта, – предохранение поверхностей деталей от задира при затягивании, увеличение опорной поверхности и стопорение.
Болты, винты, гайки изготавливают из углеродистых и легированных сталей.
Крепежные детали общего применения изготавливаются чаще всего из стали марок Ст3, Ст4, Ст5 без последующей термообработки. Более ответственные детали изготавливаются из сталей 35, 45, 40Х, 40ХН с поверхностной или общей термообработкой.
Мелкие винты делают из латуни ЛС59-1, дюралюминия Д1, Д16.
Для защиты поверхности крепежных деталей от коррозии, придания им необходимого цвета применяют цинкование, хромирование, кадмирование.
Угол подъема винтовой линии резьбы (j = 1,5 … 2,5°) меньше угла трения в резьбовом соединении (r » 3°) . Этим обеспечиваются условия самоторможения и предохранения от самоотвинчивания. Однако при вибрации, тряске, динамических и транспортных воздействиях наблюдаются ослабления резьбовых соединений, поэтому предусматривают их стопорение.
Для стопорения резьбовых соединений используют увеличение трения по поверхности контакта, пластическое деформирование, постановка резьбы на краску, лак, а также введение запирающих элементов - пружинных или стопорных шайб, специальных разрезных гаек с повышенным трением при стягивании, корончатых гаек, закрепленных шплинтом, отгибных шайб и т. п.
Штифтовые соединения
Штифтом называют цилиндрический или конический стержень, плотно вставляемый в отверстие двух соединяемых деталей. Применяют штифты для точного взаимного фиксирования деталей и для соединения деталей, передающих небольшие нагрузки. В зависимости от назначения штифты делят на установочные и крепежные.
По форме различают цилиндрические и конические штифты. По конструкции рабочей части штифты выполняют гладкими и просечными, т.е. с насеченными или выдавленными канавками, что не требует развертывания отверстия и создает надежное соединение, предохраняющее штифт от выпадения в процессе работы.
На рис. 2 приведены основные типы штифтов: цилиндрический (а) , конический (б) , конический разводной (в) , цилиндрические, насеченные с конца (г) и посредине (д) , и трубчатый пружинный (е) .
Цилиндрические штифты удерживаются в отверстиях за счет натяга или силы трения. Для предупреждения выпадания цилиндрические штифты должны изготавливаться с большой точностью и высокой чистотой поверхности. Отверстия под крепежные штифты в соединяемых деталях сверлят и развертывают совместно, для чего детали временно скрепляют.
При многократной разборке и сборке нарушается характер посадки и соответственно точность соединения. Предохранение цилиндрических штифтов от выпадения осуществляют кернением концов штифта, развальцовкой краев штифта или специальными пружинящими предохранительными стандартными кольцами, изготовляемыми из проволоки (рис.2, ж) .
Для удешевления соединения применяют насеченные и пружинные трубчатые штифты. Насеченные штифты не требуют точной обработки отверстий и отличаются повышенной прочностью сцепления с материалом детали, но менее точно фиксируют детали. Пружинные трубчатые разрезные штифты обеспечивают прочное соединение деталей, допускают повторные сборки и не требуют высокой точности обработки отверстий. Диаметр отверстия для такого штифта принимают на 15 … 20% меньше наружного диаметра штифта.
Цилиндрические штифты применяются и как установочные, обеспечивая точное взаиморасположение соединяемых деталей. Для повышения точности необходимо увеличение расстояния между штифтами. При этом соединение штифта со съемной деталью выполняют по переходной посадке (К7/h6; M7/h6), а соединение штифта с основной деталью (корпусом) выполняют по посадке с гарантированным натягом (U7/h6; S7/h6).
Конические штифты благодаря конусности 1:50 обеспечивают самоторможение при действии на них поперечных сил. Они допускают многократную постановку их в отверстие при сохранении точности взаимного расположения соединяемых деталей.
Изготовление конических штифтов и отверстий под них более сложно по сравнению с цилиндрическими штифтами. Для облегчения удаления штифта отверстие для него делают сквозным. Чтобы предохранить конические штифты от выпадения, применяют штифты с резьбой, с рассечением на конце (разводные), пружинные кольца.
Штифты изготавливают из сталей 45, А12, У8. При особых условиях работы соединения штифты могут изготавливаться из других материалов.
Главными недостатками штифтовых соединений являются значительное ослабление сечения вала отверстием под штифт и необходимость точной обработки этого отверстия во избежание изгиба штифта или его выпадения. Поэтому диаметр штифта d для вала диаметром dв задают из соотношения d Ј (0,2…0,25) dв , а затем при необходимости проверяют на сдвиг (срез) .
Шпоночные соединения
Шпоночные соединения служат для передачи вращающего (крутящего) момента от вала к ступице насаженной на него детали (зубчатого колеса, шкива, муфты и др.) или наоборот – от ступицы к валу. Шпоночные соединения осуществляют с помощью вспомогательных деталей – шпонок, устанавливаемых в пазах между валом и ступицей.
Достоинствами шпоночных соединений являются простота, надежность конструкции, невысокая стоимость, удобство сборки и разборки.
Недостатки шпоночных соединений – ослабление вала и ступицы шпоночными пазами, неустойчивость положения шпонки в пазах (выворачивание шпонки) и трудность обеспечения взаимозаменяемости, повышенные требования к точности изготовления, отсутствие фиксации деталей в осевом направлении.
В приборостроении применяют в основном соединения призматическими (рис. 3, а) , сегментными (рис. 3, б) и цилиндрическими (рис. 3, в) шпонками.
Клиновые шпонки в точных механизмах не применяют.
Конструкция и форма шпонки связаны с технологичностью изготовления пазов под шпонку. Пазы на валах фрезеруют, а в ступицах – прорезают протяжками.
Шпонки могут применять в качестве направляющих, обеспечивающих легкое перемещение деталей вдоль вала.
Нагрузку у шпонок воспринимают боковые поверхности, которые сопрягаются с пазами по соответствующим посадкам.
Призматическую шпонку с валом обычно соединяют по переходной посадке, а со ступицей – по посадке с зазором. Это препятствует перемещению шпонки вдоль вала и компенсирует с помощью зазора неточности размеров, формы и взаимного расположения пазов. Такой характер соединения обеспечивает достаточную точность центрирования вала и ступицы. В радиальном направлении предусматривается зазор.
Призматические шпонки имеют прямоугольное сечение, они могут быть с округленными, плоскими и смешанными торцами. Паз под шпонку на валу делают на глубину около 0,6 от ее высоты, а паз во втулке – на длину всей ступицы.
Ширина и высота шпонки определены ГОСТом и выбираются в зависимости от диаметра вала. Размеры высоты и ширины стандартных шпонок подобраны так, что прочность на сдвиг обеспечивается с избытком, и при необходимости проверку шпонок на прочность проводят на деформацию смятия.
Сегментные шпонки требуют более глубоких пазов в валах, что уменьшает их прочность. Их применяют в случае передачи незначительных усилий, работают они как призматические, но более удобны в изготовлении.
Цилиндрические шпонки чаще всего используют для закрепления деталей на конце вала. Отверстие для шпонки обрабатывают в соединяемых деталях (вал и ступица) совместно.
Шпонка устанавливается с натягом.
Шпоночные соединения применяют обычно при передаче значительных вращающих моментов при диаметре вала не менее 6 мм. В кинематических передачах и передачах с высоким требованием по точности рекомендуют использовать штифтовые соединения. Шпонки изготавливают из среднеуглеродистых сталей 40, 45, Ст6.
Шлицевые соединения
Шлицевые соединения служат для передачи вращающего момента между валами и установленными на них деталями.
Шлицевое соединение можно условно представить как многошпоночное, шпонки которого выполнены вместе с валом. С помощью этого соединения можно обеспечить как подвижное (с осевым относительным перемещением), так и неподвижное скрепление деталей.
По сравнению со шпоночными шлицевые соединения имеют значительно большую нагрузочную способность, прочность валов, точность центрирования и направления ступиц в подвижных соединениях.
По форме поперечного сечения шлицев различают прямобочные (рис. 4, а) , эвольвентные (рис. 4, б) и треугольные (рис. 4, в) шлицевые соединения. Наибольшее распространение получили прямобочные шлицевые соединения, выполненные с четным числом шлицев (6, 8, 10) .
Центрирование возможно по наружному диаметру D , по внутреннему d и боковым поверхностям.
Центрирование по наружному диаметру рекомендуется для неподвижных соединений, по внутреннему диаметру – для подвижных соединений, по боковым граням – при больших передаваемых нагрузках и низкой точности соединения.
Эвольвентное шлицевое соединение (см. рис.) отличается от прямобочного повышенной точностью центрирования и прочностью. Центрирование осуществляют по боковым сторонам, реже – по наружному диаметру.
Соединение с треугольными шлицами (см. рис.) применяют для неподвижных соединений при небольших нагрузках и тонкостенных конструкциях. Число шлицев z = 20 … 70 , углы впадин вала равны 60, 72 и 90° .
Центрирование осуществляют только по боковым граням.
Профильные соединения
К профильным соединениям относят соединения вала со ступицей по овальному, например, трехгранному контуру (рис. 5, а) , соединение на лыске ( рис. 5, б) .
Достоинствами таких соединений являются лучшее по сравнению со шпоночным центрирование и отсутствие концентраторов напряжений.
К недостаткам следует отнести сложность и трудоемкость, относительно высокую стоимость изготовления фасонных поверхностей.
Клеммовые соединения
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 (рис.6 , а, б) .
Эти 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.) .
При проектировании соединения обычно требуется определить силу затяжки, обеспечивающую взаимную фиксацию деталей и передачу требуемого вращающего момента, а также оценить прочность болта (болтов) и охватывающей детали (клеммы) . В приближенном расчете можно принять, что контактные напряжения от затяжки равномерно распределены по поверхности контакта (как в соединении с натягом) . Тогда средние контактные напряжения qн связаны со сдвигающей нагрузкой Q соотношением:
где: fmin - коэффициент трения; l - ширина линии охвата детали клеммой; πd - длина этой линии.
Если соединение имеет n болтов, затянутых силой F0 , то условие равновесия клеммы (рис. 6, б) имеет вид:
Учитывая приведенные выше соотношения, получим:
Диаметр резьбы болта для обеспечения такой силы затяжки определяется по формуле:
d1 = √0/π[σр]> (здесь и далее √ - знак квадратного корня) ,
где [σр] – допускаемое напряжение для материалов болта.
Оценку прочности клеммы можно выполнить путем расчета методом конечных элементов или по теории колец.
Разъемные соединения металлических изделий
Резьбовые соединения
Резьбовым называют разъёмное соединение составных частей изделия с применением детали, имеющей резьбу.
Резьба представляет собой чередующиеся выступы и впадины на поверхности тела вращения, расположенные по винтовой линии. Телом вращения может быть цилиндр или круглое отверстие - цилиндрические резьбы. Иногда используется коническая резьба. Профиль резьбы соответствует определённому стандарту. Подробно классификацию резьб и изображение резьб на чертежах можно посмотреть здесь, а основные параметры различных резьб посмотреть здесь .
Виды резьбовых соединений
| Название | Изображение | Примечание |
| Болтовое соединение | Используется для скрепления деталей небольшой толщины. При обрыве резьбы легко заменяется. | |
| Винтовое соединение | Винт может иметь любую головку. Резьба нарезается непосредственно в корпусе детали. Недостаток - резьба в корпусе может быть повреждена, что приводит к замене всего корпуса. | |
| Соединение шпилькой | Затяжка осуществляется гайкой. Шпилька закручена в корпус. При обрыве резьбы в корпусе, нарезается новая резьба большего диаметра или, если это невозможно, то заменяется весь корпус. | |
| Соединение шпилькой | Затяжка производится двумя гайками. При обрыве резьбы легко заменяется. |
Крепежно-уплотняющие резьбы. Их используют в резьбовых изделиях, предназначенных как для скрепления деталей, так и для создания герметичности. К ним относятся резьбы: трубная цилиндрическая, трубная коническая, коническая дюймовая, круглая дюймовая.
Обычно, такие резьбовые соединения используются для герметичного соединения металлических труб.
Две трубы соединяются при помощи цилиндрической муфты (фитинга). Муфта, в отверстии, имеет сквозную резьбу соответствующую резьбе на трубах. На одну трубу накручивается контргайка, а затем муфта. Затем в муфту вкручивается вторая труба, и наконец, муфта поджимается контргайкой. Для надёжного герметичного соединения труб, перед сборкой, следует витки резьбы обмотать паклей или специальной синтетической нитью. Можно для герметизации воспользоваться жидким герметиком, который застывает в резьбе, но такое соединение, в случае ремонта, разобрать будет очень сложно.
Трубы большого диаметра соединяются при помощи фланцев.
Фланцы труб стягиваются между собой с помощью болтовых соединений.
Установочные винты и соединения.
Установочные винты применяют для фиксации положения деталей и предотвращения их сдвига.
а) С плоским торцом, используется для фиксации при малой толщине детали. б) Конический хвостовик. в) Ступенчатый хвостовик. Ступенчатый и конический хвостовики используются для крепления деталей имеющих предварительное засверливание.
Пример использования установочного винта с коническим хвостовиком.
Болты и соединения специального назначения.
| Фундаментные болты. Специальные крепёжные элементы, изготовленные в виде стержня с резьбой. Они служат в основном для крепления различного оборудования и строительных конструкций. Их применяют в местах, где необходимо прочное и надёжное крепление конструкций в бетонном, кирпичном, каменном или другом основании. Болт помещается в основание и заливается бетоном. ГОСТ 24379.1-80 | |
| Рым-болт (болт нагруженный) - предназначен для захвата и перемещения машин и деталей при монтаже, разработке, погрузке и тому подобное. ГОСТ 4751-73 | |
| Крюк с болтом нагруженным - предназначен для зацепления и перемещения различных грузов. | |
В разъёмных резьбовых соединениях болты и шпильки снабжены гайками. Гайки, в отверстиях имеют ту же резьбу, что и болты (тип, диаметр, шаг). Резьбовое отверстие в гайках определяется из таблиц. Для метрических резьб диаметр отверстия вычисляется по формуле D = d - p, где d - диаметр наружной резьбы (болта); p - шаг резьбы. Например, для гайки М14 с шагом 2 диаметр отверстия будет D = 14 - 2 = 12 мм. Наиболее распространены шестигранные гайки, которые затягиваются гаечными ключами.
а) Гайка с фаской;
б) Проточная гайка;
в) Гайки для нагруженных соединений;
г) Прорезные гайки;
д) Гайки для закручивания с небольшой силой затяжки без ключа.
Шайбы предназначены для увеличения опорной поверхности и предохранение деталей от задиров. Шайбы обычно имеют форму диска с отверстием в середине. Диаметр отверстия должен соответствовать диаметру болта.
Шайба подкладывается под головку болта, в случае затяжки болтом или под гайку, в случае затяжки гайкой. В вибронагруженных механизмах, для предотвращения самоотворачивания резьбовых соединений используются пружинистые разрезные шайбы (граверные шайбы).
Для расчёта нагрузок и выбора резьбы для нагруженных болтов удобно воспользоваться на сайте "Метизы".
Шпоночные соединения
Шпоночные соединения служат для закрепления на валу (или оси) вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, муфт и т. п.), а также для передачи вращающего момента от вала к ступице детали или, наоборот, от ступицы к валу.
Конструктивно, на валу делается паз, в который закладывается шпонка и затем на эту конструкцию надевается колесо, которое так же имеет шпоночный паз.
В зависимости от назначения шпоночного соединения существуют шпонки разной формы:
а) Призматическая шпонка с плоским торцом;
б) Призматическая шпонка с плоским торцом и отверстиями для крепежных винтов;
в) Шпонка со скруглённым торцом;
г) Шпонка со скруглённым торцом и отверстиями для крепежных винтов;
д) Сегментная шпонка;
е) Клиновая шпонка;
ж) Клиновая шпонка с упором.
Пример установки сегментной шпонки
Сегментные шпонки, так же как и призматические работают боковыми гранями, то есть предотвращают проворачивание колеса на валу, но из за конструктивных особенностей их используют при небольших вращающих моментах и часто применяют для конических концов валов.
Пример использования клиновой шпонки с головкой
Клиновые шпонки имеют форму односкосных самотормозящих клиньев с уклоном 1:100. Такой же уклон имеют и пазы в ступицах. Головка служит для выбивания шпонки из паза.
Для расчёта нагрузок и материалов шпоночных соединений удобно воспользоваться на сайте "Метизы".
Шлицевые соединения
Шлицевые соединения используют для соединения валов и колёс за счёт выступов на валу и в падинах в отверстии колеса.
- лучшее центрирование деталей на валу;
- передают больший вращающий момент;
- высокая надёжность и износостойкость.
В зависимости от профиля зубьев различают три основных типа соединений:
а) Прямобочные зубья (число зубьев Z = 6, 8, 10, 12), ГОСТ 1139-80;
б) Эвольвентные зубья (число зубьев Z = 12, 16 и более), ГОСТ 6033-80;
в) Треугольные зубья (число зубьев Z = 24, 36 и более).
Широкое распространение шлицевые соединения получили в механизмах, где нужно перемещать колесо вдоль оси вала, например в переключателях скоростей автомобилей.
Шлицевые соединения надежны, но не технологичны, поэтому их применение ограничено из за высокой стоимости изготовления.
Технические характеристики и прочностные расчёты шлицевых соединений можно посмотреть на сайте
Клиновые соединения
Клиновые соединения деталей осуществляется клиньями - деталями с двумя рабочими гранями в виде наклонных плоскостей. Клинья вводятся в паз, который разжимаясь, удерживает деталь на основании.Пример крепления клином при сборке молотка:
Грани клиньев имеют уклон от 1/20 до 1/100, что обеспечивает самоторможение клина. При больших уклонах требуются устройства (винты и шплинты), предохраняющие клин от самопроизвольного выдвижения.
Так же, клиновые соединения могут осуществляться не за счёт разжимания паза, а за счёт удержания клина в пазу, например соединения стержень - втулка:
При соединениях стержень - втулка толщина клина, как правило, составляет от 0,25 до 0,5 диаметра стержня, а высота от 1,1 до 1,2 диаметра втулки.
Штифтовые соединения
Штифтовые соединения служат для соединения осей и валов с установленными на них деталями при передаче небольших вращающихся моментов. Штифты представляют собой цилиндрические или конические валики.
Для штифтов и отверстий в деталях выбираются посадки с натягом.
Читайте также: