Разъемные соединения

Разъемными называются соединения, разборка которых происходит без нарушения целостности составных частей. Они могут быть как подвижными, так и неподвижными.

Резьбовые соединения. Резьбовым называют соединение составных частей с применением деталей, имеющих резьбу. Резьба представляет собой чередующиеся выступы и впадины на поверхности тела вращения, расположенные по винтовой линии. Основные понятия, относящиеся к резьбам общего назначения, стандартизированы.

Основные геометрические параметры резьбы (рис. 4). Диаметры резьбы (винта и гайки) - наружный d, D; средний d₂, D₂; внутренний d₁ D₁. Диаметры винта, как охватываемой детали, обозначаются малыми буквами, а диаметры гайки, как охватывающей детали - большими. Номинальные значения одноименных диаметров равны. На поверхности воображаемого цилиндра диаметром d₂ ширины выступов и впадин резьбы одинаковы.

Профиль резьбы - это профиль выступа и канавки резьбы в плоскости ее осевого сечения. Профиль резьбы характеризуется следующими размерами: высотой исходного треугольника Н, т.е. треугольника, вершины которого образуются точками пересечения продолженных боковых сторон профиля резьбы;

• рабочей высотой профиля резьбы Hi, равной длине проекции участка перекрытия профилей сопрягаемых наружной и внутренней резьб на перпендикуляр оси резьбы.

Угол профиля а угол между смежными боковыми сторонами резьбы осевого сечения.

Шаг резьбы (р) - расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля в направлении, параллельном оси резьбы; число заходов (п) - число сбегающих витков на торце винта (болта);

ход резьбы (p_h= р-п)- величина относительно осевого перемещения гайки или винта (болта) за один оборот. Для однозаходных резьб понятия шаг и ход совпадают.

По форме профиля резьбы подразделяются на следующие типы: - метрическая резьба (рис. 5, а) является основной треугольной резьбой. Она характеризуется

углом профиля а = 60°, срезом по прямой вершин профиля резьбы гайки и винта.

Метрические резьбы бывают с крупным (основная резьба) и мелким шагом;

• трапецеидальная резьба (рис. 5, б) является основной резьбой для передач винт-гайка. Она имеет угол профиля 30°. Трапецеидальная резьба имеет меньшие потери на трение, чем треугольная, удобна в изготовлении;

• упорная резьба (рис. 5, в) используется для винтов с большой односторонней осевой нагрузкой в прессах, нажимных устройствах, грузовых крюках и т.д. Профиль витков — несимметричный трапецеи­дальный. Угол наклона рабочей стороны равен 3°, нерабочей - 30°;

• трубная резьба (рис. 5, г) применяется для соединения труб и арматуры трубопроводов и представляет собой мелкую дюймовую резьбу. Она выполнена с закруглениями профиля и без зазоров по выступам и впадинам для лучшего уплотнения.

Кроме рассмотренных резьб бывают и применяются:

• дюймовая резьба, в которой вместо шага задается число ниток на дюйм, а угол профиля резьбы равен 55°;

• коническая резьба обеспечивает герметичность без специальных уплотнений; она применяется для соединения труб, установки пробок, масленок и т.п. Применяются три резьбы с конусностью 1:16- метрическая с углом профиля 60°; трубная с углом профиля 55° и дюймовая с углом профиля 60°;

• круглая резьба применяется, главным образом, для винтов, подверженных большим динамическим нагрузкам, а также для работы в загрязненной среде. Профиль круглой силовой резьбы состоит из дуг, связанных короткими участками прямой; угол профиля равен 30°.

Классификация резьб. Резьбы классифицируются по следующим признакам:

по форме профиля - треугольная, трапецеидальная, упорная, круглая и т.п.;

по форме поверхности — цилиндрическая, коническая;

по расположению — наружная, внутренняя;

по числу заходов — однозаходная, многозаходная;

по направлению заходов — правая, левая;

по величине шага — с крупным, с мелким;

по эксплуатационному назначению — крепежная, крепежно-уплотнительная, ходовая, специальная.

Крепежные резьбовые соединения и их детали. К крепежным соединениям относятся болты, винты, шпильки, гайки, детали трубопроводов.

Для предотвращения повреждения детали вращающейся гайкой устанавливается шайба. Болтовое соеди­нение применяется для соединения деталей небольшой толщины и при наличии места для размещения головки болта, гайки и гаечного ключа.

Болт - это цилиндрический стержень с резьбой, имеющий головку. Нарезной частью стержня болт ввинчивается в гайку. Стандартное болтовое соединение двух деталей состоит из болта 1 (рис. 6 а), гайки 2 и шайбы 3. При монтаже соединения болт от вращения удерживается за головку 4 гаечным ключом, а при вращении гайки другим ключом соединяемые детали сжимаются между гайкой и головкой болта.

Винт - это болт, ввинчивающийся в одну из соединяемых деталей (рис.6 б), в которой имеется резьбовое отверстие.

В зависимости от размеров и назначения болты и винты имеют головки: шестигранные, цилиндрические с внутренним шестигранником, цилиндрические с прорезью под отвертку, потайные и др.

Шпилька - цилиндрический стержень, имеющий резьбу с обеих сторон. При соединении шпильку 5 (рис. 6, в) ввертывают в деталь с резьбовым отверстием, а на другой ее конец навинчивают гайку.

Шпоночные соединения

Шпоночным называется разъемное соединение составных деталей изделия с применением шпонок. Шпоночное соединение (рис. 7) включает в себя шпонку 1, закладываемую в пазы вала 2 и ступицы 3, которая надевается на вал детали (шкива, зубчатого колеса и т.п.). Шпоночные соединения могут быть подвижными и неподвижными и служат для предотвращения относительного поворота ступицы и вала при передаче вращательного момента.

Форма и размеры шпонок, как правило, стандартизированы, а их применение зависит от условий работы соединяемых деталей и диаметров посадочных поверхностей.

Шпоночные соединения подразделяются на напряженные и ненапряженные. Под напряженным понимается такое соединение, в котором действуют внутренние силы упругости, вызванные предварительной затяжкой (до приложения внешней нагрузки). Такое соединение обеспечивается стандартными клиновыми и тангенциальными шпонками с уклоном 1:100, обеспечивающими самоторможение. Ненапряженное шпоночное соединение осуществляется стандартными призматическими и сегментными шпонками. Наибольшее применение нашли неподвижные ненапряженные шпоночные соединения.

Неподвижное соединение призматической шпонкой показано на рис. 8, а. Такие шпонки обеспечивают передачу крутящего момента, но не могут воспринимать осевые нагрузки.

Сегментные шпоночные соединения более технологичны, удобны при сборочных работах, однако глубокий шпоночный паз значительно ослабляет вал, поэтому такие соединения применяются при передаче небольших вращающих моментов или для фиксации деталей на осях. На рабочих чертежах, в зависимости от принятой базы обработки и измерения, должен указываться один размер для вала t ₁ или d— t ₁ для втулки d +t ₂ .

Шлицевые соединения. Шлицевым называется разъемное соединение составных частей изделия с применением пазов и выступов. Шлицевое соединение представляет собой многошпоночное соединение, у которого шпонки выполнены заодно с валом. Основными типами шпонок являются: прямобочные (рис. а), эвольвентные (рис. б), треугольные (рис. в), прямозубые и эвольвентные соединения стандартизированы. Наибольшее распространение нашли прямобочные шлицевые соединения.

Их применяют для посадки подвижных и неподвижных зубчатых колес на пилы коробок передач тракторов и автомобилей. Эвольвентные шлецевые соединения более совершенны, но менее распространены из-за их дороговизны и трудоемкости их изготовления. Треугольные шлицевые соединения применяются при тонкостенных ступицах, пустотелых валах, стесненных габаритах деталей и небольших вращающих моментах.

Вращательные движения. Для приведения в движение рабочих машин механическая энергия им передается от машин-двигателей. как правило, двигатели и исполнительные органы рабочих машин связываются между собой при помощи механизмов, называемых передачами. Передачи бывают механические, гидравлические, пневматические и электрические.

В лесном хозяйстве основное применение нашли механические передачи. Наибольшее распространение в механических передачах нашло вращательное движение.

Механизм, предназначенный для передачи энергии от двигателя к ее потребителям с увеличением крутящего момента за счет уменьшения чистоты вращения, называется силовой передачей или трансмиссией.

Механические передачи классифицируются по следующим признакам:

• по способу передачи движения трением - фрикционные, ременные, зубчатые, червячные, цепные, винт-гайка.

• по способу соединения звеньев с непосредственным контактом - фрикционные, зубчатые, червячные, винт-гайка, с гибкой связью - ремённые, цепные.

Звено передачи, получающее движение от двигателя, называется ведущим; звено, которому передается движение, называется ведомым. Между ведущим и ведомым звеньями могут располагаться промежуточные звенья.

На рисунке показана схема передачи с гибкой связью, но бывает передача с непосредственным контактом. На схемах индексом 1 обозначены ведущие звенья и параметры, относящиеся к ним; индексом 2 – ведомые звенья и параметры

Следует отметить, что при гибкой связи направление вращения ведущего и ведомого звена совпадает, а при передаче с непосредственным контактом - изменяется на противоположное. В этом случае для совпадения направления вращения между ведущим и ведомым звеном устанавливается промежуточное звено.

Основными параметрами вращательных передач являются передаточное число, передаваемая мощность и к.п.д.

Передаточным отношением называется отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена. Оно может пить больше, меньше или равно 1.

Передаточным числом называется отношение большей угловой скорости к меньшей. Передаточное число не может быть меньше единицы.

Для унификации передаточные отношения и передаточные числа всех передач обозначаются буквой и, при необходимости с двойным индексом,

Фрикционные передачи. Фрикционные передачи - это передачи, передающие движение от ведущих звеньев к ведомым за счет сил трения.

Фрикционные передачи классифицируются по следующим признакам:

• по расположению осей валов: с параллельными осями, соосные и с перекрещивающимися осями;

• по форме тел качения: с гладкими цилиндрическими катками, с коническими катками, с цилиндрическими клинчатыми катками, сферические и др.;

• по условиям работы: открытые - работающие всухую и закрытые - работающие в масляной ванне;

• по возможности регулирования передаточного числа: с постоянным передаточным числом и с бесступенчатым регулированием передаточного числа — вариаторы.

Достоинствами фрикционных передач являются: простота конструкции, плавность и бесшумность работы; возможность безаварийной работы при перегрузках; возможность плавного изменения частоты вращения (передаточного числа) при работе машины.

Недостатки: значительная радиальная нагрузка на опоры валов; ограниченная величина передаваемой мощности; непостоянство передаточного числа; повышенный износ катков; сравнительно низкий к.п.д.

Цилиндрическая фрикционная передача. Силы трения, возникающие в месте контакта фрикционных цилиндрических катков 1 и 2 в результате прижатия их друг к другу силой Q и приложения к ведущему катку 1, вращающего момента М.

В результате упругого скольжения, неизбежного при работе фрикционных передач, ведомый каток 2 отстает от ведущего. В этом случае передаточное число определяется по формуле:

и = ω₁ / ω₂ = D ₂ / D ₁ (1-ε)_,

где ε - коэффициент скольжения.

Коэффициент скольжения зависит от материала катков и условий работы. Для металлических катков

ε = 0,01... 0,03, причем большие значения принимаются для передач, работающих всухую.

Ввиду малого значения коэффициента скольжения, для практических расчетов пользуются приближенным значением передаточного числа, т.е. и = D₂ - D₁

Для передачи вращающего момента от одного вала к другому необходимо к ведомому катку приложить окружное усилие равное: F₁ =2M₁ / D₁

Усилие F, должно быть меньше наибольшего трения покоя между катками. Исходя из этого условия работы имеет вид: kF₁ = F _тр = fQ

Коэффициент трения для стальных или чугунных катков: работающих и масляной ванне

f= 0,04... 0,05, работающих всухую f= 0,15... 0,20;

для передач с одним неметаллическим катком f= 0,2... 0,3.

КПД составляет: для закрытых передач η = 0,92... 0,98; для открытых η = 0,80... 0,92.

Коническая фрикционная передача. Конические фрикционные передачи преобразовывают вращательное движение между валами, оси которых пересекаются.

Для ортогональных конических передач угол между осями составляет: Σ =δ₁ + δ₂=90°,где

δ ₁ и δ ₂ - половины углов при вершине конусов ведущего и ведомого катков. Без учета упругого скольжения катков передаточное число определяется по

формуле: u = ω₁ / ω₂ = D ₂ / D ₁

Фрикционные вариаторы. Вариатором называется механизм для плавного изменения передаточного числа.

Основной кинематической характеристикой вариаторов является диапазон регулирования Д равный максимальному передаточному числу, деленному на минимальное, т.е Д = и _max / и _min

Для одноступенчатых вариаторов преимущественное значение диапазона регулирования Д = 3... 6. С увеличением диапазона регулирования снижается к.п.д. вариатора.

На рисунке представлена схема лобового вариатора. Диск А, вращаясь вокруг своей оси и прижатый к диску В, приводит его во вращательное движение. При перемещении диска А вдоль оси вращения I - I изменяется и расстояние X от оси II - II диска В от Х_тах до Х_тт, а вследствие этого и передаточное число.

Передаточное число лобового вариатора равно: и = ω₁ / ω₂ = х / R ₁ Если диск А переместить вдоль оси I - I за ось II - II диска В, то последний будет вращаться в противоположном направлении, которое называется реверсивным ходом.