3.1.Резьбовые соединения
Разъемные соединения, выполненные с помощью резьбовых крепежных деталей (болтов, шпилек, гаек), называются резьбовыми и являются самыми распространенными. В конструкциях машин они составляют до 25% от общего числа соединений, что объясняется их простотой и надежностью, удобством регулирования затяжки, а также возможностью разборки и повторной затяжки.
Крепежными деталями являются болты, винты, шпильки и гайки, стопорящими – шайбы и шплинты.
Болт – металлический стержень с резьбой для гайки на одном конце и головкой на другом. Болтами скрепляют детали относительно небольшой толщины. Болт изготовляют с нормальной и уменьшенной шестигранной головкой.
Винт – металлический стержень, обычно с головкой на одном конце и резьбой на другом, которым он ввинчивается в одну из соединяемых деталей. Винты применяют, когда одна из деталей соединения имеет относительно большую толщину или отсутствует место для размещения гаек. Головки винтов имеют различную форму.
Шпилька – металлический стержень с резьбой на обеих концах. Одним концом шпильку ввинчивают в одну из соединяемых деталей, а на другой конец навинчивают гайку. Длина ввинчиваемого в корпус резьбового конца и длина нарезанной под гайку части могут быть различными.
Для предотвращения болтов (шпилек) от самоотвинчивания (из-за вибраций, ударов, знакопеременных нагрузок) применяют специальные устройства и методы. (контргайки, пружинные шайбы, шплинты, стопорные шайбы).
Для сборки и разборки резьбовых соединений используют ручные гаечные ключи различных конструкций; с открытым зевом односторонние и двусторонние, накидные, торцовые, раздвижные, динамометрические и др.
Для механизации сборки резьбовых соединений и обеспечения постоянства момента затяжки используются ручные гайко(винто)верты с электрическим или пневматическим приводом.
Сборка резьбового соединения включает в себя: предварительное ввертывание (наживление) винта, гайки; навинчивание свободной части резьбы; затяжку с заданным моментом, стопорение и контроль.
3.2. Шпоночные и шлицевые соединения
Шпоночное соединение образуется шпонкой-стержнем, находящимся одновременно в пазах вала и установленной на него детали. Шпонки служат для передачи крутящего момента от вала к ступице, установленной не нем детали или наоборот, от этой детали к валу. Кроме этого шпонки фиксируют на валу положение детали в осевом направлении.
По условиям эксплуатации шпоночные соединения подразделяются на напряженные и ненапряженные. Напряженными называют соединения, в которых при отсутствии внешних сил и моментов постоянно действуют внутренние силы упругости, возникающие в результате предварительной затяжки. Наиболее распространены призматические, сегментные и клиновые шпонки.
Призматические шпонки имеют прямоугольное сечение, противоположные грани у них параллельны, передают крутящий момент боковыми гранями и бывают простыми, направляющими и скользящими. Простые шпонки устанавливают в паз вала без крепления; направляющие шпонки крепят к валу винтами в целях устранения перекоса; скользящие шпонки выполняются короткими и они перемещаются по валу вместе с деталью.
Сегментная шпонка подобно призматическим работают боковыми гранями, мало подвержена перекосу, так как шпоночный паз выполняют фрезой; однако паз под такую шпонку имеет значительную глубину и ослабляет сечение вала. При необходимости по длине вала могут устанавливаться две, а иногда и три шпонки. К преимуществам сегментных шпонок относятся простота изготовления как самих шпонок, так и пазов под них, к недостаткам - необходимость изготовления глубоких пазов в валах, что снижает прочность последних. В связи с этим сегментные шпонки применяют только для передачи сравнительно небольших моментов.
Клиновые шпонки в совокупности с валом, втулкой и шпонкой образуют напряженное соединение. Они представляют собой клин с уклоном 1 : 100, передают крутящий момент, а также осевую силу верхней и нижней гранями (по бокам имеется зазор). Шпонки плохо центрируют деталь и поэтому применяются только для тихоходных неответственных передач.
Направляющие шпонки применяют в тех случаях, когда ступица должна иметь возможность перемещаться вдоль вала. Эти шпонки крепят к валу при помощи винтов. Соединение шпонки с валом – неподвижное плотное, со ступицей – свободное с зазором.
Скользящие шпонки применяют вместо направляющих в тех случаях, когда требуется значительное перемещение ступицы вдоль вала. Шпонка имеет цапфу, которая входит в отверстие, выполненное в ступице, перемещаемой по валу. При изменении положения детали по валу шпонка перемещается по пазу вала вместе со ступицей.
Многошпоночные соединения, у которых шпонки выполнены заодно с валом, называются шлицевыми.
Рис 1.17 Виды шлицевых соединений:
1 – ступица, 2 - вал
По сравнению со шпоночным соединением шлицевые соединения обладают рядом преимуществ:
- обеспечивает лучшее центрирование и направление при перемещении соединяемых деталей;
- обеспечивают большую прочность вала при одном и том же наружном диаметре;
- обеспечивают передачу больших крутящих моментов благодаря значительной поверхности контакта соединяемых деталей и равномерному распределению давления по этой поверхности.
Применяют соединения с прямобочным, эвольвентным и треугольным профилем шлицев, число шлицев принимают четным (6,8 и 10).
Прямобочные шлицевые соединения получили наибольшее распространение. Соосность вала и втулки (центрирование) в этом соединении осуществляется по наружному диаметру, по внутреннему диаметру и по боковым граням.
Эвольвентное шлицевое соединение применяют с центрированием по боковым поверхностям шлицев и наружному диаметру. Поперечное сечение шлицев представляет собой эвольвентный профиль, под действием нагрузки могут самоустанавливаться, имеют повышенную прочность и долговечность и используются в высоконагруженных передачах.
Треугольное шлицевое соединение применяют для передачи небольших крутящих моментов в неподвижных соединениях, его центрируют только по боковым поверхностям шлицев.
При сборке шпоночных и шлицевых соединений, выполняемых с натягом, ступицу перед установкой на вал нагревают до температуры 80 - 120оС, а после установки проверяют на биение.
Рис 1.18 Виды шпоночных соединений:
1 – шпонка, 2 – вал, 3 – ступица
Для извлечения шпонок при разборке соединений используют мягкие выколотки. Для разборки клиновых шпоночных соединений применяют винтовые приспособления.
3.3. Соединение методом пластической деформации (вальцевание).
Вальцевание применяют в основном для соединения труб с корпусными деталями. Процесс заключается в расширении конца трубы, вставленной в отверстие корпусной детали, специальным инструментом – вальцовкой.
Основной рабочей частью вальцовки являются стальные закаленные полированные шарики или ролики. Под воздействием инструмента – вальцовки в металле трубы происходят пластические деформации, в результате которых ее диаметр увеличивается и труба закрепляется в отверстии, при этом деформируется только труба. Вальцевание применяют в тех случаях, когда нагрев соединяемых деталей нежелателен или при сборке деталей из разнородных материалов. Вальцеванием получают плотные и герметичные соединения, передающие осевую нагрузку и крутящий момент. Прочность соединения значительно увеличивается, если концу трубы придают коническую форму.