3. Основные положения, термины и определения

Соединение деталей в машинах и механизмах могут быть разъ­емными и неразъемными. Детали могут быть соединены друг с дру­гом неподвижно или находится в относительном движении.

Соединения называют разъемными, если они неоднократно разбираются и собираются без нарушения целостности деталей и средств соединения. К неразъемным соединениям относят соедине­ния, которые могут быть разобраны только с нарушением целостно­сти соединительных деталей или средств соединения.

Общие сведения о видах соединений составных частей изделий раскрыты в учебной литературе [1].

3.1. Резьбовые соединения и их детали

Самым распространенным видом разъемных соединений явля­ются соединения резьбовые, которые можно разделить на два типа:

• осуществляемые непосредственным свинчиванием соединяемых

деталей, без применения специальных соединительных частей;

• осуществляемые с помощью специальных соединительных де­талей, таких, как болты, винты, шпильки, фитинги и др.

Так, в конструкции опоры вала использованы стандартные кре­пежные детали болты, винты, шпильки и др. Стандарты на эти детали устанавливают их форму, размеры и условное обозначение [1,2,7,8]. Рассмотрим более подробно эти виды соединения деталей.

Болтовое соединение. В комплект болтового соединения опоры вала входят стандартные крепежные детали:

а) болт¹ с шестигранной головкой исполнения 2, форму и размеры которого определяет ГОСТ 7798-70;

б) гайка² шестигранная прорезная или корончатая по ГОСТ 5918-73;

в) шайба³ обычная исполнения 1 по ГОСТ 11371-78;

г) шплинт⁴ по ГОСТ 397-79.

Изображение болтового соединения строят исходя из заданных диаметра резьбы болта и толщины соединяемых деталей. Пример изображения болтового соединения приведен на рис.2.

Пример расчета болтового соединения опоры вала.

Исходные данные: диаметр резьбы болта, например, M16.

Длину болта (в мм), рассчитаем по формуле:

L_рас = B₁ + B₂ + S_ш + H + c + a, (1)

где В₁ - толщина фланца основания корпуса (подраздел 4.6, на рис.16 В_{1 =} S₁);

B₂ - толщина детали «Плита», равная 20 мм для всех вариантов задания;

S_ш - толщина шайбы (выбираем по диаметру болта по ГОСТ 11371-78), в нашем примере S_ш - 3 мм;

Н - высота гайки (выбираем из таблицы ГОСТ 5918-73 прорез­ную гайку высотой Н = 19 мм);

с - высота фаски, равна шагу резьбы р (крупный шаг р метриче­ской резьбы диаметром 16 мм, равен 2 мм; т.е. с = 2 мм);

а - запас резьбы, принимаемый от 1 до 1,5 шага резьбы р, значит, запас резьбы должен быть а = 2...3 мм).

¹Болт - цилиндрический стержень с резьбой на одном конце и головкой на другом. Имеется несколько различных форм головок болтов: шестигранная, квадратная, прямоугольная, полукруглая и др.

²Гайка - деталь, имеющая отверстие с резьбой для навинчивания на болт или шпильку. Наиболее широко применяются гайки, имеющие форму шестигран­ной призмы с фаской.

³Шайба - деталь, закладываемая под гайку или головку болта (винта) и предназначенная для передачи и распределения усилий на соединяемые детали иди для предотвращения их от самоотвинчивания.

⁴Шплинт - предупреждает самоотвинчивание гаек; его изготовляют пре­имущественно из проволоки мягкой стали, полукруглого сечения. Шплинт име­ет кольцевую головку и два стержня. После того как шплинт вставлен в отвер­стие стержня болта и в паз гайки, концы шплинта разводятся.

Тогда формула для расчета длины болта принимает вид:

L_расч =27 + 20 + 3 + 19 + 2+ (1...1,5) х2 = 73...74мм.

Полученное значение 74 мм округляем до ближайшей большей длины 75 мм, приведённой в ГОСТ 7798-70, и принимаем L = 75 мм.

Длина l₀ нарезанной резьбовой части болта должна быть такой, чтобы после окончательного завинчивания гайки ещё остался не­большой запас резьбы (см. рис.2).

Поэтому её длину можно ориентировочно рассчитать по форму­ле (в мм):

l₀ ≥ L – (B_{1 +} B₂)+5 (2)

В нашем примере длина l₀ нарезанной резьбовой части болта должна быть:

l₀ ≥ 75 – (27+20) + 5 =33мм

Выбранный болт (исполнения 2 с отверстием под шплинт) имеет условное обозначение:

Болт 2М16х75 ГОСТ 7798-70

Детали, соединяемые болтом, имеют гладкие сквозные цилинд­рические отверстия, их диаметры больше диаметра болта, что позво­лит ему свободно пройти через отверстие без повреждения резьбы. Диаметр таких отверстий можно принять равным d₀ =1,1d, т.е.

d₀ = 1.1 х 16 = 17,6 ≈ 18 мм.

Стандартное значение диаметра сквозного отверстия можно также установить по ГОСТ 11284-75, в примере оно может быть рав­но 17 мм (из первого ряда значений) или 18 мм (из второго ряда).

Изображая болтовое соединение деталей следует помнить:

а) на главном изображении головку болта и гайку принято пока­зывать тремя гранями;

б) по ГОСТ 2.305-68 болт, гайка и шайба в продольном разрезе условно показывают нерассеченными.

Винтовое соединение. В опоре вала используют винты⁵ с фор­мами головок цилиндрической или полукруглой. На рис. 3 показано соединение деталей винтами с различными типами головок. Винты применяют для крепления крышки к корпусу, для предотвращения самоотвинчивания винтов используют пружинные шайбы по ГОСТ 6402-70, которые устанавливают под головку винта.

Шлиц на изображении головки винта располагают на видах спе­реди и слева вертикально, на виде сверху - условно под углом 45°.

⁵Крепежный винт представляет собой, цилиндрический стержень с 'резьбой для ввинчивания в одну из соединяемых деталей и головкой различной фориы «под ключ» или с прорезью - шлиц « под отвертку».

Рис. 3 - Соединение деталей винтами:

а - с полукруглой головкой, б - с цилиндрической головкой и шестигранным углублением «под ключ», в - с цилиндрической головкой

Длину L винта (в мм) вычисляют по формуле:

L_расч = l₁ + b + b₁ + s, (3)

где l₁ - глубина завинчивания винта, которая зависит от пластично­сти материала⁶ детали с резьбовым отверстием (такой деталью является корпус опоры вала);

b - высота опорной поверхности фланца крышки под шайбу и головку винта(см. подраздел 4.6, рис. 15,таблица 1);

b₁ - толщина прокладки (во всех вариантах задания принимаем равную 2 мм);

s - толщина шайбы (выбираем для заданного диаметра винта по таблице, приведённой в ГОСТ 6402-70 [7,8]).

Рассчитанную длину винта L_расч необходимо сравнить со стан­дартной длиной, приведенной в таблице соответствующего ГОСТ. При несовпадении значений, принимается ближайшая большая стан­дартная длина L.

⁶Глубина l₁ завинчивания винта принимается: доя стали, латуни и бронзы l₁=d, где d - диаметр резьбы; для чугуна l₁=1,25d; для легких сплавов и пласт­массы l₁=2d

Длину l₀ резьбовой части винта можно рассчитать по формуле:

l₀ ≥ l₁ + b₁ + 5. (4)

Полученное значение сравнивают со стандартной длиной наре­занной резьбовой части винта (приведенной в ГОСТ) и принимают ближайшее большее значение. Если длина винта меньше 30 мм, резь­бу нарезают на всю длину винта, т.е. l₀ = l₁.

На рис.4 показаны операционные технологические эскизы свер­ления в корпусе глухого отверстия под резьбу (рис.4, а) и нарезания резьбы (рис.4, б). Диаметр отверстия d, зависит от шага резьбы и её точности. ГОСТ 19258-73 устанавливает размеры диаметров отвер­стий под нарезание метрической резьбы [8].

Глубина l₂ резьбы с полным профилем зависит от глубины за­винчивания винта l₁ и шага резьбы р и может быть рассчитана по формуле (в мм):

l₂ = l₁ +2p (6)

Рис.4, а, б- технологическая последовательность выполнения глухого отвер­стия с резьбой в корпусе опоры вала

Глубина l₃ сверления отверстая под резьбу зависит от глубины завинчивания винта l₁ и шага резьбы р и может быть рассчитана по следующей формуле (в мм):

l₃ = l₁ +6р (7)

Глухое отверстие оканчивается конусом 120°, которое образует­ся от сверла в процессе изготовления глухого резьбового отверстия. На изображениях отверстий угловой размер конуса не проставляется.

Пример расчета винтового соединения опоры вала. Исходные данные: диаметр резьбы винта, например М6; высота опорной поверх­ности фланца крышка под шайбу b=4 мм; толщина прокладка b₁ =2 мм; толщина шайбы S_ш =1,4 мм.

Расчет выполним в следующей последовательности:

1. глубина l₁ завинчивания винта (марка материала корпуса с резьбовым отверстием - чугун) должна быть:

l₁=1,25d = 1,25 x 6 = 7,5 мм;

2. глубина l₂ резьбы с полным профилем определяется как:

l₂ =l₁ +2р = 7,5 + 2 x 1,0 = 9,5 мм,

где р - шаг резьбы, для винта с резьбой М6 крупный шаг р =1,0 мм (величину определяем по таблице [7,8]);

3. глубина l₃ сверления отверстия под резьбу рассчитывается:

l₃= l₁ +6р = 7,5 + (6 x 1,0) = 13,5 мм;

Формула для расчета длины винта L принимает следующий вид:

L_расч =l₁ + b + b₁ +S_ш = 7,5 + 4+2 + 1,4 = 14,9 мм.

По таблице ГОСТ 17473-73 (для винтов с полукруглой голов­кой) выбираем ближайшую большую длину 16 мм: L = 16 мм.

Размер l₀ - длина стержня винта, на которой нарезана резьба, выбирается по ГОСТ 17473-73. В примере длина L меньше 30 мм, поэтому резьба будет нарезана на всю длину до головки винта.

Таким образом, выбранный винт будет иметь следующее услов­ное обозначение:

Винт М6х16 ГОСТ 17473-80

Шпилечное соединение. В шпилечное соединение входят следующие детали: шпилька⁷, гайка и шайба (рис.5).

Одним концом (посадочным) шпильку ввинчивают в резьбовое отверстие в корпусе, на второй конец с резьбой (гаечный) надевают крышку, шайбу и навинчивают гайку.

Рис.5 - Соединение деталей шпилькой

Технологическая последовательность выполнения глухого резь­бового отверстия и расчет его размеров проводится аналогично рас­смотренным выше расчетам для отверстия под винт.

Глубина ввинчивания посадочного конца l₁ шпильки зависит от материала корпуса (см. рекомендации для винта).

⁷Шпилькой называют цилиндрический стержень с резьбой на обоих гонцах или по всей длине.

Все размеры шпильки, гайки шестигранной, шайбы пружинной зависят от диаметра резьбы d шпильки (см. вариант задания прил. 1) и их следует подбирать по таблицам стандартов.

Рабочую длину шпильки рассчитаем по формуле

L_{расч =} b_l+(B - b₂) + S_ш+ Н + а + с, (9)

где В - толщина фланца крышки; b₂ - высота опорной поверх­ности фланца крышки под шайбу, b₂= 2 мм (смотри подраздел 4.6, рис.16, таблица 1);

b₁ - толщина прокладки (во всех вариантах задания принима­ем равную 2 мм);

S_ш - толщина шайбы (ГОСТ 6402-70);

Н - высота гайки (по ГОСТ 5915-70, исполнение 1);

а - запас резьбы на выходе из гайки, принимаем от 1 до 1,5 шага резьбы р;

с - высота фаски на конце шпильки, можно принять с = р.

Пример расчета соединения шпилькой в опоре вала. Напри­мер, для шпильки с резьбой М8 и крупным шагом р = 1,25мм, при толщине фланца крышки 12 мм рабочая длина будет равна:

L_расч=2 +(12-2)+2+ 6,8+2 +1,25 =24,05мм.

Полученную расчетную длину шпильки следует округлить до ближайшей большей стандартной длины по ГОСТ 22034-76, т.е.

L_расч ≈ L_гост ,

Принимаем L =25 мм.

Длина l₀ гаечного конца l₀ = 18 мм.

Длина посадочного конца шпильки (с учетом марки материала корпуса с резьбовым отверстием - чугун) равна

l₁ = 1,25d = 1,25 x8 =10мм.

Выбранная шпилька будет иметь условное обозначение:

Шпилька М8х25 ГОСТ 22034-76.

При вычерчивании шпилечного соединения необходимо учесть особенность - сплошная толстая основная линия, указывающая гра­ницу резьбы на посадочном конце шпильки, должна совпадать с ли­нией разъема двух соединяемых деталей.