Тема 4.2 Соединения деталей Требования к знаниям и умениям студентов

Должны иметь представление: о видах разъемных и неразъемных соединений.

Должны знать: классификацию сварных, заклепочных, резьбовых, штифтовых, шпоночных и шлицевых соединений.

Должны уметь: описывать особенности сварных, заклёпочных, резьбовых, штифтовых, шпоночных и шлицевых соединений.

Содержание учебного материала

Неразъемные соединения: заклепочное и сварное соединения. Их особенности и область применения, классификация.

Разъемные соединения: резьбовое, штифтовое, шпоночное, шлицевое. Их особенности, область применения, классификация.

Методические рекомендации

Каждая машина получается в результате сборки деталей, осуществляемой с помощью подвижных и неподвижных соединений.

Подвижные соединения обеспечивают движение одной детали относительно другой. Неподвижные соединения жёстко скрепляют две или несколько деталей.

По признаку разъёмности соединения делят на неразъёмные (заклёпочные, сварные, клеевые, с гарантированным натягом и др.) и разъёмные (резьбовые, шпоночные, шлицевые и др.). Первые можно разобрать только после их полного или частичного разрушения, вторые допускают многократную разборку и сборку без повреждения деталей.

Из неразъёмных соединений наиболее совершенны сварные соединения. Они образуются под действием сил молекулярного сцепления, возникающих в месте нагрева соединяемых деталей или совместного пластического деформирования их. Способы сварки весьма разнообразны, рассмотрите самые распространённые из них. Следует знать, что сварка применяется для соединения элементов сосудов, испытывающих давление; для изготовления корпусов судов, подводных лодок; для изготовления турбин, доменных печей, мостов; с помощью сварки изготавливают корпуса редукторов, зубчатые колёса, звёздочки и т. п.

Рассмотрите классификацию сварных соединений:

1. По расположению свариваемых элементов: стыковые, внахлёст, тавровые, угловые и др.

2. По типам сварных швов:

2.1. По протяженности: непрерывные, прерывистые.

2.2. По положению в пространстве: нижние, горизонтальные, вертикальные, потолочные.

2.3. По геометрической форме: стыковые, угловые.

2.4. По внешней форме угловые швы: выпуклые, нормальные, вогнутые.

Обратите внимание, что стыковые соединения - наиболее простые, надёжные и экономичные конструкции. Имеют наименьшую массу и концентрацию напряжений в зоне шва. Эти соединения выполняют стыковыми швами, форма которых зависит от толщины соединяемых деталей и вида сварки. Рассмотрите конструкции стыковых швов.

Нахлёсточные соединения выполняют угловыми швами. В зависимости от направления валика шва и силы, действующей на деталь нахлёсточного соединения, угловые швы бывают: лобовые, фланговые, комбинированные.

Перейдите к изучению заклёпочных соединений. Заклёпочные соединения состоят из двух или нескольких листов или деталей, соединяемых в неразъёмную конструкцию с помощью заклёпок. В настоящее время заклёпочные соединения применяются ограниченно. Однако до сих пор применяют заклёпочные соединения в конструкциях, для которых методы сварки и склеивания неприемлемы. Большой объём клепально-сборочных работ производится при изготовлении летательных аппаратов. Заклёпочные соединения находят применение в подъёмно-транспортных машинах, в строительстве железнодорожных мостов, котлостроении и т. п.

Следует рассмотреть классификацию заклёпочных швов:

1. По назначению: прочные, плотные.

2. В зависимости от расположения склёпываемых деталей: швы встык с одной или двумя накладками, швы внахлёст.

3. По числу рядов заклёпок: однорядные, многорядные.

4. По расположению заклёпок в рядах: швы параллельные, швы шахматные.

5. По условиям работы: односрезные, двухсрезные.

Изучите конструктивные особенности заклёпок. Обратите внимание, что выбор формы закладной головки зависит от назначения заклёпочного шва.

Следует знать, что в качестве склёпываемых материалов могут быть углеродистые и легированные стали, цветные металлы и их сплавы, неметаллические материалы, применяемые в общем машиностроении. Заклёпки изготавливают из малоуглеродистых сталей Ст2, Ст3, Ст2кп, Ст3кп, 10, 15, 10кп, 15кп, легированной стали 12Х18Н9Т, меди М3, латуни Л64, алюминиевых сплавов АД1, АД18 и др.

Из разъёмных соединений наиболее распространенными являются резьбовые соединения. Их образуют болты, винты, шпильки, гайки и другие детали, снабженные резьбой. Основным элементом резьбового соединения является винтовая пара. Винтовая пара образуется соединением винта и гайки, которые соприкасаются друг с другом по винтовым поверхностям. Рассмотрите образование винтовых поверхностей.

Изучите классификацию резьб по следующим признакам:

1. В зависимости от формы поверхности, на которой образуется резьба: цилиндрические и конические.

2. В зависимости от профиля резьбы: треугольные, упорные, трапецеидальные, прямоугольные и круглые.

3. В зависимости от направления винтовой линии: правые и левые.

4. В зависимости от числа заходов резьбы: однозаходные и многозаходные.

5. В зависимости от назначения: крепёжные, крепёжно-уплотнительные и передачи движения.

Далее рассмотрите геометрические параметры резьбы. Обратите внимание, что наружный диаметр резьбы d является номинальным диаметром резьбы. Изучите основные типы стандартных резьб (метрическая, дюймовая, трапецеидальная, упорная, прямоугольная и круглая), определите их геометрические особенности и область применения.

Изучите конструкции резьбовых соединений (болтовые, винтовые, шпилечные), а так же детали с помощью которых они осуществляются.

Обратите внимание, что крепёжные резьбовые детали изготовляют из углеродистых сталей Ст3 и Ст4, а так же марок 10, 20,30, 35.Резьбовые детали из этого материала можно изготовлять холодной штамповкой с последующей нарезкой или накаткой резьбы.

Для болтов, винтов, шпилек из углеродистых и легированных сталей по ГОСТ 1759-70 предусмотрены 12 классов прочности.

Все стандартные резьбы изготавливают равнопрочными на разрыв стержня, срез и смятие витков, поэтому при расчёте на прочность определяют требуемый диаметр резьбового стержня. Рассмотрите основные расчётные формулы.

Следует знать, что штифты в основном предназначены для точной фиксации деталей, а также для передачи небольших нагрузок. Иногда штифты используют и как предохранительное звено, работающее на срез. Штифтовые соединения могут осуществляться цилиндрическими, коническими или фасонными штифтами. Рассмотрите конструкции, назначение и область применения этих типов штифтов.

Изготовляют штифты из сталей 45 и А12, при необходимости производят поверхностную закалку до твёрдости - 45…55 НRС. Выбор допускаемых напряжений зависит от механических характеристик материала заклёпок.

Следует знать, что шпоночные и шлицевые соединения служат для передачи вращающего момента от вала к установленным на нём деталям и наоборот.

Отметьте, что шпоночные соединения осуществляются при помощи призматических деталей - шпонок, которые устанавливаются в пазах вала и ступицы детали.

Необходимо знать, что шпоночные соединения делятся на две группы: ненапряжённые (осуществляются призматическими и сегментными шпонками) и напряжённые (осуществляются клиновыми шпонками). Сравнивая соединения основными типами стандартных шпонок, обратите внимание, что их размеры выбирают по диаметру вала в месте установки шпонки, отметьте какие грани этих шпонок являются рабочими. Следует знать, что призматические шпонки являются самыми распространёнными и обеспечивают более удобный монтаж и демонтаж, лучшее центрирование деталей. Рассмотрите классификацию призматических шпонок по форме торцов. Основные преимущества сегментных шпонок - технологичность их изготовления, удобство монтажа и демонтажа, но сечение вала ослабляется в большей степени из-за большой глубины шпоночного паза. При установке клиновой шпонки в паз с натягом создаётся соединение, которое передаёт вращающий момент и осевую силу. Но при запрессовке клиновой шпонки происходит радиальное смещение ступицы по отношению к валу и перекос детали, что является причиной её торцового биения.

Следует знать, что стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой чистотянутой стали Ст5, Ст6, 45, 50, 55, 60. Выбор допускаемых напряжений зависит от характера нагрузки соединения и материала ступицы, насаживаемой на вал детали.

Далее рассмотрите шлицевые соединения. Отметьте, что шлицевые соединения осуществляются выступами - зубьями на валу, входящими во впадины соответствующей формы в ступице. По сравнению со шпоночными они обеспечивают лучшее центрирование и направление деталей на валах; большую нагрузочную способность и надёжность, особенно при динамических и переменных нагрузках.

Рассмотрите классификацию шлицевых соединений:

1. По характеру соединения: подвижные, неподвижные.

2. По форме зубьев: с прямобочными, эвольвентными, треугольными зубьями.

3. По способу центрирования ступицы относительно вала: по наружному диаметру, по боковым поверхностям, по внутреннему диаметру.

Наибольшее распространение получили прямобочные и эвольвентные зубчатые соединения. Следует знать, что соединения с эвольвентными зубьями имеют повышенную прочность и точность центрирования. Технология нарезания зубьев эвольвентного профиля более совершенна и проста, чем зубьев прямобочного профиля.

[ 1 ] §§ 86-89,121; [ 2 ] §§ 3.5-3.16.