Разновидности резьбовых соединений
Для соединения деталей применяют болты (винты с гайками, рис. 43 a), винты (рис. 43 б) и шпильки с гайками (рис. 43 в).
Рис. 43. Резьбовые соединения
болтом (а), винтом (б), шпилькой (в)
Болтовые соединения являются наиболее простыми и дешевыми, т.к. не требуют нарезания резьбы в соединяемых деталях. Однако детали должны иметь муcтa для расположения гайки и головки винта и, кроме того, болтовое соединение, но сравнению с винтовым, несколько увеличивает массу изделия.
Соединения винтами не имеют гаек т.к. винт ввинчивается в резьбовое отверстие детали.
Соединения шпильками применяют тогда, когда по условиям эксплуатации требуется частая разборка соединения деталей.
Рис. 44. Стопорение
Рис. 45. Стопорение
дополнительным трением в резбе фиксирующими элементами
Практика эксплуатации машин показывает, что при переменных нагрузках возможно самоотвинчивание гаек и винтов. Существуют следующие основные способы предохранения от самоотвинчивания (способы стопорения):
а) дополнительным трением в резьбе с помощью контргаек (рис. 44 а) и пружинных шайб (рис. 44 б);
б) с помощью фиксирующих элементов: шплинтов (рис. 45 а), проволоки (рис. 45 б), гаечных замков (рис. 45 в);
в) приваркой гаек к болтам или пластическим деформированием расклепыванием и кернением;
г) с помощью клеев, лаков паст.
Шпоночные и шлищевые соединения
Шпоночные и шлицевые соединения служат для закрепления на валах и осях вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, муфт и др. ), а также для передачи вращающего момента от вала к ступице или, наоборот, от ступицы к валу.
Шпоночные соединения состоят из вала, шпонки (стального бруска) и ступицы детали. Стандартные шпонки изготавливают из углеродистой или легированной сталей с пределом прочности не ниже 500 мПа.
Достоинством таких соединений является простота конструкции, невысокая стоимость и удобство сборки-разборки. К недостаткам шпоночных соединений следует отнести ослабление вала и ступицы шпоночными пазами за счет значительной концентрации напряжений и необходимость, в ряде случаев, индивидуальной подгонки шпонки по пазу.
Рис. 46. Соединение клиновой шпонкой
Все основные виды шпонок делят на напряженные и ненапряженные. К напряженным относят клиновые шпонки, имеющие уклон 1:100 и головку, предназначенную для выбивания шпонки из паза (рис. 46). Клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали по отношению к валу, а обработка паза в ступице с уклоном, равным уклону шпонки, создает дополнительные технологические трудности. В связи с этим применение таких шпонок в технике ограничено.
Рис. 47 Соединение призматической шпонкой |
Рис. 48.. Соединение сегментной шпонкой |
К ненапряженным относятся призматические (рис. 47) и сегментные (рис 48) шпонки. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметров вала, а затем соединение проверяют на прочность.
Соединения призматическими шпонками имеют наибольшее распространение. Стандартизованы обыкновенные и высокие шпонки. Последние обладают повышенной несущей способностью, их применяют, когда закрепляемые детали (ступицы) имеют малую длину.
В шпоночном соединении рассчитывают шпонку как более слабую деталь.
Основным проверочным расчетом шпоночных соединений является расчетна смятие. Условие прочности на смятие:
где σсм и [σсм] - расчетное и допускаемое напряжения смятия;
Ft - передаваемая окружная сила;
Асм - площадь смятия.
Иногда шпонки рассчитывают на срез, из условия прочности:
где τср и [τср] - расчетное и допускаемое напряжения на срез для материала шпонки;
Аср - площадь срезания, Аср = b·l,
здесь b - ширина шпонки, 1 - длина шпонки.
Сегментные шпонки (рис. 48) представляют собой пластины в виде сегмента, устанавливаемые в пазы на валу. Сегментные шпонки - самые технологичные из-за легкости изготовления самих шпонок и пазов для них, а также удобства сборки соединений.
Недостаток сегментных шпонок - необходимость выполнения глубоких пазов в валах, что снижает их прочность. Поэтому сегментные шпонки применяют для передачи относительно небольших моментов. Проверяют соединения сегментной шпонкой на смятие и на срез.
Цилиндрическую шпонку используют для закрепления деталей на конце вала. Отверстие под шпонку сверлят после посадки ступицы на вал.
Шлицевые (зубчатые) соединения образованы выступами-зубьями на валу, входящими во впадины-пазы в ступице.
По сравнению со шпоночными, шлицевые соединения имеют следующие преимущества:
1) большую нагрузочную способность вследствие большей рабочей поверхности контакта;
2) более точное центрирование сопрягаемых деталей;
3 высокое сопротивление усталости вала, так как концентрация напряжения шлицев меньше, чем в пазах шпоночного соединения;
4) лучшие технологичность и точность.
Внутренние шлицы получают протягиванием, наружные - фрезерованием.
В машиностроении применяют шлицы прямобочные, эвольвентные и треугольные (рис. 49).
Рис. 49. Шлицевые соединения
прямобочные (а, б, в), эвольвентное (г), треугольное (д)
Прямобочные соединения различают по способам центрирования. Наиболее точным и технологичным является центрирование по наружному диаметру (рис. 49 б). Центрирование по внутреннему диаметру рекомендуется при высокой твердости материала ступицы (рис. 49в), а центрирование по боковым поверхностям (рис. 49 а) - при реверсивной работе соединения и при ударных нагрузках.
Эвольвентные шлицы (рис. 49 г) технологичнее прямозубых, так как могут быть получены прогрессивными методами зубонарезания.
Шлицевые соединения могут выходить из строя в связи с износом или смятием рабочих поверхностей зубьев. Проверочный расчет их выполняется из условия прочности на смятие (как для шпоночных соединений).