7.3.Расчеты на прочность

При забивании клина суммарные силы на рабочих гранях клина равнодействующие нормальных сил и сил трения наклонены на угол трения φ к нормалям в сторону, обратную перемещению клина рис. 7.5. В установочных клиновых соединениях усилие на стержне равно полезной нагрузке Q = Q_вн.

а б в

Рис. 7.34 Расчетные схемы клинового соединения

В соединениях с предварительным натягом по условию, что после приложения нагрузки в соединении сохранился натяг Q = (1,25…1,5)Q_вн. Из условия равновесия клина можно определить усилие, необходимое для его забивания Р:

,

где α – угол наклона образующей клина к его оси.

При забивании клина изменяется направление сил трения на рабочих гранях и усилие, необходимое для выбивания клина можно определить по зависимости:

.

Самоторможение клинового соединения возможно, если сила P₁, необходимая для его выбивания должна быть больше нуля. Поэтому:

или: α ≤ 2φ.

Таким образом, угол односкостного клина или сумма углов сторон угол заострения двухскосного клина должен быть меньше двойного клина трения на рабочих гранях.

Расчётный коэффициент трения обычно принимают равным 0,1 φ ≈ 5⁰45′. В силовых клиновых соединениях при уклоне менее 1:25 обеспечивается значительный запас самоторможения.

Действительное распределение давлений по рабочей поверхности клина неравномерно, однако в расчётах условно принимают, что давление по поверхности контакта распределяется равномерно рис. 9.5.

В клиновом соединении стержень рассчитывают на растяжение по ослабленному сечению:

,

где d – диаметр стержня;

в – ширина прорези для клина.

Втулка рассчитывается на смятие рабочих поверхностей:

;

где: δ – толщина втулки.

Клин работает на изгиб, поэтому его рассчитывают по схеме, приведённой на рис. 9.5.

.

Высота клина h равна:

.

Клин обычно изготавливают из среднеуглеродистой стали марки Ст. 5 или Ст. 6, для которых [σ] ≈ 150 МПа, а [σ]_см ≤ 200 МПа.

Штифтовые соединения рассчитывают из условия их работы на срез. При нагружении соединения поперечной силой Q условие прочности штифта равно:

.

Для штифтов рекомендуется принимать [τ]_ср ≤ 80 МПа.

8.Резьбовые соединения

8.1.Назначение и конструкция резьбовых соединений

Резьбовые соединения – самый распространённый вид соединений вообще, и разъёмных в частности. Это объясняется их достоинствами: универсальностью, высокой надёжностью, способностью воспринимать большие нагрузки и создавать большие усилия затяжки, малыми размерами и весом, относительной простотой изготовления с соблюдением высокой точности. Основой всех соединений является резьба.

ГОСТ 11708-66 устанавливает основные определения для резьб общего назначения.

Резьба – поверхность, образованная при винтовом движении плоского контура по цилиндрической или конической поверхности.

Цилиндрическая резьба – резьба, образованная на цилиндрической поверхности.

Коническая резьба – резьба, образованная на конической поверхности.

Наружная резьба – резьба, образованная на наружной, охватываемой поверхности, которая носит название болт или винт.

Внутренняя резьба – резьба, образованная на внутренней, охватывающей поверхности которая носит название гайка.

Рис. 8.35 Профиль метрической резьбы

Рис. 8.36 Образование витков резьбы

Правая резьба – резьба, образованная контуром, вращающимся по часовой стрелке и перемещающимся вдоль оси в направление от наблюдателя.

Левая резьба – резьба, образованная контуром, вращающимся против часовой стрелке и перемещающимся вдоль оси в направление от наблюдателя.

По числу заходов резьбы подразделяются на однозаходные и многозаходные.

Ось резьбы – прямая, относительно которой происходит винтовое движение плоского контура, образующего резьбу.

Профиль резьбы – контур сечения резьбы в плоскости, проходящей через ось.

Боковые стороны профиля – прямолинейные участки профиля, принадлежащие винтовым поверхностям.

Вершина профиля – участок профиля, соединяющий боковые стороны выступа.

Впадина профиля – участок профиля, соединяющий боковые стороны канавки.

Угол профиля α – угол между боковыми сторонами профиля.

Углы наклона сторон профиля β и γ – угол между боковыми сторонами профиля и перпендикуляром к оси резьбы. Для резьб с симметричным профилем углы наклона сторон равны половине угла профиля .

Рабочая высота профиля Н₁ – высота соприкосновения сторон профиля наружной и внутренней резьб в направлении, перпендикулярном к оси резьбы.

Сбег резьбы – участок неполного профиля в зоне перехода резьбы к гладкой части.

Длина резьбы – длина участка поверхности, на котором образована резьба, включая сбег резьбы и фаску.

Длина резьбы с полным профилем – длина участка на котором резьба имеет полный профиль.

Длина свинчивания – длина соприкосновения винтовых поверхностей наружной и внутренней резьб в осевом направлении.

Резьбовое соединение – соединение деталей с помощью резьбы, обеспечивающее их относительную неподвижность или заданное перемещение одной детали относительно другой. Конструктивно резьбовые соединения очень разнообразны, но все могут быть отнесены к одному из следующих двух типов:

• резьбовые соединения, осуществляемые непосредственным свинчиванием соединяемых деталей, без использования специальных соединительных деталей;

• резьбовые соединения, осуществляемые при помощи специальных соединительных деталей: болтов, винтов и шпилек с гайками и шайбами.