8.3.Разъемные соединения

Резьбовые соединения – самый распространенный вид соединения деталей машин. Они характеризуются простотой конструкции, удобством сборки и разборки, универсальностью и высокой надежностью. Основной их недостаток – высокая концентрация напряжений в деталях соединения.

Эти соединения состоят из деталей с наружной и внутренней резьбой. Все детали с наружной резьбой называют винтами, а с резьбовым отверстием – гайками. Сопряжение винта и гайки называют винтовой парой. Резьбы являются основным элементом резьбового соединения. Резьбу получают нарезанием на цилиндрической, иногда конической, поверхности деталей канавок по винтовой линии.

По назначению резьбы делят на крепежные, крепежно-уплотнительные и ходовые. Крепежные резьбы должны быть прочными и самотормозящимися. Этим требованиям отвечают однозаходные треугольные.

Крепежно-уплотнительные резьбы применяют в соединениях, требующих герметичности (трубопроводы, арматура). Эти резьбы также имеют треугольный профиль, но без радиальных зазоров.

Ходовые резьбы применяют для передачи движения. Они имеют трапецеидальный профиль, который отличается пониженным трением и высоким к.п.д.

8.4.Шпоночные и шлицевые соединения

Шпоночные и шлицевые соединения служат для передачи вращающего момента от вала к установленным на нем деталям (зубчатым колесам, шкивам, муфтам).

Шпоночные соединения осуществляются с помощью призматических деталей – шпонок, которые устанавливаются в пазах вала и ступицы детали.

Достоинства: простота разборки и сборки; надежность в эксплуатации; компактность и простота конструкции. Недостатки: ослабление вала и ступицы шпоночными пазами; наличие концентрации напряжений в зоне шпоночных пазов, что ограничивает нагруженность соединения; необходимость удлинения ступиц колес для передачи больших моментов; высокие требования к точности выполнения шпоночных пазов; необходимость в дополнительных деталях для осевой фиксации зубчатых колес, шкивов.

Шпоночные соединения применяют при малых нагрузках, возможности размещения длинных ступиц, необходимости легкой сборки и разборки.

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 надежность, особенно при динамических и переменных нагрузках. Основное распространение получили шлицевые соединения с прямобочным и эвольвентным профилями зубьев.

9.Допуски и посадки.

9.1.Взаимозаменяемость и технологичность деталей машин

Возможность сборки деталей и последующая работоспособность узла зависят от некоторых размеров, определяющих их относительное положение, зазоры между ними и т.п. Например, как видно на Рис. 9.1, высота «мертвого» объема l_ поршневого компрессора зависит от размеров:

. (9.1)

Рис. 9.54

Такая совокупность линейно связанных размеров называется размерной цепью.

Размеры, входящие в размерную цепь, называют связанными, или звеньями цепи, размеры же, величина которых не оказывает влияния на сборку, например, d – свободными. Различают замыкающее звено l_ – размер, появляющийся в результате сборки и подлежащий определению, и составляющие звенья – размеры, которые приданы деталям, образующим цепь, при их изготовлении. Составляющие звенья подразделяют на увеличивающие, которые входят в правую часть равенства (9.1) со знаком плюс, и уменьшающие, которые имеют знак минус. Если увеличить увеличивающий размер, то замыкающее звено увеличится, а если увеличить уменьшающий размер, то замыкающее звено уменьшится.

Другой пример размерной цепи представлен на Рис. 9.2, где изображено поперечное сечение цилиндра компрессора.

Рис. 9.55

Диаметральный зазор  между внутренней поверхностью цилиндра и поршнем определяется соотношением:

=d_А – d_В (9.2)

Размеры деталей, входящие в размерную цепь вследствие ошибок производства у разных экземпляров деталей, несколько отличаются. В результате в разных экземплярах собранных узлов будут различаться между собой и значения величины замыкающего звена. Однако чрезмерные колебания этой величины недопустимы, так как это может сделать изделие неработоспособным. Например, при слишком малом l_ может быть повреждена крышка цилиндра, при слишком большом – понизится производительность. В случае слишком малого  при разогревании поршень может заклиниться в цилиндре, при слишком большом  – недопустимо возрастут утечки.

Связанные размеры деталей, влияющие на величину замыкающего звена, выполняют с необходимой точностью, что обеспечивает возможность сборки без пригонки. При таком методе производства любой экземпляр детали пригоден для установки в любом экземпляре узла или машины, т.е. все одноименные детали являются взаимозаменяемыми. Эта система производства называется производством по методу полной взаимозаменяемости.

Установим количественные соотношения, связывающие величины действительных связанных размеров в различных экземплярах изделия.

Измерим интересующий нас размер последовательно на каждой детали партии и распределим результаты измерения по группам с равными интервалами измеряемого размера. На Рис. 9.3 изображена диаграмма, по оси абсцисс которой отложены интервалы значений размера, а по оси ординат – отношения числа деталей (размер которых находится в пределах данной группы) к общему числу деталей. Эти ординаты изображают вероятность появления размера данной группы во всей партии деталей.

Рис. 9.56

Пусть наибольшее значение размера l, встретившееся на всех экземплярах детали в данной партии, обозначено l_max, а наименьшее – l_min. Тогда разность l_max – l_min называют полем рассеивания размера l. Если максимально допустимую по указаниям чертежа величину размера обозначить [l_max] и соответственно минимальную [l_min], то разность

называют допуском размера l. Детали, у которых l>[l_max] или l<[l_min], являются браком.

При правильно организованном производстве ширина поля рассеивания равна допуску размера. Чем меньше допуск, тем точнее нужно вести производство и тем дороже окажется деталь. Поэтому излишняя точность не нужна, а недостаточная вызовет высокий процент брака.

На рабочем чертеже детали для каждого связанного размера указывают два его предельных значения: максимальное [l_max] и минимальное [l_min], каждое из которых принято представлять в виде суммы одного и того же номинального размера l_н и соответствующего предельного отклонения [верхнего (ВО) и нижнего (НО)] как показано на Рис. 9.4.

Рис. 9.57

Среднее отклонение (СО) равно полусумме (ВО) и (НО).

Таким образом,

[l_max]=l_н+ВОl

[l_min]=l_н+НОl.

Следовательно, допуск размера l равен l=ВОl-НОl.

Поле допуска – поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями.

Номинальный размер назначают из ряда предпочтительных чисел. Предельные отклонения обычно на три, четыре порядка меньше номинального размера (например, 2500.5 мм). Предельные отклонения (ВО и НО) назначает конструктор как величины алгебраические, каждое из них в определенном конкретном случае может быть как больше, так и меньше нуля.

Большое значение при сборке машин имеют гладкие цилиндрические сопряжения, когда одна деталь – вал входит в другую – отверстие. При этом поверхностью соприкосновения – посадочной поверхностью – обычно является боковая поверхность цилиндра. Этот тип соединения широко используется для образования кинематических пар, а также для неподвижного соединения деталей.

Свойства цилиндрических сопряжений зависят от величины зазора или натяга (отрицательного зазора), который получается после сборки вала с отверстием.

Для отверстия и вала, образующих сопряжение, принято назначать один и тот же номинальный размер – номинальный диаметр сопряжения.

В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала посадки могут быть (Рис. 9.5): с зазором, с натягом и переходные.

Рис. 9.58

Посадка с зазором – посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении. Поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала. К посадкам с зазором относятся также и посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала. Посадка с натягом – посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении. Поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала. Переходная посадка – посадка, при которой возможно получение, как зазора, так и натяга. Поля допусков отверстия и вала перекрываются частично или полностью.