4. Примеры расчёта штифтовых соединений

Пример 1. Рассчитать напряженное клиновое соединение. Сила, действующая на стержень, 600 кН. Материал клина и стержня – сталь, втулки – чугунное литье [9].

Решение.

Определяем диаметр хвостовика стержня из расчета на растяжение его сечения с отверстием для клина

.

По ГОСТ 6636-60 принимаем d = 160 мм.

Толщина клина равна δ = 0,25·d = 0,25·160 = 40 мм.

Диаметр верхней части D чугунной втулки по условию смятия её опорной поверхности принимаем D = 2 d = 2·160 = 320 мм.

Диаметр нижней части втулки D₁ принимаем

D₁ = (0,8...0,9)D = (0,8...0.9)320 = 280 мм.

Проверяем полученный диаметр D₁ расчетом втулки на растяжение

,

что меньше допускаемого для чугунной втулки напряжения [σ]_см = 25...30 МПа. Следовательно, диаметр втулки D₁ = 280 мм рассчитан правильно.

Расстояния h₁ и h₂ принимаем равными

h₁ = h₂ = (0,6...0,8) d = (0,6...0,8)·160 = 110 мм.

Проверяем полученные величины h₁ и h₂ расчетом хвостовика стержня на срез:

для стержня

,

что соответствует допускаемому для стали напряжению [τ]_С = 20...35 МПа;

для втулки

;

что соответствует допускаемому для чугунной втулки напряжению [τ]_С = 20...25 МПа.

Определяем диаметр бурта стержня d₁ из расчета его на смятие:

По ГОСТ 6636-69 принимаем d₁ = 210 мм.

Толщину бурта ∆ стержня определяем из расчета бурта на изгиб.

Принимаем ∆ = 40 мм.

Высоту клина h, определяем из его расчета на изгиб под действием момента:

По ГОСТ 6630-69 принимаем h = 180 мм .

Проверяем на смятие опорные поверхности:

клина и стержня

σ_СМ = 1,25 – P/(δ·d) = 1,25·600·10³/(40·160) = 117 МПа,

что меньше допускаемого [σ]_СМ = 150... 200 Мпа – σ_СМ<[σ]_СМ;

клина и втулки

,

что также меньше допускаемого напряжения для чугунной втулки [σ]_СМ = 80...120 Мпа – σ_СМ<[σ]_СМ.

Длину клина принимаем равной

L = (1,2…1,5)D₁ = 450 мм.

Пример 2. Рассчитать цилиндрический штифт крепления шестерни на валу (рис. 2). Диаметр вала d_в = 60 мм; крутящий момент М_К = 200 Н·м.

Решение.

Принимая рекомендуемое для штифтов значение допускаемых напряжений среза [τ]_СР = 60 МПа, вычисляем диаметр штифта:

.

По ГОСТ 3128-70 принимаем диаметр штифта 10 мм.

Для передачи заданного момента кручения в соединении необходимо применить стандартный цилиндрический штифт [11].

Штифт 10h1185 ГОСТ 3128-70.

6. Резьбовые соединения

   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.

Рис. 6.60. Профиль метрической резьбы

Рис. 6.61. Образование витков резьбы

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.

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 (/2).

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.