3433

61

Длина части болта без резьбы должна быть меньше суммы толщин соединяемых деталей на 2-3 мм. Стержень болта рассчитывают по напряжениям среза и смятия. Условие прочности по напряжениям среза имеет вид:

где i=z-1 – число плоскостей среза(стыка); z – число соединяемых деталей; d

– диаметр стержня болта, равный наружному диаметру резьбы или больше его.

Расчет на смятие выполняют по условным напряжениям. Условно принимают напряжения смятия равномерно распределенным по диаметральному сечению рассматриваемого участка стержня. Тогда условия прочности по напряжениям смятия можно записать в виде(соответственно для средней и крайних деталей):

Эти формулы справедливы и для болта и для соединяемых деталей. При этом допускаемые напряжения на смятие [ см]=0,8 т – для стали и

[ см]=(0,4…0,5) В – для чугуна.

б) Соединения с зазором

Внешняя нагрузка уравновешивается силами трения, возникающими в плоскости стыка деталей 1, 2, 3 вследствие прижатия деталей одна к одной под действием усилия затяжки болта.

Из условия равновесия одной из деталей в стыке F=iFтр=iFзf, или расчетную зависимость:

где Fтр – сила трения;

f – коэффициент запаса от сдвига (к=1,3…1,5 – при статической нагрузке; к=1,8…2,0 – при переменной нагрузке).

Прочность болта оценивается по эквивалентной нагрузке.

62

Cлучай 4. Болт затянут, внешняя нагрузка раскрывает стык деталей. Например, фланцевое соединение труб и ассиметричных конструкций

типа оболочек, крепления крышек резервуаров под давлением. После затяжки болтов соединяемые детали находятся под действием сжимающей силы Fз (на участке действия одного болта) а болт растянут такой же осевой силой Fз. При помощи жидкости или газа в резервуаре внутреннее давление увеличивается и на соединяемые детали действует дополнительная нагрузка Q, которая пытается разъединить детали (раскрыть стык).

Рис. 7.8. Резьбовое соединение с затянутым болтом

Q D12 q / 4 , где D1 – внутренний диаметр соединяемых деталей.

где q – давление жидкости или газа внутри резервуара.

Таким образом, на участке действия одного болта помимо силы Fз возникает сила F, по направлению совпадающая с Fз:

где z – число болтов.

При нормальной работе соединения должно выполняться условие нераскрытия стыка (сила, сжимающая детали в стыке, должна быть всегда больше нуля). В этом случае часть нагрузки от внешнего давления, равная

нагрузке, который соответствует приходящейся на болт доле внешней нагрузки F. В соответствии с условием нераскрытия стыка(сохранения плотности стыка) можно выразить усилие затяжки через внешнюю нагрузку:

63

где К – коэффициент затяжки или коэффициент запаса по затяжке (К=1,25…2,00 – при статической внешней нагрузке, К=2…4 – при динамической – переменной – внешней нагрузке;

e = 0,2…0,3 – при жестких фланцах

e = 0,5…0,7 и до 0,9 – при податливых фланцах.

Рис. 7.9. Участок действия сил

Осевая растягивающая сила, действующая на затянутый болт после приложения внешней нагрузки:

По Fр можно определить необходимый внутренний диаметр болта с использованием уравнения (2).

64

РАЗДЕЛ III. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПЕРЕДАЧ

ТЕМА 8. МЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД И ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПЕРЕДАЧ

8.1. Общие сведения

Механическими передачами или просто передачами называют механизмы, служащие для передачи механической энергии на расстояние, как правило, с преобразованием скоростей и моментов, иногда с преобразованием видов(например, вращательное в поступательное) и законов движения.

Основные причины применения передач в машинах следующие:

1.Требуемые скорости движения рабочих органов машины, как правило, не совпадают с оптимальными скоростями двигателя, обычно ниже,

атихоходные двигатели для больших моментов очень громоздки и дороги.

2.Для большинства технологических и транспортных машин необходима возможность регулирования скорости и периодическая работа с большими моментами (при малых скоростях); между тем регулирование скорости двигателя не всегда возможно и экономично.

3.Двигатели обычно выполняют для равномерного вращательного движения, а в машинах часто оказывается необходимым поступательное движение с заданным законом изменения скорости.

4.Двигатели не всегда могут быть непосредственно соединены с исполнительными механизмами из-за требований к габаритам машины, условий ТБ, удобства обслуживания.

Передачи по принципу работы разделяют:

1.Передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые, червячные и винт-гайка) и с гибкой связью (цепные).

2. Передачи трением с непосредственным контактом тел качения (фрикционные) и с гибкой связью (ременные).

Наряду с механическими передачами трением и зацеплением широко применяют гидравлические, пневматические и электрические передачи.

Основные характеристики передач: передаточное отношение, передаваемый момент, быстроходность и КПД.

65

ТЕМА 9. ПЕРЕДАЧА ВИНТ-ГАЙКА

9.1. Общие сведения

Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное. Особенностью винтовых механизмов является плавность и точность хода, что обеспечило им широкое применение в машиностроении и приборостроении. С помощью винтовых механизмов можно создать большие усилия при малых перемещениях (прессы, домкраты и т.д.).

Достоинствами винтовых механизмов являются: простота конструкции, большое передаточное отношение, возможность получить самотормозящую передачу.

Недостатки - наличие больших потерь на трение в винтовой паре, что приводит к быстрому износу и низкому КПД.

В зависимости от характера относительного движения винта и гайки различают пять типов винтовых механизмов (рис.9.1):

а) винт 1 вращается, а гайка 2 движется поступательно (применяется для установочного движения);

б) винт 1 вращается и движется поступательно, а гайка 3 неподвижна (измерительные и окулярные микрометры, зажимы, прессы и т.п.);

в) гайка 2 вращается, а винт 1 движется поступательно (применяется для установочного движения);

г) гайка 2 вращается и движется поступательно, а винт 1 неподвижен (применяется для грубых установочных механизмов);

д) винт 1 вращается и движется поступательно относительно стойки (как по схеме б), а гайка 2 движется поступательно (применяется для достижения малых точных перемещений вследствие малой разности ходов t13

и t21).

9.2. Примеры конструкции деталей с резьбой

Винты. Винт представляет собой цилиндр, на части которого нарезана резьба. Для силовых механизмов применяются (рис.9.2):

а) треугольная; б) трапецеидальная; в) упорная;

г) прямоугольная резьба (редко).

Широко распространена трапецеидальная резьба, она технологична и прочна.

66

Рис. 9.2. Основные типы резьб

68

Ходовые винты обычно изготавливаются из сталей 45 и 50. При необходимости получения высокой твердости винтов, применяются стали 40Х, У10, ХГ, ХВГ, 65Г, которые подвергаются термической обработке. Для антикоррозиционной стойкости винты приборов полируют и проводят оксидно-гальваническую отделку (хромирование, кадмирование, цинкование и д.р.).

Гайки. Представляют собой втулку или корпус с резьбой в отверстии и опорными поверхностями, предохраняющие ее от смещения и проворачивания. В механизмах, где предъявляются требования компенсации износа с целью уменьшения мертвого хода (зазора между винтом и гайкой), применяют разрезные гайки, снабженные специальными приспособлениями обеспечивающими радиальную либо осевую выборку зазора(стяжной винт или пружина).

С целью уменьшения потерь на трение гайки изготовляются из оловянистых бронз БрОФЖ10-1, БрОЦС6-6-3, а также антифрикционного чугуна или латуни марок ЧС, Л60-62, пластмасс и др. С этой же целью применяются механизмы с трением качения. Контакт винта с гайкой осуществляется посредством шариков.

9.3. Расчет передачи винт-гайка

Кинематический расчет. В трехзвенном винтовом механизме (рис.9.1,д) угловая скорость ведомого звена (гайки 2) на основании теоремы о сложении скоростей:

после совместного решения уравнений(9.1) и (9.2) получим:

t13 t21

и

69