книги из ГПНТБ / Гольдин И.И. Основы технической механики учеб. пособие

изготовления и обслуживания; надежность, долговечность

ибезопасность в работе; малые вес и габариты.

Всоответствии с этим определяются постоянные требо­ вания к деталям машин:

прочность — деталь не должна разрушаться или полу­ чать остаточные деформации;

жесткость — упругие деформации должны быть весьма малы и не превышать допустимых, заранее заданных вели­ чин;

износоустойчивость — в течение заданного срока работы износ не должен вызывать нарушения характера сопря­ жения деталей и не приводить к недопустимому уменьше­

быть такими, чтобы ее изготовление требовало наименьших затрат труда и времени;

соответствие государственным стандартам.

Все эти требования учитываются конструктором при создании проекта машины. Этот процесс, именуемый про­ ектированием, состоит из нескольких этапов.

Вначале решается задача эскизного проектирования, во время которого конструктор на основе проектного задания подбирает или создает принципиальную схему будущей машины и производит основные расчеты по определению действующих усилий. В соответствии с этим определяются основные конструктивные размеры машины.

После этого следует этап технического проектирования, во время которого разрабатываются чертежи общих видов машины и ее узлов на основе более обстоятельных ра­ счетов.

И, наконец, этап рабочего проектирования, во время которого на основе окончательных уточненных расчетов из­ готовляют чертежи общих видов, узлов и отдельных дета­ лей. Рабочие чертежи деталей содержат все необходимые данные для их изготовления, а по чертежам общих видов и узлов производят сборку машины из деталей.

320

Глава двадцать шестая ДЕТАЛИ ПЕРЕДАЧ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

§ 153. Оси и валы

Для поддержания вращающихся частей машин; зубча­ тых колес, шкивов, барабанов, звездочек и др. служат спе­ циальные детали, получившие название осей и валов. Ось обычно представляет собой ступенчатое тело цилиндрической формы (рис. 233) как сплошное, так и полое. В различных конструкциях встречаются оси двух типов: вращающиеся и неподвижные. Например, вагонная ось вместе с закре­ пленной на ней колесной парой вращается, а ось переднего колеса велосипеда неподвижна и колесо вращается отно­ сительно ее.

Рис. 233. Ось

Наиболее распространенные валы — прямые — кон­ структивно (т. е. по форме) не отличаются от осей. Однако оси и валы существенно отличаются друг от друга по ха­ рактеру работы. Валы не могут быть неподвижными, они всегда вращаются. Но главное отличие в следующем: оси только поддерживают части машин и не передают вращаю­ щих моментов, а следовательно, подвергаются только из­ гибу. Вал, как и ось, поддерживает вращающиеся детали, но, кроме этого, еще и передает вращающий момент, а сле­ довательно, подвергается одновременному действию из­ гиба и кручения. Например, шпиндель токарного станка — это полый прямой вал. Вращающему моменту, который передается на шпиндель от электродвигателя (через проме­ жуточные валы), противодействует момент, создаваемый усилием резания.

Кроме прямых валов, встречаются и более сложные — коленчатые.

Те участки валов и осей, которыми они опираются на неподвижные опорные части машин, называются цапфами, причем концевые цапфы принято называть шипами, а про-

ночный паз, шлицы) и плавный переход от одного посадоч­ ного участка к другому (галтель, выточка).

Как мы уже отмечали, вращающиеся оси и валы своими цапфами опираются на неподвижные опоры. Так образуется

Поэтому целесообразней опора в виде самостоятельного узла — втулки с фланцем, при помощи которого происхо­ дит крепление к станине (рис. 235). Еще более совершенней конструкция, в которой внутрь такого подшипника за­ прессовывается сменная втулка из специального анти­ фрикционного материала (например, бронзы). При износе заменяют не весь подшипник, а лишь сменную втулку. Однако наиболее часто, особенно при больших нагрузках, применяют подшипник с разрезной втулкой (разъемными

322

вкладышами) (рис. 236). Он состоит из корпуса 1 разъем­ ного вкладыша 2, крышки 3 и болтов 4. Отверстие в крыш­ ке служит для установки масленки, из которой масло по-

Рис. 236. Разъемный подшипник скольжения

ступает на трущиеся поверхности. Такой подшипник удобно устанавливать на любой опоре: и на шипах, и на шейках, в то время как неразъемный подшипник можно установить лишь на концевой опоре (шипе). Кроме того, указанный подшипник допускает регулиро-

При расчете подшипников скольжения шип рассчитывают как жестко защемленную балку и проверяют на износ и нагрев.

П о д ш и п н и к и к а ч е н и я . Потери на трение ка­ чения значительно меньше потерь на трение скольжения — это объясняет широкое применение подшипников качения.

Подшипник качения (рис. 237) состоит из внутреннего / и наружного 2 колец, тел качения 3 и сепаратора 4. Внут­ реннее кольцо обычно жестко насаживается на вал, а на­ ружное — закрепляется в корпусе. Между вращающимися неподвижными кольцами катятся тела качения (шарики;

Рис. 238. Подшипники качения:

а — шариковый радиальный однорядный, б — роликовый радиальный, в — шариковый радиально-упорный однорядный, г — роликовый конический радиально-упорный, д — роликовый радиальный двухрядный сферический, е — шариковый упорный одинарный, ж — шариковый упорный двойной

цилиндрические, конические или бочкообразные ролики), удерживаемые на постоянном расстоянии друг от друга промежуточным кольцом — сепаратором.

В зависимости от формы тел качения подшипники де­ лятся на шариковые и роликовые, а в зависимости от числа рядов тел качения — на одно- и двухрядные.

По характеру нагрузок, для восприятия которых пред­ назначен подшипник, их разделяют на радиальные, осевые

324

(упорные) и радиально-упорные. На рис. 238, а—ж изобра­ жены широко применяемые типы подшипников.

Все подшипники стандартизированы и в зависимости от соотношения радиальных и осевых размеров разделяются на серии: легкую, среднюю, тяжелую. При одинаковом внутреннем диаметре подшипники легкой серии имеют меньшую ширину и наружный диаметр, чем подшипники средней серии. Естественно, что они также различаются по нагрузочной способности, т. е. по способности в течение определенного срока выдерживать без разрушения заданную нагрузку при заданной угловой скорости вращения вала. Возможное разрушение в подшипниках качения носит усталостный характер, так как шарики и вращающееся кольцо, попадая в зону нагрузки, подвергаются быстро нарастающему от нуля до максимума давлению с последую­ щей разгрузкой до нуля.

Для каждого подшипника в справочнике приводится коэффициент работоспособности, характеризующий его на­ грузочную способность, по которому производится подбор подшипника для конкретных условий работы в проекти­ руемой конструкции.

§ 155. Муфты

Очень часто в технике существует необходимость пере­ дать вращение с одного вала на другой, расположенный с ним соосно, сохранив при этом угловую скорость неизмен­ ной. Устройства, служащие для этой цели, называются

муфтами. С помощью муфт можно также передавать вра­ щение с валов на зубчатые колеса и.шкивы, свободно наса­ женные на эти валы.

325

и разъединение многократно возможно в процессе работы машины, то муфта называется сцепной.

Простейшей постоянной муфтой является втулочная муфта (рис. 239). Она представляет собой стальную или

Этого недостатка лишены компенсирующие постоянные муфты. Конструкция их сложнее, однако и возможности шире — они могут соединять валы, имеющие смещение и перекос геометрических осей, Если конструкция муфты

326

Такова, что компенсация смещения и перекоса валов осу­ ществляется за счет упругих элементов, муфта называется

соединения и разъединения валов во время их вращения или во время остановки, часто применяется кулачковая муфта (рис. 244). Одна из полу­ муфт жестко соединена с валом, а вторая может пе­ ремещаться по шпонке или

по шлицам вдоль вала. При включении муфты кулачки, расположенные на торцевых поверхностях одной полу­ муфты, входят во впадины другой.

§156. Вопросы для повторения

1.Перечислите и прокомментируйте основные требования к деталям

машин.

2.Каково содержание и роль эскизного, технического и рабочего проектирования?

327

6.Как и по каким признакам классифицируются подшипники каче­

ния?

7.Каково назначение муфт?

8.По каким признакам и как классифицируются муфты?

Глава двадцать седьмая РАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Применяемые в машиностроении соединения деталей можно разделить на две основные группы: р а з ъ е м н ы е и н е р а з ъ е м н ы е . Разъемные — это такие соединения, которые можно многократно разбирать и вновь собирать без разрушения деталей. Неразъемные могут быть разобраны лишь путем разрушения соединительных элементов.

К разъемным соединениям относятся резьбовые, шпо­ ночные, шлицевые, штифтовые.

§ 157. Резьбовые соединения

Резьбовые соединения являются самыми распростра­ ненными соединениями. Основным элементом деталей сое­ динения является резьба — канавка, прорезанная по вин­ товой линии на поверхности резьбовой детали. Наиболее часто такой поверхностью является цилиндрическая по­ верхность, иногда — коническая. Резьба может быть на­ ружной и внутренней, правой и левой. Надежность резь­ бового соединения зависит от силы трения, действующей в элементах соединения. Так как наибольшая сила трения получается при треугольной резьбе, то именно такой про­ филь резьб применяется в резьбовых деталях. В СССР в ка­ честве основной крепежной резьбы принята метрическая резьба с углом 60° при вершине профиля резьбы. Основные размеры такой резьбы — наружный диаметр и шаг — стан­ дартизованы и выражены в миллиметрах.

Резьбовые соединения выполняются при помощи резь­ бовых деталей: болтов с гайками (рис. 245, а), винтов (рис. 245, б), шпилек с гайками (рис. 245, в).

Болт — это цилиндрический стержень с резьбой, имею­ щей головку. Нарезанной частью стержня болт ввинчивается в гайку.

328

Винт отличается от болта тем, что ввинчивается не в гай­ ку, а в резьбовое отверстие одной из соединяемых деталей.

Шпилька — цилиндрический стержень, имеющий резь­ бу с обоих концов. Шпилька ввертывается в резьбовое от­ верстие одной из соединяемых деталей, а на другой ее ко­ нец навинчивают гайку.

При соединении болтом или шпилькой используется шайба — кольцевая пластинка. Ее назначение — предо­ хранить деталь от повреждения вращающейся гайкой.

Форма головок болтов и винтов и форма наружной по­ верхности гаек чаще всего шестигранная, рассчитанная на

Рис. 245. Резьбовые соединения болтом (а), винтом (б), шпилькой (в)

монтаж гаечным ключом. У винтов, особенно при неболь­ ших размерах, нередко встречаются головки со шлицем (прорезью) под отвертку.

Болтовое соединение применяется для соединения де­ талей небольшой толщины и при наличии в конструкции места для размещения гайки. Если же одна из деталей имеет значительную толщину (можно нарезать резьбу) и отсут­ ствует место для гайки, то применяют соединение винтом. Если же соединяемые детали имеют значительную толщину, что исключает возможность использования болта, и в то же время частая разборка может вызвать повышенный износ резьбы (например, деталей из чугуна, алюминиевых спла­ вов), то и винтовое соединение оказывается нерациональ­ ным. В этом случае применяется соединение шпилькой.

Несмотря на то что треугольная резьба с малым углом подъема винтовой линии, применяемая в резьбовых деталях, обеспечивает самоторможение, все же, особенно при дина­ мических нагрузках, возможны случаи самоотвинчивания.

329