-2-360~1

Д ю й м о в а я р е з ь б а (рисунок 3.111,б ). Применяют для импортных машин: α = 55º, диаметр – в дюймах, шаг – число ниток резьбы на длине в 1 дюйм. При обозначении указывают наружную резьбу в дюймах.

Крепежно-уплотняющие резьбы.

Трубные цилиндрические (рисунок 3.112, б) и конические (рисунок 3.112, в) р е з ь б ы представляют собой мелкие дюймовые резьбы (число ниток резьбы на 1 дюйм – от 28 до 11), нарезаемые в основном на трубах и арматуре трубопроводов с d =1/8" − 6" . Для лучшего уплотнения резьбу выполняют с закругленным треугольным профилем без зазоров по выступам и впадинам. Условное обозначение дается по внутреннему диаметру трубы (в дюймах).

Рисунок 3.110Метрическая (а) и дюйовая резьба (б)

Рисунок 3.111Трубная резьба

Рисунок 3.112Круглая (а) и прямоугольная (б) резьба

341

Рисунок 3.113 – Упорная резьба

Ко н и ч е с к а я д ю й м о в а я р е з ь б а является разновидностью дюймовой резьбы. Нарезают ее на конических поверхностях резьбовых изделий с наружным диаметром d = 1/16″–2″. Такая резьба обеспечивает герметичность соединений, ее применение позволяет резко сократить время на завинчивание и отвинчивание (уменьшается угол относительного поворота винта или гайки).

Кр у г л а я р е з ь б а (рисунок 3.112, а) применяется для резьбовых соединений, несущих большие динамические нагрузки (вагонные сцепки), в загрязненной среде с частым отвинчиванием (пожарная арматура), а также в тонкостенных изделиях, требующих герметичности или хорошего контакта (патрон и цоколь электролампы и т. п.). Эта резьба удобна для изготовления отливкой, а также выдавливанием в тонкостенных деталях.

Ходовые резьбы.

П р я м о у г о л ь н а я р е з ь б а (рисунок 3.112,б) имеет прямоугольный или квадратный профиль, d и p – в миллиметрах. Эта резьба не стандартизована и применяется сравнительно редко.

Т р а п е ц е и д а л ь н а я р е з ь б а (рисунок 3.113 ) широко применя-

ется

впередачах винт – гайка. Она имеет симметричный профиль с α = 30º. По сравнению с прямоугольной трапецеидальная резьба имеет бóльшую прочность. При использовании гайки, разъемной по осевой плоскости, такая резьба позволяет выбирать зазоры путем радиального сближения половин гайки и тем самым устранять люфтовый ход при износе резьбы.

У п о р н а я р е з ь б а (рисунок 3.113) используется в нажимных вин-

тах с большой односторонней осевой нагрузкой. Резьба имеет несимметричный

профиль. Закругление повышает прочность винта.

Материалы для изготовления резьбовых изделий

Для изготовления резьбовых изделий используют следующие материалы:

342

основные стали – Ст3, Ст4, Ст5, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45. Низкоуглеродистые стали применяются благодаря хорошей деформируемости, так как в массовом производстве они изготовляются холодной высадкой; автоматные стали – А12, А20, А30;

для тяжелонагруженных крепежных резьбовых изделий применяют стали марок 20ХН, 30ХНЗА, 40ХН2МА и др.

Широкое применение резьбовых соединений обусловило необходимость их унификации и стандартизации. Стандартизованы основные параметры резьбы (резьба и ее допуски), растворы ключей и др.

343

3.13.2. Распределение нагрузки по виткам резьбы. Расчет резьбы на прочность

Расчеты резьбы на прочность производятся как проверочные. Для стандартных резьбовых изделий проверку прочности резьбы проводить не надо, так как полагают, что стержень болта и резьба равнопрочны.

Проверка резьбы по напряжениям среза. Если материал гаек и болтов одинаков, то наиболее вероятный срез витков – по внутреннему диаметру болта d1:

где K – коэффициент неполноты резьбы; для треугольной резьбы K = 0,75, для прямоугольной – K = 0,5, для трапецеидальной – K = 0,65; Н – высота гайки, Н = 0,53d; Km – коэффициент, учитывающий неравномерность рас-

Если гайка менее прочная, то наиболее вероятен срез по внутреннему диаметру гайки (наружный диаметр болта d):

Проверка резьбы по напряжениям смятия (для ходовых резьб).

Не редки случаи, когда гайка работает в условиях частых завинчиваний и отвинчиваний. Условием работоспособности является расчет на деформацию смятия:

где [ζ]см – допускаемое напряжение смятия; для углеродистых сталей [ζ]см т = (0,8 −1,0)ζ , для легированных сталей [ζ] см т = (0,6 − 0,8)ζ .

Распределение нагрузки по виткам резьбы.

Осевая сила по виткам резьбы гайки распределяется неравномерно изза неблагоприятного сочетания деформаций винта и гайки (витки в наиболее растянутой части винта взаимодействуют с витками наиболее сжатой части гайки).

344

Впервые статически неопределимая задача о распределении нагрузки по виткам гайки была решена известным русским ученым Н. Е. Жуковским в 1902 г. В дальнейшем это решение подтвердилось многочисленными экспериментальными и теоретическими исследованиями. Было установлено, что в десятивитковой гайке на первый со стороны опорного торца наиболее нагруженный виток приходится 34 % общей осевой нагрузки, на второй 23 %, на десятый < 1 %. Учитывая неравномерность распределения нагрузки по виткам резьбы, оказывается бесполезным большое увеличение высоты гайки или глубины завинчивания. Принимают число витков гайки z< 8. Стандартная крепежная гайка нормальной высоты имеет z =6.

На практике применяют специальные гайки (рисунок 3.114), в которых выравнивание нагрузки в резьбе происходит за счет повышения податливости витков резьбы винта (а) или гайки (б), что повышает усталостную прочность соединений до 30%.

Рисунок 3.114Конструкции гаек для выравнивания сил по виткам резьбы: а — гайка с поднутрением; б—гайка с конической выточкой

345

3.14 Соединение с натягом.

3.14.1. Цилиндрические и конические соединения с натягом. Проверка прочности деталей соединения.

Соединения с натягом можно разделить на две группы: соединение деталей по цилиндрическим или коническим поверхностям, причем одна деталь охватывает другую (наиболее распространено); соединения деталей по плоскости с помощью стяжных колей.

Характер соединения первой группы определяется натягом, т. е. разностью посадочных размеров. Натяг выбирается в соответствии с посадкам,

и др.

Достоинства соединений с гарантированным натягом в сравнении с другими соединениями, передающими усилия или моменты:

1.Возможность работать с большими нагрузками.

2.Хорошее восприятие ударных нагрузок (шпоночные соединения в таких условиях обминаются).

3.Просты в изготовлении и не ослабляют сечение вала.

Недостатком таких соединений являются трудности при сборке и разборке: появляются повреждения посадочных мест и ослабления посадки, отличающиеся большим рассеиванием прочности из-за действительных размеров вала и отверстия в пределах допуска.

По способу сборки различают:

соединения, собираемые запрессовкой; соединения с нагревом охватывающей поверхности; соединения с охлаждением вала.

Сборка запрессовкой позволяет контролировать силу запрессовки и тем самым вести контроль за соединением. Однако прочность сцепления деталей, собираемых с помощью температурного деформирования, при том же натяге больше (почти в 1,5 раза), так как при этом гребешки микронеровностей не сглаживаются.

Необходимая величина натяга определяется минимальным потребным давлением на посадочной поверхности. Давление должно быть таким, чтобы силы трения были больше внешних сдвигающих сил. При нагружении соединения осевой силой:

346

где d – диаметр посадочной поверхности, мм; l – длина посадочной поверхности, мм; p – давление на контактной поверхности, мм ; f – коэффициенттрения скольжения; Ксц – коэффициент запаса по сцеплению.

Отсюда давление на контактной поверхности

При одновременном нагружении силой Fa и моментом T расчет ведется по равнодействующей силе

Откуда

Для практических расчетов принимают следующие значения коэффициента трения:

f = 0,08–0,1 – сборка прессованием;

f = 0,12–0,14 – сборка за счет температурных деформаций.

Рисунок 3.115Соединение с натягом

347

3.15. Муфты. Редукторы и мотор-редукторы 3.15.1. Назначение, классификация и принцип действия муфт. Подбор муфт по расчетному моменту

Муфты предназначены для передачи механической энергии – крутящего момента между двумя соединенными валами.

Взависимости от условий эксплуатации муфты могут соединять валы постоянно, либо периодически при помощи оператора, либо по достижении определенных условий эксплуатации.

Вработе механических систем возможны случайные или периодические колебания передаваемого момента, что отрицательно сказывается на динамике машин. Для сглаживания изменений крутящего момента муфта должна обладать упругими свойствами, позволяющими демпфировать (смягчать) случайные изменения момента.

Соединяемые валы при монтаже механизмов с монтажным зазором λ (рисунок 3.117, а) будут иметь погрешности установки, которые можно группировать в виде:

погрешности осевого смещения валов a (рисунок 3.117, б); погрешности радиального смещения валов r (рисунок 3.117, в); погрешности углового перекоса валов Δγ (рисунок 3.117, г).

Чтобы соединить валы между собой с заданными погрешностями монтажа, необходимы муфты, способные компенсировать эти неточности.

На рисунке 3.116 приведена схема классификации типовых конструкций муфт, используемых в технических устройствах.

Рисунок 3.116Классификация муфт

348

По функциональному признаку и назначению различают три типа

муфт:

нерасцепляемые, или постоянные, муфты, обеспечивающие постоянное соединение валов;

сцепные управляемые муфты, допускающие периодическое соединение и разъединение валов;

сцепные самодействующие (автоматические) муфты.

Каждая из вышеприведенных групп муфт имеет свое подразделение по конструктивному исполнению.

Нерасцепляемые муфты

Нерасцепляемые муфты условно разделяют на глухие, компенсирующие, жесткие и упругие.

Одной из основных характеристик постоянных муфт являются их упругие свойства и демпфирующая способность, т. е. способность сглаживать резкие колебания крутящего момента и угловой скорости.

Упругие муфты могут быть с постоянной и переменной жесткостью. Упругие элементы упругих муфт изготавливаются из стали, упруго-

демпфирующих муфт – из неметаллических материалов (кожа, резина, пластмасса), что способствует быстрому гашению крутильных колебаний.

Упругие свойства и поглощающая способность муфт характеризуется резонансным фактором μ:

где Ψ – относительное рассеивание энергии колебаний, характеризует демпфирующую способность муфты и равно отношению рассеиваемой энергии к энергии упругой деформации за цикл колебаний;

f – круговая частота собственных колебаний;

где c – угловая крутильная жесткость муфты;

Θ1 и Θ2 – приведенные моменты масс кинематической цепи до и после муфты.

Передаваемый крутящий момент

350