11.6. Расчёт штифтовых соединений

Такие соединения образуются совместным сверлением соединяемых деталей и установкой в отверстие с натягом специальных цилиндрических или конических штифтов [1, 8, 9].

Цилиндрические штифты (табл. 11.15) применяются для закрепления и передачи небольшого вращающего момента и небольших осевых сил между валом и полумуфтой, ступицей колеса или втулкой, а также для других малонагруженных соединений.

Таблица 11.15 Штифты цилиндрические, ГОСТ 3128-46, размеры, мм
Различаются предельными отклонениями диаметра и формой концов
d	f	Длина, l		d	f	Длина, l		d	f	Длина, l
0,6	0,1	4…10		4	0,7	10…60		20	2,5	40…280
0,8	0,15	4…14		5	0,8	10…80		25	3,5	50…280
1	0,2	4…18		6	1	12…100		30	4	60…280
1,5	0,3	4…28		8	1,2	16…140		40	5	80…280
2	0,4	5…35		10	1,5	20…180		50	6	100…280
2,5	0,5	5…40		13	1,8	26…220
3	0,5	6…50		16	2	32…260
Нормальный ряд длин l: 4, 5, 6, 8, 10, 12, (14), 15, (16), 18, (20), 22, (24), 26, (28), 30, (32), 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 140, 150, 165, 180, 200, 220, 240, 260, 280 мм. Материал: сталь 45, сталь 15, сталь А12, сталь У8. Допускаются штифты со сферическими концами.

Штифты работают на срез и смятие. Смятие боковых поверхностей наступает раньше, поэтому расчёт на смятие – проектировочный, а на срез – проверочный.

Из условия прочности на смятие находят требуемый диаметр штифта:

а затем по таблице 11.15 выбирается штифт ближайшего большего диаметра.

Затем выбранный штифт проверяют на прочность по касательным напряжениям среза: τ_срез = 8 M_вращ/(π ·d²_вала·d) ≤ [τ]_срез.

Для гладких штифтов можно принять [σ]_смят=100 МПа при спокойной нагрузке, 75 МПа при колебаниях нагрузки и 50 МПа при ударной нагрузке. Допускаемые касательные напряжения среза [τ]_срез ≈ 0,6 [σ]_смят.

При невыполнении условий прочности целесообразнее не увеличивать диаметр штифта, а применять штифты из более прочного материала.

Отверстия в валах под штифты необходимо учитывать, как концентраторы напряжений при проверочном расчёте валов.

Конические штифты (табл. 11.16) применяются для центрирования деталей, соединяемых по плоскостям (как крышка и картер корпуса редуктора), где всю нагрузку воспринимают стяжные болты. Здесь штифты практически не нагружены, служат только для центрирования корпусных деталей и устанавливаются попарно на диаметрально противоположных сторонах фланца корпуса. Такие штифты выбираются по таблице из конструктивных соображений так, чтобы они были соразмерны толщине и ширине соединяемых фланцев.

Таблица 11.16 Штифты конические, ГОСТ 3129-46, размеры, мм
d	f	Длина, l		d	f	Длина, l		d	f	Длина, l
0,6	0,1	4…10		4	0,7	16…60		20	2,5	50…280
0,8	0,15	4…14		5	0,8	20…80		25	3,5	55…280
1	0,2	5…18		6	1	24…100		30	4	60…280
1,5	0,3	6…28		8	1,2	28…140		40	5	70…280
2	0,4	8…35		10	1,5	32…180		50	6	80…280
2,5	0,5	10…40		13	1,8	35…220
3	0,5	12…50		16	2	40…260
Нормальный ряд длин l: 4, 5, 6, 8, 10, 12, (14), 15, (16), 18, (20), 22, (24), 26, (28), 30, (32), 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 140, 150, 165, 180, 200, 220, 240, 260, 280 мм. Материал:сталь 45,сталь 15,сталь А12,сталь У8. Допускаются штифты со сферическими концами.

Штифты с канавками и пружинные выполняют из пружинной стали и рассчитывают так же, как гладкие, но допускаемые напряжения материала занижают на 50 %.

Контрольные вопросы

Какие типы соединений применяются в конструкциях приводов?

Как преобразуется система действующих сил для расчёта сварного шва?

Каковы отличия лобового, флангового и косого швов?

Чем обусловлена величина катета шва?

Как задаются допускаемые напряжения сварных швов?

Как уточняются допускаемые напряжения сварных швов при переменных нагрузках?

Какой вид резьбовых соединений наиболее распространён в технике?

Как расшифровывается обозначение резьбы в документах?

Что является исходными данными для расчёта резьбовых соединений?

В чём основное отличие расчёта болтов, установленных с зазором и без зазора?

В чём заключаются особенности расчёта стяжных болтов?

Как в расчёте учитывается совместное действие растяжения и кручения болта?

Какой диаметр резьбы определяется при проектировочном расчёте?

По каким напряжениям выполняют проверочный расчёт резьбовых соединений?

Каковы особенности конструкции и технологии монтажа анкерных болтов?

Как образуется соединение деталей с натягом?

Как учитывается неровность сопрягаемых поверхностей при посадке с натягом?

Как учитывается разность температур сопрягаемых деталей?

В каких случаях предпочтительнее посадки в системе вала или отверстия?

В каких случаях применяются шлицевые соединения?

По какому критерию рассчитываются шлицевые соединения?

По какому критерию проверяется рассчитанное шлицевое соединение?

Как обозначается прямобочное шлицевое соединение на чертежах?

По каким напряжениям выполняют проектный расчёт шпоночного соединения?

По каким напряжениям выполняют проверочный расчёт шпоночного соединения?

Какие размеры шпонки задаются, а какие рассчитываются из условий прочности?

В каких случаях применяются штифтовые соединения?

По каким напряжениям рассчитывают штифтовые соединения в проектировочном и проверочном расчётах?

Какой размер штифта находят из условия прочности на смятие?

Каковы особенности конструкции и проектирования конических штифтов?

Из каких материалов выполняют штифты?

Заключение

В данном пособии рассмотрены методики расчёта и проектирования всех типовых деталей машин. Каждая методика сопровождается конкретным примером расчёта и выбора параметров. При всём разнообразии приведённых примеров можно проследить общую закономерность расчёта, когда предварительно определяются нагрузки (силы и моменты), условия работы (наработка, режимы работы), выбирается материал, а затем исходя из условия прочности детали определяется ей ключевой параметр, обуславливающий все геометрические размеры, необходимые для построения рабочего чертежа.

За рамками пособия остались нестандартные, крупногабаритные детали и узлы, для расчёта которых необходимо обращаться к справочной литературе, рекомендованной в библиографическом списке.

Дисциплина "ДМОК" не утрачивает своей важности и актуальности, т.к. даже при развитии робототехники и мехатроники в конечном итоге все рабочие операции выполнялись и будут выполняться механическими исполнительными звеньями, которые приводят в движение моторы и механические передачи, установленные на валах, подшипниках и т.д. и т.п.

Механика всегда будет занимать своё ключевое место в мире высоких технологий.

Библиографический список

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя : В 3 т. – 9-е изд., перераб. и доп. ; под ред. И.Н. Жестковой. – М. : Машиностроение, 2006. – Т.1 – 928 с. ; Т.2 – 960 с. ; Т.3 – 928 с.

2. Конструкция, расчёт и проектирование тепловозов / Н.Г. Апанович [и др.]. – М. : Машиностроение, 1969. – 185 с.

3. Баловнев В.И. Дорожные машины. Атлас конструкций. Учебное пособие для втузов / В.И. Баловнев, Н.П. Вощинин, С.М. Полосин-Никитин. 3-е изд. , перераб. М. : Машиностроение. – 152 с.

4. Зубчатые передачи подвижного состава : учебное пособие / В.М.Беляков [и др.]. – Куйбышев : КИИТ, 1990. – 104 с.

5. Биргер И.А. Резьбовые соединения / И.А. Биргер, Г.Б. Иосилевич. – М. : Машиностроение, 1973. – 256 с.

6. Волков Д.П. Трансмиссии строительных и дорожных машин / Д.П. Волков, А.Ф. Крайнев. – М. : Машиностроение, 1984. – 318 с.

7. Детали машин в примерах и задачах: учебное пособие для вузов / под ред. С.Н. Ничипорчика. – Минск : Высшая Школа, 1981. – 432 с.

8. Детали машин. Проектирование : справочное учебно-методическое пособие / Л.В. Курмаз, А.Т. Скойбеда – 2-е изд. , испр. – М. : Высшая школа, 2005. – 309 с.

9. Детали машин : справочник / под ред. Н.С. Ачеркана. – В 3-х тт. – М. : Машиностроение, 1968-1969.

10. Единая система конструкторской документации. Основные положения. – М. : Издательство стандартов, 1985. – 415 с.

11. Запасные части подвижного состава, машин и механизмов / А.А. Курятников [и др.]. – М. : Транспорт, 1971. – 280 с.

12. Иванов М.Н. Детали машин. – М. : Высшая школа, 2002. – 399 с.

13. Инструкция по формированию, ремонту и содержанию колесных пар тягового подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм. – М. : Техинформ, 2000. – 136 с.

14. Исаев И.С. Машинизация текущего содержания пути. – М. : Транспорт, 1990. – 218 с.

15. Каплан Д.А. Основы конструирования машин : учебное пособие. – Рыбинск : РАТИ, 1993. – 123 с.

16. Кац Г.Б. Технико-экономический анализ и оптимизация конструкций машин / Г.Б. Кац, А.П. Ковалёв. – М. : Машиностроение, 1991. – 432 с.

17. Клячкин Н.Л. Расчёт групповых резьбовых соединений. – М. : Машиностроение, 1972. – 386 с.

18. Конструкция и динамика тепловозов. − 2−е изд. , доп. ; под ред. В.Н. Иванова. − М. : Транспорт, 1974. – 336 с.

19. Курсовое проектирование деталей машин : учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов / В.Н. Кудрявцев [и др.]. ; под ред. В.Н. Кудрявцева. − Л. : Машиностроение, Лен. отд. , 1984. − 400 с.

20. Курсовое проектирование деталей машин: учебное пособие для учащихся машиностроительных специальностей / под ред. С.А. Чернавского. – М. : Машиностроение, 1988. – 416 с.

21. Локомотивные энергетические установки : учебник для вузов ж.-д. трансп. / А.И. Володин [и др.]. ; под ред. А.И. Володина. – М. : ИПК Желдориздат, 2002. – 718 с.

22. Лукин В.В. Вагоны. Общий курс : учебник для вузов ж.д. трансп / В.В. Лукин, П.С. Анисимов, Ю.П. Федосеев ; под ред. В.В. Лукина. – М. : Маршрут, 2004. – 424 с.

23. Малицкий Л.Я. Путевые машины железнодорожного транспорта : учеб. пособие для проф.-тех. учебных заведений / Л.Я. Малицкий, С.М. Ушаков – М. : Высшая школа, 1972. – 363 с.

24. Марон Ф.Л. Справочник по расчётам механизмов подъёмно–транспортных машин / Ф.Л.Марон, А.В. Кузьмин. – Минск. : Высшая школа, 1977. – 272 с.

25. Мачульский И.И. Погрузочно-разгрузочные машины. – М. : Желдориздат, 2000. – 476 с.

26. Машины и механизмы для путевого хозяйства : учебник для техникумов ж.д. транспорта / под ред. С.А. Соломонова. – М. : Транспорт, 1984. – 440 с.

27. Медель В.Б. Проектирование механической части подвижного состава. – М. : Транспорт, 1974. – 231с.

28. Механическая часть тягового подвижного состава / под ред. И.В. Бирюкова – М. : Транспорт, 1992. – 440 с.

29. Проектирование сварных конструкций в машиностроении / Г.А. Николаев [и др.]. – М. : Машиностроение, 1975. – 212 с.

30. Нотчик З.Х. Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3Т и ЧМЭ3Э : пособие машинисту. − 2-е изд. перераб. и доп. − М. : Транспорт, 1996. − 444 с.

31. Пастухов И.Ф. Конструкция вагонов : учебник для колледжей и техникумов ж.д. транспорта / И.Ф. Пастухов, В.В. Пигунов, Р.О. Кошкалда.– 2-е изд. – М. : Маршрут, 2004. – 504 с.

32. Перель Л.Я. Подшипники качения: Расчёт, проектирование и обслуживание опор : справочник / Л.Я. Перель, А.А. Филатов . – 2-е изд. , перер. и доп. – М.: Машиностроение, 1992. – 608 с.

33. Путевые машины: учебник для вузов ж.д. транспорта / под ред. С.А. Соломонова. – М. : Транспорт, 1985. – 375 с.

34. Решетов Д.Н. Детали машин. – М. : Машиностроение, 1974. – 655 с.

35. Руденко Н.Ф. Курсовое проектирование грузоподъемных машин / Н.Ф. Руденко, М.П. Александров, А.Г. Лысяков. – М. : Машиностроение, 1971. – 362 с.

36. Руденко Н.Ф. Грузоподъемные машины. Атлас конструкций / Н.Ф. Руденко, В.Н. Руденко. – М. : Машиностроение, 1970. – 189 с.

37. Сороко В.И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: справочник / В.И. Сороко, В.А. Милюков. В 3-х т. – 2-е изд., перер. и доп. – М. : НПФ Планета, 2003. – Т.1 – 955 с., Т.2 – 1006 с., Т.3 – 1116 с.

38. Строительные машины : справочник. Том 1. – М. : Машиностроение, 1991. – 496 с.

39. Тарабасов Н.Д. Проектирование деталей и узлов машиностроительных конструкций: справочник / Н.Д. Тарабасов, П.Н. Усачёв. – М. : Машиностроение, 1983. – 239 с.

40. Теория механизмов и машин : учебное пособие для студентов вузов ж.д. транспорта / под ред. В.В. Янковского. – Самара : СамГАПС, 2006. − 240с.

41. Тепловозы: механическое оборудование, устройство и ремонт / А.А. Пойда, Н.М. Хуторянский, В.Е. Кононов. – М. : Транспорт, 1988. – 320 с.

42. Тепловозы: Основы теории и конструкция : учеб для вузов / В.Д. Кузьмич, И.П. Бородулин, Э.А. Пахомов [и др.] : под ред. В.Д. Кузьмича – 2-е изд. , перер. и доп. – М. : Транспорт, 1991. – 352 с.

43. Расчёт конической зубчатой передачи : методические указания для курсового проектирования по дисциплине "Детали машин и основы конструирования" для студентов специальностей 190301, 190302, 190303, 190205 / А.А. Толстоногов [и др.]. – Самара : СамГАПС, 2004. – 16 с.

44. Толстоногов А.А. Детали машин : конспект лекций. – Самара : СамГАПС, 2003. – 100 с.

45. Толстоногов А.А. Проектирование волнового редуктора: методические указания для студентов / А.А. Толстоногов, М.С.Жарков, В.В.Янковский. – Самара : СамИИТ, 1995. – 22 с.

46. Толстоногов А.А. Расчёт открытой цилиндрической зубчатой передачи : методические указания для студентов специальностей 190301, 190302, 190303, 190205 / А.А. Толстоногов, В.В. Фёдоров, В.В. Янковский. – Самара : СамГАПС, 2004. – 14 с.

47. Толстоногов А.А. Проектирование планетарного редуктора : методические указания для студентов / А.А. Толстоногов, В.В. Янковский, М.С. Жарков. – Самара : СамИИТ, 1993. – 19 с.

48. Расчёт червячных передач : методические указания для студентов специальностей 150700, 150800, 170900 / А.А. Толстоногов [и др.]. – Самара : СамГАПС, 2004. – 11 с.

49. Расчёт закрытых цилиндрических зубчатых передач : методические указания для студентов специальностей 150700, 150800, 170900 / А.А. Толстоногов [и др.]. – Самара : СамГАПС, 2004. – 18 с.

50. Тепловозы 2ТЭ10М и 3ТЭ10М : Устройство и работа / С.П. Филонов [и др.]. − М. : Транспорт, 1986. − 288 с.

51. Курсовое проектирование деталей машин / С.А. Чернавский [и др.]. – М. : Машиностроение, 1979. – 351 с.

52. Чернилевский Д.В. Курсовое проектирование деталей машин и механизмов. – М. : Высшая школа, 1980. – 238 с.

53. Электрооборудование вагонов: учебник для вузов ж.д. транспорта / А.Е. Зорохович [и др.]. – М. : Транспорт, 1982. – 367 с.

План 2008 г.

Учебное издание

Толстоногов Андрей Арленович

Алексеев Антон Владимирович

ЖарковМихаил Сергеевич

НазароваНадежда Владимировна

ФедоровВиктор Васильевич

ЯнковскийВиктор Владимирович