2.14.3. Зчіпні муфти

Зчіпні муфти призначені для швидкого з'єднання і роз'єднання валів. Вмикання і вимикання здійснюється осьовим переміщенням однієї напівмуфти вздовж шлиців або направляючої шпонки. Застосовують зчіпні муфти кулачкові, зубчасті та фрикційні.

2.14.4. Самокеровані муфти

Самокеровані муфти спрацьовують автоматично при певних умовах і застосовуються у відповідності з їх призначенням:

а) при перевищенні крутного моменту – запобіжні;

б) в залежності від напрямку руху – обгінні або муфти вільного ходу;

в) в залежності від швидкості – відцентрові тощо.

Для прикладу розглянемо запобіжну муфту.

Запобіжні муфтипризначені для захисту машин від перевантаження. Коли крутний момент, який передається муфтою, досягає заданого значення, муфта вимикається, запобігаючи подальшому зростанню навантаження.

До запобіжних муфт відносяться муфти з елементом, що руйнується, пружинно-кулачкові або пружинно-кулькові муфти, фрикційні запобіжні муфти.

На рис.2.14.10. зображена конструкція муфти з елементом, що руйнується. Штифт 3, який з‘єднує дві напівмуфти 1, 2, встановлений у сталеві загартовані втулки 4.

Рис.2.14.10.Муфта зі зрізним штифтом

Розрахунковий (руйнівний) момент муфти:

,

звідки діаметр штифта в місці руйнування:

, де z – число штифтів; R – радіус розміщення штифтів; _зр– границя міцності штифта на зріз.

2.15. З’єднання деталей машин

Види з'єднань окремих деталей і вузлів поділяють на дві основні групи: роз‘ємні і нероз‘ємні.

Нероз‘ємними називають такі з'єднання, розбирання яких неможливе без руйнування з‘єднуваних елементів, – заклепкові, зварні, клейові, паяні і з натя­гом (пресові).

Роз‘ємними називають з'єднання, які можна неодноразово розбирати і знову збирати без руйнування з‘єднуваних елементів. До таких з'єднань відносяться різьбові, клинові, штифтові, шпонкові, шлицьові (зубчасті) і безшпонкові.

2.15.1. Нероз’ємні з’єднання

Заклепкові (клепані) з’єднання.

Заклепкові з'єд­нання застосовуються:

1. в особливо відповідальних конструкціях, що зазнають дії вібраційного навантаження (при будівництві мостів, у літакобудуванні);

2. у з'єднаннях, нагрів яких при зварюванні неприпустимий;

3. для з'єднання незварюваних деталей.

У заклепкових з'єднаннях з‘єднувальними елементами служать заклепки, що представляють собою стержнi круглого перерізу з головками на кінцях. Непоставлена заклепка має одну головку, яка називається за­ставною. Друга головка, утворена в процесі клеп­ки, називається замикаю­чою.

Рис.2.15.2. Технологія виготовлен-ня заклепкового з‘єднання

Стандартами перед­бачені такі типи заклепок (рис.2.15.1): а) з напівкруг­лою головкою; б) з потай­ною головкою; в) з напів­потайною головкою; г) з напівкруглою низькою го­ловкою; д) з плоскою го­ловкою. Найчастіше засто­совуються найбільш технологічні заклепки з на­півкруглою головкою з діаметром стержня від 1 до 36 мм.

Заклепки виготовляють із сталі, алюмінію, латуні, міді та інших мате­ріалів. Сталеві заклепки виготов­ляють з вуглецевих сталей (Ст.2, Ст.3, Сталь 10, Сталь 20), а в спеціальних випадках – з легованої сталі (09Г2, Х18Н9Т). Щоб уникнути хімічної корозії в з'єднаннях застосо­вують заклепки з того ж матеріалу, що і з'єднувані деталі.

Рис. 2.15.1. Типи заклепок

Стержень заклепки вставля­ється в заздалегідь підготовлений отвір у з'єднуваних деталях (рис.2.15.2, а), після чого з виступаю­чого кінця заклепки утворюється дру­га головка – замикаюча (рис.2.15.2,б). Процес утворення замикаючої голов­ки називається клепкою. З‘єднання деталей, здій­снене гру­пою заклепок, називається заклепковим швом.

Довжина непоставленої заклеп­ки l визначається з умови:

, де– сумарна товщина з‘єднуваних деталей;d– діаметр стержня заклепки.

Недоліки заклепкових з'єднань: велика вага, ослаблення деталей отворами, працемісткі роботи з клепки, супроводжувані шумом і вібрацією.

За призначенням заклепкові з'єднання поділяють на:

1. міцні, що забезпечують достатню міцність з'єднання (вузли машин, конструкції споруд);

2. міцнощільні, що забезпечують достатню міцність і герметичність з'єднання (парові котли і резервуари з високим тиском);

3. щільні, що забезпечують необхідну герметичність з'єднання (резервуари з невеликим внутрішнім тиском).

За взаємним розташуванням з'єднуваних деталей розрізняють шви внапуск (рис.2.15.3,а) і встик. З'єднання встик виконують за допомогою однієї (рис.2.15.3,б) або двох накладок (рис.2.15.3, в).

Рис.2.15.3. Види заклепкових швів

В залежності від числа зрізів шви називають дво­зрізними й однозрізними.

В залежності від числа рядів заклепок шви розрізняють однорядні (рис.2.15.4,а), дворядні (рис.2.15.4,б,г,д) і багаторядні (рис.2.15.4,в). За розташуванням заклепок дворядні і багаторядні заклепкові шви розрізняють із рядовим (рис.2.15.4,б,г) і шаховим (рис.2.15.4,в,д) розташуванням заклепок.

Відстань р між заклепками по довжині шва називається кроком заклепкового шва.

Розрахунок заклепкового шва на міцність полягає у визначенні діаметра і числа заклепок. В залежності від товщини з’єднувальних деталей при­ймають діаметр заклепок, по якому обчислюють крок і інші розміри заклеп­кового шва. Необхідне число заклепок визначають з умови міцності на зріз і зминання.

При симетрично діючому навантаженні рівняння міцності на зріз має вигляд:

,

звідки число заклепок:

,

де k – кількість площин зрізу заклепок.

Рівняння міцності на зминання:

, звідки

,

де _min – найменша товщина з'єднуваних елементів.

З отриманих значень чисел заклепок слід прийняти більше.

Зварні з’єднання.

Процес зварювання базується на використанні сил молекулярного зчеплення деталей при місцевому нагріванні їх до розплавленого (зварювання плавленням) або пластичного стану із застосуванням механічного зусилля (зварювання тиском). Затверділий після зварювання метал, що з'єднує зварені деталі, називається зварним швом.

У порівнянні з клепаними і литими зварні конструкції мають переваги:

1. простіша технологія підготовчих операцій;

2. процес зварювання продуктивніший і економічнiший за процес клепки;

3. можливість автоматизації робіт;

4. безшумність процесу зварювання;

5. можливість створення конструкцій великих розмірів і складної форми;

6. зниження ваги конструкції й економія матеріалу на 15-20% (при заміні клепаної конструкції на зварну) і на 30-50% (при заміні литої конструкції на зварну).

До недоліків зварних конструкцій відносяться:

1. чутливість до вібраційних навантажень;

2. високі коефіцієнти концентрації напружень;

3. короблення деталей складної конфігурації;

4. складність контролювання якості шва у виробничих умовах.

За призначенням зварні з'єднання розділяються на міцні, що забез­печують достатню міцність з'єднання, і міцнощільні, що забез­печують достатню міцність і герметичність з'єднання.

В залежності від розташування з'єднуваних деталей розрізняють наступні види зварних з'єднань (рис2.15.5): а - стикові, б - внапуск, в – кутові, г - таврові.

Рис. 2.15.5. Види зварних з‘єднань у залежності від розташування

зварюваних деталей

Зварні шви стикових з‘єднань нази­вають стиковими; зварні шви вна­пуск, кутові і таврові – кутовими.

За формою перерізу кутові шви підрозділяють на нормальні, виконані з перерізом у вигляді рівнобедреного пря­мокутного трикутника (рис.2.15.6,а); спеці­альні з перерізом у вигляді прямо­кутного нерівнобедреного трикутника (рис.2.15.6,б); увігнуті (рис.2.15.6,в); опуклі (рис.2.15.6,г). Найбільш поширені нормальні шви.

Рис. 2.15.6. Види перерізів зварних швів

Коли стикове з‘єднання не забезпечує необхідну рівноміцність із суцільним металом, застосовують з‘єднання з накладками (рис.2.15.7).

Рис.2.15.7. Зварне з‘єднання з накладками

Відносно сили, що діє на шов, розрізняють такі шви (рис.2.15.8.): а - лобові, розташовані перпендикулярно до напряму сили; б - флангові, розташовані пара­лельно до напряму сили; в - косі, розташовані під кутом до напряму сили; г - комбіновані, що складаються з двох або трьох названих швів.

Рис. 2.15.8. Види зварних швів у залежності від нампрямку дії прикладеної сили

Рис. 2.15.9. Розрахункова схема стикового зварного з‘єднання

Стикові шви розраховують на розтяг (рис.2.15.9):

та стиск:

,

де _pі_c– відповідно розрахункове напруження у шві при розтягу або стиску;F– сила, що розтягує або стискає з‘єднувані деталі;l – довжина шва;– товщина тоньшої зі з‘єднуваних деталей; [_p]та[_c]– відповідно допустимі напруження у шві при розтягу та стиску.

Рис.2.15.10. Розрахункова схема кутового зварного з‘єднання

Кутові шви розраховують на зріз по формулі (рис.2.15.10):

, деt’_з– розрахункове напруження зрізу в шві; l– довжина шва;[t’_з]– допустиме напруження на зріз зварного шва.

В проектному розрахунку з наведених формул визначають довжину зварного шва:

.

Паяні та клейові з‘єднання.

За конструкцією паяні і клейові з'єднання подібні зварним. Пайка і склеювання – основні види з'єднань у приладо­будуванні і радіоелектроніці. Широко застосовуються в автомобілебудуванні, літакобудуванні, побутовій і легкій промисловості. Пайка і склеювання дозволяють з‘єднувати деталі з неоднорідних матеріалів. При цьому кромки деталей не розплавляються, що дозволяє більш точно витримати їх розміри, а такожробити повторні ремонтні з‘єднання. Процеси пайки та склеювання легко піддаються механізації та автоматизації, що приводить до підвищення продуктивності праці, зниження маси і вартості конструкцій.

За міцністю паяні та клейові з‘єднання поступаються зварним.

Паяні з‘єднання.

Паяні з‘єднання утворюються в результаті хімічних зв‘язків матеріалу деталей і присаджувального матеріалу, який називається припоєм.

Нагрів припоя і деталей під час пайки здійснюється паяльником, газовим пальником, струмом високої частоти (с.в.ч.), у термічних печах, зануренням у ванну з розплавленим припоєм тощо.

Для зменшення шкідливого окислювання поверхонь деталей застосо­вують спеціальні флюси (на основі бури, хлористого цинку, каніфолі), а також паяють у середовищі нейтральних газів (аргону) або у вакуумі.

Припоями можуть бути сплави на основі олова, міді, срібла.

Рис. 2.15.11. Розрахункова схема паяного з‘єднання

Розрахунок міцності з'єднань аналогічний розрахунку зварних:

для стикових з‘єднань (рис. 2.15.11, а):

;

для з‘єднань внапуск (рис. 2.15.11, б):

, де[’_p]та[’_з] - допустимі напруження розтягу та зрізу в паяному шві.

Клейові з'єднання.

Клейові з'єднання здійснюються за рахунок сил адгезії (сил зчеплення) у процесі затвердіння рідкого клею. Є клейові сполуки з виборчою адгезією до яких-небудь певних матеріалів – спеціальні клеї (наприклад гумо­ві) або з високою адгезією до різних матеріалів (наприклад до металів, кераміки, дерева, пластмас тощо) – універсальні клеї (наприклад, БФ). У процесі склеювання виконують ряд послідовних операцій: підготовку поверхонь деталей, нанесення клею, збирання з'єднань, витримку при відпо­відному тиску і температурі.

Найбільш поширені види клейових з'єднань: внапуск (рис. 2.15.12, а); стикові по косому зрізу (рис. 2.15.12, б) і з накладками (рис. 2.15.12, в).

Рис.2.15.12. Види клейових з‘єднань

Міцність клейового з'єднання залежить від товщини клейо­вого шару, якa залежить від в'язкості клею і тиску при склеюванні (рекомендовані значення 0,05…0,15 мм). Клейові з'єднання краще працюють на зсув, гірше на відрив. Тому кращими є з'єднання внапуск. Для підвищення міцності застосовують сполучення клейового з'єднання з різьбовим, зварним і заклепковим.

Розрахунки на міцність виконують за допомогою тих же формул, що і для паяних з'єднань. Якість клейового з'єднання характеризується його міцністю, водостійкістю, теплостійкістю та іншими показниками.

З‘єднання з гарантованим натягом.

Рис. 2.15.13. Схема утворення з‘єднання з

гарантованим натягом (пресового):

1 – вал; 2 – втулка

З'єднання з гарантованим натягом – це напружені з'єднання, в яких на­тяг створюється виготовленням з'єдну-ваних деталей з необхідною різницею посадкових розмірів. Такі з'єднання називають пресо­вими. Схема утворення пре­сового з'єднання показана на рис. 2.15.13.: а – з'єднувані деталі перед запре­совкою; б – деталі після запресовки. Як приклад пресового з'єднання може служити з'єднання вінця черв'ячного або зубчастого колеса з його сту­пицею і т. п.

Переваги з'єднань з гарантованим натягом:

можливість передачі великих навантажень;

1. добре сприйняття ударних навантажень;

2. добре центрування з'єднуваних деталей;

3. простота виготовлення деталей.

Недоліки з'єднань з гарантованим натягом:

1. складності збирання і розбирання;

2. можливість ослаблення посадки та пошкодження посадочних повер­хонь при розбиранні.

Вид посадки з'єднання з натягом визначається в залежності від необхідного тиску на посадочній поверхні з'єднуваних деталей. Тиск р повинен бути таким, щоб сили тертя, що виникають на посадочній поверхні, цілком протидіяли зовнішнім силам, що діють на деталі з'єднання.

Для забезпечення взаємної нерухомості деталей з'єднання при наван­таженні осьовою силою F повинна виконуватися умова F  f d l p, звідки

, деf – коефіцієнт тертя;dтаl– відповідно діаметр та довжина посадочної поверхні.

При навантаженні з‘єднання обертаючим моментом необхідно, щоб , звідки .

при навантаженні одночасно осьoвою силою F і обертаючим моментом Т повинна виконуватись умова , звідки:

.

За отриманим значенням р за стандартами визначається розрахунковий натяг з'єднання.

На практиці часто застосовують сполучення пресового з'єднання зі шпонковим або шлицьовим.