PrikladnayaMekhanika

211

7.2.2.Штифтовіз’єднання

Утворюються сумісним свердленням з’єднуваних деталей і установкою в отвір, з натягом, спеціальних циліндричних або конічних штифтів (рис. 7.23).

Рис. 7.23. Штифтові з’єднання

З'єднання призначені для точної взаємної фіксації деталей, а також для передачі невеликих навантажень.

Конструкції штифтів різноманітні. Відомі циліндричні (рис. 7.24,а,б), конічні (рис. 7.24,в, г, д), циліндричні пружинні розрізні (рис. 7.24,е), з просічками циліндричні, конічні і ін. (рис. 7.24,ж,з,и,к), прості, які забивають в отвори (рис. 7.24,б, в), що вибиваються з крізних отворів з іншого боку (гладкі, з насічками і канавками, пружинні, вальцьовані із стрічки, забезпечені різьбленням для закріплення або витягання (рис. 7.24д) і так далі. Застосовуються спеціальні штифти, що зрізуються, які служать запобіжниками.

Рис. 7.24. Види штифтів

Гладкі штифти виконують із сталі 45 і А12, штифти з канавками і пружинні – з пружинної сталі.

При закріпленні коліс на валу штифти передають як крутний момент так і осьове зусилля.

Переваги штифтових з'єднань:

простота конструкції;

простота монтажу-демонтажу;

точне центрування деталей завдяки посадці з натягом;

робота в ролі запобіжника, особливо при кріпленні коліс до валу.

212

Недоліком штифтових з'єднань є ослаблення з’єднуємих деталей розміщенням в них отвору.

Подібно до заклепок штифти працюють на зріз і зминання. Відповідні розрахунки виконують зазвичай як перевірочні:

де МКР – крутний момент; dв – діаметр вала;

dш – діаметр штифта; Dст – діаметр ступиці.

Штифти з канавками розраховують також, як гладкі, але допустимі напруження матеріалу занижують на 50%.

7.2.3.Шпонковіз’єднання

Передають крутний момент між валом і колесом. Утворюються за допомогою шпонки, встановленої в відповідні пази валу і колеса.

Шпонка має вид призми, клину або сегменту, рідше застосовуються шпонки інших форм (рис.7.25).

а б Рис. 7.25. Шпонки: а – призматичні; б – сегментні

Переваги шпонкових з'єднань:

прості, надійні;

зручні в збірці-розбиранні;

дешеві.

Недоліки шпонкових з’єднань:

ослабляють перетин валів і маточин коліс;

концентрують напруження в кутах пазів;

порушують центрування колеса на валу (для цього доводиться застосовувати дві протилежні шпонки).

Шпонкові з'єднання можуть бути:

ненапруженими, виконуваними призматичними або сегментними шпонками. Вони передають момент тільки бічними гранями;

напруженими, виконуваними клиновими шпонками. Вони передають момент за рахунок сил тертя по верхніх і нижніх гранях.

Шпонки всіх основних типів стандартизовані.

214

Рис. 7.28. Види шліців

В основному використовуються прямобічні шліци (а), рідше зустрічаються евольвентні (б) ГОСТ 6033-57 і трикутні (в) профілі шліців.

Прямобічні шліци можуть центрувати колесо по бічних поверхнях (а), по зовнішніх поверхнях (б), по внутрішніх поверхнях (в).

Переваги шліцьового з’єднання перед шпонковим:

мають велику несучу здатність;

краще центрують колесо на валу;

підсилюють перетин валу за рахунок більшого моменту інерції ребристого перетину в порівнянні з круглим.

Недоліки шліцьового з’єднання по зрівнянню зі шпонковим:

вимагають спеціального устаткування для виготовлення отворів.

Основними критеріями працездатності шліців є:

опір бічних поверхонь зминанню (розрахунок аналогічний шпонкам);

опір зносу при фретинг-корозії (малі взаємні вібраційні переміщення).

Зминання і знос пов'язане з одним параметром – контактними напруженнями (тиском) ЗМ . Це дозволяє розраховувати шліци по узагальненому критерію одночасно на зминання і контактний знос. Допустимі напруження ЗМ призначають на основі досвіду експлуатації подібних

конструкцій.

Для розрахунку враховується нерівномірність розподілу навантаження по зубцях:

де Z – число шліців;

h – робоча висота шліців; l – робоча довжина шліців;

dср – середній діаметр шліцьового з'єднання.

Для евольвентних шліців робоча висота приймається рівною модулю профілю, за dср приймають ділильний діаметр.

215

Умовні позначення прямобочного шліцьового з'єднання складають з позначення поверхні центрування D, d або b, числа зубів Z, номінальних розмірів d D (а також позначення полів допусків по центруючому діаметру і по бічним сторонам зубців). Наприклад, D8 36H7/g6 40 означає восьмишліцьове з'єднання з центруванням по зовнішньому діаметру з розмірами d=36 і D=40 мм і посадкою по центруючому діаметру H7/g6.

7.3.Контрольніпитання

1.У чому відмінність між роз'ємними і нероз'ємними з'єднаннями?

2.Де і коли застосовуються зварні з'єднання?

3.Які переваги і недоліки зварних з'єднань?

4.Які основні групи зварних з'єднань?

5.Як розрізняються основні типи зварних швів?

6.Які переваги і недоліки заклепувальних з'єднань?

7.Де і коли застосовуються заклепувальні з'єднання?

8.Які критерії розрахунку заклепок на міцність?

9.У чому полягає принцип конструкції різьбових з'єднань?

10.Які області застосування основних типів різьб?

11.Які переваги і недоліки різьбових з'єднань?

12.Для чого необхідне стопоріння різьбових з'єднань?

13.Які конструкції застосовуються для стопоріння різьбових з'єднань?

14.Як розподіляється навантаження по витках при затягуванні різьблення?

15.Як враховується податливість деталей при розрахунку різьбового з'єднання?

16.Який діаметр різьблення знаходять з розрахунку на міцність?

17.Який діаметр різьблення слугує для позначення різьблення?

18.Яка конструкція і основне призначення штифтових з'єднань?

19.Які види вантаження і критерії розрахунку штифтів?

20.Яка конструкція і основне призначення шпонкових з'єднань?

21.Які види вантаження і критерії розрахунку шпонок?

22.Яка конструкція і основне призначення шліцьових з'єднань?

23.Які види вантаження і критерії розрахунку шліців?

216

7.4.Лабораторнаробота№10.ДослідженняККДгвинтовоїпари

7.4.1. Мета роботи

Експериментальне визначення коефіцієнта корисної дії (ККД) гвинтової

пари.

7.4.2. Устаткування та матеріали

Прилад типу ТММ–33М, набори гвинтів, гайок, гирь, графік тарування пружини з індикатором, калькулятор.

7.4.3. Опис і устрій установки

Основні технічні параметри приладу ТММ–33М [41].

На приладі визначаються ККД для змінних гвинтових пар:

№1 – різьба М42×4,5, dср 39,077 мм, 300 ;

№2 – різьба прямокутна однозахідна, прямокутна М42×4,5, dср 39 мм;

№3 – різьба прямокутна тризахідна, прямокутна М42 (3×8), dср 39,2 мм.

Матеріал усіх гвинтів – сталь 45.

Матеріал змінних гайок – вкладишів сталь 20 і бронза ОЦС5-55. Коефіцієнт тертя f і кути тертя пари «гвинт–гайка»:

Сталь 45 – сталь 20, f 0,15, 8030 ;

Сталь 45 – бронза, f 0,12, 6050 .

Рис. 7.29. Схема пристрою

Обертання гвинтів від електроприводу реверсивне, напівавтоматичне, 60об/хв.

Робочий хід гайки вздовж гвинта – 300 мм. Осьове навантаження 30, 50, 80 і 100 Н.

Максимальний момент на вихідному валу редуктора (верхній шпиндель)

– 100 Н·см.

Питома потужність електродвигуна – 5 Вт.

Живлення від мережі перемінного струму 110-127 В, 50 Гц.

7.4.4.Порядок виконання роботи

1.Скласти схему приладу[46] (рис.7.29).

Записати вихідні дані: тип різьби, крок різьби, середній діаметр – dср ,

217

матеріал гвинта, матеріал гайки, коефіцієнт тертя – f , кут тертя – .

2.Встановити у прилад вибраний гвинт із гайкою, прикріпивши верхню пересувну муфту причинним гвинтом. Гайку опустити у нижнє положення і до неї підвісити гирю масою 3 кг. Тумблером включити живлення 110-127 В.

Натиснувши на кнопку "пуск", включити двигун. За час руху гайки вгору тричі зняти відлік на шкалі індикатора і записати у звіт.

Послідовно змінити навантаження на 50, 80 і 100 Н (шляхом різних комбінацій з гирями 20 і 50 Н) і зняти по три відліку для кожного навантаження.

Взяти гайку з іншого матеріалу і провести ті ж досліди, що і з першою гайкою. При одяганні гайки на тризахідний гвинт (притертий захід) всі гвинти, кріпильні гайки-вкладиші в обоймах повинні бути завжди закручені до краю для запобігання виникнення вибоїн на різьбах гвинтів.

Розрахувати середнє значення відхилів стрілки індикатора для кожного навантаження і матеріалу гайки (занести у звіт). За графіком тарування пружини з індикатором визначити діючі на гвинт моменти MF , Н·м.

3.Обчислити роботу рушійної сили AP і роботу сил корисного опору AF

за один поворот гвинта:

де MF – величина крутного моменту в Н·м, визначається з тарувальним

де F – осьове зусилля, Н;

S – крок різьби, мм.

4. Визначається величина ККД при різних вихідних даних приладу і при різних осьових навантаженнях:

5.Накреслити діаграму залежності ККД від осьового зусилля (дві криві, кожна для конкретного матеріалу пари гайка–гвинт).

6.За наближеною формулою визначення ККД для похилої площини вирахувати ККД для різних типів різьб і пар матеріалів, застосованих у роботі, і результати порівняти з даними експерименту.

7.Для гвинта із прямокутною різьбою ККД обчислюється за наближеного формулою:

218

f– коефіцієнт тертя пари "гайка-гвинт".

8.Для гвинта з гострокутовою різьбою ККД обчислюється за формулою (7.42), тільки замість береться :

де – половина кута при вершині різьби.

9.Дати аналіз виконаній роботі і сформулювати висновки.

7.4.5.Звіт з лабораторної роботи

1.Мета роботи.

2.Схема приладу рис. 7.29.

3.Вихідні дані:

4.Результати вимірів.

5.Розрахунки ККД для різних видів різьби.

6.Висновки.

7.4.6.Контрольні питання

1.Види різьблення.

2.Будова пристрою ТММ–33М.

3.Порядок визначення ККД гвинтової пари.

219

РОЗДІЛ8. Пружніелементивмашинах

У кожній машині є специфічні деталі, що принципово відрізняються від всіх останніх. Їх називають пружними елементами. Пружні елементи мають різноманітні, вельми несхожі один на одного конструкції. Тому можна дати загальне визначення.

Пружні елементи – деталі, жорсткість яких набагато менша, ніж у останніх, а деформації вищі.

Завдяки цьому своїй властивості пружні елементи першими сприймають удари, вібрації, деформації.

Найчастіше пружні елементи легко виявити при огляді машини, як, наприклад, гумові покришки коліс, пружини і ресори, м'які крісла водіїв і машиністів.

Іноді пружний елемент прихований під виглядом іншої деталі, наприклад, тонкого торсіонного валу, шпильки з довгою тонкою шийкою, тонкостінного стрижня, прокладки, оболонки і тому подібне. Проте і тут досвідчений конструктор зможе розпізнати і застосовувати такий "замаскований" пружний елемент саме по порівняно малій жорсткості.

На залізниці із-за тяжкості транспорту деформації деталей шляху достатньо великі. Тут пружними елементами, разом з ресорами рухомого складу, фактично стають рейки, шпали (особливо дерев'яні, а не бетонні) і грунт путнього насипу.

Пружні елементи знаходять щонайширше застосування:

o для амортизації (зниження прискорень і сил інерції при ударах і вібрації за рахунок значного більшого часу деформації пружного елементу в порівнянні з жорсткими деталями);

o для створення постійних сил (наприклад, пружні і розрізні шайби під гайкою створюють постійну силу тертя у витках різьблення, що перешкоджає самовідгвинченню);

o для силового замикання механізмів (щоб виключити небажані зазори); o для акумуляції (накопичення) механічної енергії (годинникові

пружини, пружина збройного бійка, дуга лука, гума рогатки і так далі);

o для вимірювання сил (пружинні ваги засновані на зв'язку ваги і деформації вимірювальної пружини за законом Гука).

Зазвичай пружні елементи виконуються у вигляді пружин різних конструкцій (рис. 8.1).

Основне розповсюдження в машинах мають пружні пружини стиснення і розтягування. У цих пружинах витки схильні до кручення. Циліндрична форма пружин зручна для розміщення їх в машинах.

Основною характеристикою пружини, як і всякого пружного елементу, є жорсткість або зворотна до неї – податливість. Жорсткість K визначається залежністю пружної сили F від деформації x. Якщо цю залежність можна