Модуль 3. З'єднання. Система автоматизованого проектування (сапр). Шляхи розвитку конструкцій деталей машин з'єднання Загальні відомості

Будь-яка машина складається з багатьох деталей та окремих складальних одиниць. Ці деталі та складальні одиниці пов'язані між собою тим чи іншим способом. Зв'язки елементів машини поділяють на рухомі (шарніри, підшипники) та нерухомі (різьбові, зварні). Використання рухомих зв'язків елементів обумовлене кінематикою машини. Нерухомі зв'язки застосовують для забезпечення можливості розбирання машини на деталі та складальні одиниці. Потреба розбирання спричинена спрощенням виготовлення, складання, ремонту та транспортування. Нерухомі зв'язки деталей у машинобудуванні називають з'єднаннями. Всі види з'єднань поділяють на роз'ємні та нероз'ємні.

Роз'ємні з'єднання (різьбові, шпонкові, зубчасті (шліцеві), клемові та ін.) допускають розбирання з'єднаних деталей без пошкоджень елементів з'єднання.

Нероз'ємні з'єднання (зварні, паяні, клепані та ін.) не дають змоги виконувати розкладання з'єднаних деталей без пошкодження елементів з'єднання. Використання нероз'ємних з'єднань обумовлене технологічними та економічними вимогами.

Проміжне місце між роз'ємними та нероз'ємними займають пресові з'єднання. В деяких випадках ці з'єднання проектуються як нероз'ємні, і розкладання їх може спричинити пошкодження спряжених поверхонь та послаблення посадки деталей. Але при малих натягах, характерних, наприклад, для посадки кілець підшипників кочення, ці пошкодження незначні, навіть для багатократного напресовування.

З'єднання деталей машин є дуже важливими елементами конструкцій, бо багато аварій або порушень нормальних режимів роботи машини обумовлені незадовільною міцністю та надійністю з'єднань.

Різьбові з'єднання

Різьбовими називають такі з'єднання, які виконуються за допомогою деталей, що мають різьбу. Широке використання різьбових з'єднань у машинобудуванні обумовлене їхньою простотою, високою несучою здатністю, надійністю, а також зручністю з'єднання та роз'єднання деталей. Застосуванню різьбових з'єднань сприяють також наявність значної номенклатури спеціальних різьбових деталей, пристосованих до різних конструктивних варіантів з'єднань, їхня широка стандартизація та мала вартість в умовах масового виготовлення.

Обмеження у використанні різьбових з'єднань пов'язані з наявністю значної кількості концентраторів напружень на поверхнях різьбових деталей, що зменшує їх втомну міцність при дії змінних напружень.

Кріпильні різьби та їхні основні параметри

Кріпильні різьби застосовують у деталях різьбових з'єднань. Залежно від форми поверхні, на якій нарізана різьба, розрізняють циліндричні та конічні різьби. В основному використовуються циліндричні кріпильні різьби. Конічну різьбу застосовують у випадках, коли треба забезпечити герметичність з'єднання.

Кріпильні різьби бувають; метричні, трубні та круглі.

Метрична різьба (рис. 11.1,а) є основною кріпильною різьбою. Вона має назву метричної тому, що всі її розміри задаються в міліметрах (на відміну від мало розповсюдженої дюймової різьби, розміри якої даються в дюймах). Метрична різьба має трикутний профіль витків із кутом профілю α = 60°. Вершини витків та впадин притуплені по прямій або по дузі кола, по вершинах та впадинах утворений зазор Така конструкція полегшує обробку різьби, зменшує концентрацію напружень та запобігає пошкодженням різьби в умовах виконання складальних робіт.

Рис. 11.1.

Метрична різьба характеризується такими основними геометричними параметрами: d – зовнішній (номінальний) діаметр різьби; d₁ – внутрішній діаметр; d₂ – середній діаметр (діаметр уявного циліндра, поверхня якого перетинає витки різьби по висоті так, що ширина витка дорівнює ширині впадини); Ρ – крок різьби (відстань між однойменними сторонами двох сусідніх витків, виміряна в напрямі осі гвинта); Η = 0,866Р – теоретична висота профілю витка різьби; Н₁ = 0.541Р – робоча висота профілю, на якій дотикаються витки гвинта і гайки; n – число заходів різьби (для крі­пильних метричних різьб n = 1) і ψ – кут підйому гвинтової лінії різьби по її середньому діаметру, що визначається за співвідношенням

tgψ = Ρn/(πd₂). (1)

Метричні різьби бувають з нормальним або малим кроком. Так, для різьби із зовнішнім діаметром d = 20 мм стандартами, крім різьби з нормальним кроком Ρ = 2,5 мм, передбачені різьби з мали ми кроками: 2; 1,5; 1,0; 0,75 і 0,5 мм. При зменшенні кроку відповідно зменшується глибина різьби та кут підйому гвинтової лінії ψ. Позначення метричної різьби: М20 – метрична різьба з нормальним кроком і зовнішнім діаметром d = 20 мм; М20 x 1,5 – метрична різьба з малим кроком витків Ρ = 1,5 мм і зовнішнім діаметром d = 20 мм.

Основні геометричні параметри метричних різьб регламентовані стандартами ГОСТ 9150-81, ГОСТ 8724-81 та ГОСТ 24705-81 (табл. 11.1).

Трубна різьба (рис. 11.1,б) використовується для герметичного з'єднання труб та арматури. Ця різьба має кут профілю витків α = 55°, вершини та впадини витків закруглені і відсутній зазор між вершинами та впадинами, що надає з'єднанню деталей високу щільність.

Трубна різьба має малий крок витків, оскільки нарізується на трубі з малою товщиною стінки. За номінальний діаметр трубної різьби беруть внутрішній діаметр труби. Зовнішній діаметр такої різьби в дійсності більший номінального на дві товщини стінки труби.

У міжнародному стандарті для трубної різьби зберігається дюймове вимірювання. Позначення трубної різьби в технічній документації таке: Трубн. 2" кл.2 – трубна різьба із номінальним діаметром 2 дюйми за другим класом точності.

Трубну різьбу можна нарізувати також на конічній поверхні для досягнення високої щільності з'єднання. Приклад позначення конічної трубної різьби – Κ 3/4*.

Нині замість трубних різьб часто застосовують метричні різьби з малим кроком витків.

Кругла різьба (рис. 11.1, в) зручна для виготовлення на­катуванням або витисканням на тонкостінних металевих та пластмасових деталях, а також відливанням на чавунних, скляних, пластмасових та інших виробах. Профіль витків круглої різьби утворюється спряженими дугами кіл, а кут профілю α = 30°.

Круглі різьби мають обмежене застосування, і в основному вони використовуються для деталей, що часто згвинчуються та відгвинчуються в умовах забруднення (пожежна арматура, вагонні стяжки, цоколі електроламп та ін.). Параметри круглої різьби регламентовані ГОСТ 6042-83.