1.4 Основні види кріпильних різьбових виробів

1.4.1 Вироби для нарізних сполучень. Для утворення нарізних сполучень застосовують різні різьбові вироби.

Болт (рис. 1.3, а), що представляє собою круглий стрижень, який має на одному кінці головку (найчастіше шестигранну), а на іншому - трикутне різьблення, на яке навертається гайка.

Гвинт відрізняється від болта тим, що різьбовим кінцем він ввертається в різьбове гніздо, наявне в деталі, що з'єднується. Гвинти можуть мати шестигранну, напівкруглу (рис. 1.3, б) і потайну (рис. 1.3, в) головки. Останні застосовуються якщо буде потреба створення гладкої поверхні деталей, що з'єднують.

Шпилька (рис. 1.3, г) являє собою круглий стрижень із коротким різьбленням на одному кінці й довгим різьбленням на іншому. Застосовується для з'єднання деталей, одна з яких має велику товщину, і за умовами експлуатації потрібне часте розбирання з'єднання. Кінцем із коротким різьбленням шпилька вгвинчується в різьбове гніздо, наявне в деталі з великою товщиною, а на кінець із довгим різьбленням нагвинчується гайка.

Гайка (рис. 1.3, д) – деталь, що найчастіше представляє собою шестигранник, що має наскрізний центральний отвір із внутрішнім різьбленням. Утворює разом із болтами й шпильками нарізне сполучення.

1.4.2 Способи стопоріння нарізних сполучень. Усі стандартні різьблення задовольняють умові самогальмування. Однак практика експлуатації машин показала, що при динамічних навантаженнях відбувається самовідгвинчування гайок і гвинтів. Тому в нарізних сполученнях часто застосовуються спеціальні засоби, що запобігають самовідгвинчування, основні з яких зображені на рисунку 1.4.

Стопоріння контргайкою (рис. 1.4, а). При затягуванні другої гайки (контргайки) за рахунок пружних сил розтягнутої між гайками ділянки болта в різьбленні виникає додаткове тертя, що й перешкоджає самовідгвинчуванню.

Пружинні шайби (рис. 1.4, б) являють собою один виток циліндричної гвинтової пружини із квадратним перетином і загостреними краями. Внаслідок великої пружності вони підтримують натяг у різьбленні, а гострі краї шайби, врізаючись у матеріал гайки й деталі, перешкоджають самовідгвинчуванню гайки.

Стопоріння шплінтами (рис. 1.4, в). В отвір, просвердлений у різьбовій частині болта , і прорізи гайки вставляється шплінт, кінці якого розводяться. Розібрати таке з'єднання можна тільки після витягу шплінта.

На рисунку 1.4, г показаний приклад стопоріння за допомогою шайби з лапками, одна з яких відгинається на крайку деталі й не дозволяє провертатися самій шайбі, а інша відгинається на грань гайки після її загвинчування.

1.5 Передачі

Призначення. У більшості випадків режим роботи машини-знаряддя не збігається з режимом роботи двигуна, тому для компенсації цієї невідповідності між двигуном і машиною встановлюються спеціальні механізми, називані передачами.

Передачі передають механічну енергію від двигуна до робочого органа машини й одночасно можуть виконувати наступні функції:

знижувати й підвищувати кутові швидкості, відповідно підвищуючи або знижуючи обертаючі моменти;

перетворювати один вид руху в іншій;

регулювати кутові швидкості робочого органа машини;

реверсувати рух (змінювати напрямок);

розподіляти роботу двигуна між декількома виконавчими органами машини.

Класифікація передач. За принципом дії передачі діляться на:

• передачі тертям - фрикційні й ремінні (пасові);

• передачі зачепленням - зубчасті; гвинт - гайка; черв'ячні; ланцюгові.

Залежно від способу з'єднання ведучої й веденої ланок бувають:

• передачі з безпосереднім контактом - фрикційні, зубчасті, черв'ячні;

• передачі із гнучким зв'язком - ремінні й ланцюгові.

Основними силовими й кінематичними характеристики в передачах є: потужність на ведучому N₁ і веденому N₂ валах, кВт; кутова швидкість ведучого ω₁ і веденого ω₂ валів, радіан/с; передаточне число; механічний коефіцієнт корисної дії передачі; окружна швидкість ведучого або веденого вала; окружне зусилля передачі; обертовий момент.

1.5.1 Фрикційні передачі. У цих передачах рух від ведучого котка до веденого передається силами тертя, які виникають у місці контакту двох притиснутих один до одного котків (рис. 1.5).

Передача руху від ведучого котка до веденого буде відбуватися в тому випадку, якщо сили тертя F_тр, створювані натискним зусиллям Q, будуть більші або дорівнюють окружному зусиллю Р:

(1.1)

де f— коефіцієнт тертя.

Звідки , тобто натискне зусилля має бути значно більшим окружного зусилля передачі.

До достоїнств фрикційних передач варто віднести: простоту конструкції й обслуговування; рівномірність і безшумність роботи; можливість безступінчастого регулювання передаточного числа, причому на ходу, без зупинки передачі.

До недоліків фрикційних передач ставляться: великі навантаження на вали й підшипники від натискного зусилля Q, що обмежує величину переданої потужності, звичайно не більше 20 кВт; велике й нерівномірне зношування котків при буксуванні; непостійне передаточне число через проковзування котків.

Область застосування. Фрикційні передачі з нерегульованим передаточним числом застосовуються в приладобудуванні, де потрібна безшумність роботи.

Фрикційні передачі з безступінчастим регулюванням передаточного числа широко застосовуються в різних машинах і верстатах, де потрібне плавне регулювання швидкостей.

1.5.2 Ремінні (пасові) передачі. Ремінна передача належить до передач тертям із гнучким зв'язком. Складається із провідного 1 і веденого 2 шківів, що обгинаються ременем 3 (рис. 1.6).

Рух передається за рахунок сил тертя, що виникають між шківом і ременем внаслідок натягу останнього.

Залежно від форми поперечного перерізу ременя передачі бувають: плоско-ремінними (рис. 1.6, а), клиноремінними (рис. 1.6, б) і кругло-ремінними (рис. 1.6, в). Останні, як правило, застосовуються в малопотужних передачах.

До достоїнств пасових передач ставляться:

• простота конструкції й мала вартість;

• можливість передавати рух на великі відстані (до 15 м);

• плавність і безшумність ходу;

• зм'якшення вібрації й поштовхів внаслідок пружної витяжки ременів.

До їхніх недоліків ставляться:

• великі габаритні розміри;

• великі навантаження на вали й підшипники від натягу ременя;

• мала довговічність ременя, особливо у швидкохідних передачах;

• непостійне передаточне число через проковзування ременя.

Плоско-ремінна передача має просту конструкцію шківів і внаслідок великої гнучкості ременя має досить велику довговічність. Застосовується при великих міжосевих відстанях і досить високих швидкостях (до 100 м/с).

.

Плоскі ремені можуть бути прогумованими, бавовняними, вовняними й шкіряними. Найбільше поширення одержали прогумовані ремені, які складаються з декількох шарів бавовняної тканини, зв'язаних вулканізованою гумою.

Клиноремінна передача, завдяки клиновій формі канавки на шківі, що збільшує силу зчеплення ременя зі шківом, дозволяє передавати більшу, у порівнянні із плоско-ремінною передачею, потужність, допускати менші міжосьові відстані А і менший кут обхвату (α≥120⁰). Однак ця передача має більшу вартість, меншу довговічність ременів і нижчий коефіцієнт корисної дії (к.к.д.).

Клинові передачі застосовуються при малих міжосьових відстанях, великих передаточних числах, великих потужностях, а також при вертикальному або будь-якім іншім розташуванні осей валів.

Клинові ремені робляться у вигляді кільця без шва з перетином у формі трапеції.

1.5.3 Зубчасті передачі. У зубчастій передачі рух передається за допомогою зачеплення пари зубчастих коліс. Менше зубчасте колесо називається шестірнею, і її параметрам приписується індекс 1, а більше - колесом, і його параметрам приписується індекс 2.

Зубчасті передачі - найпоширеніший вид механічних передач.

До їхніх достоїнств варто віднести: високу надійність роботи в широкому діапазоні навантажень і швидкостей; компактність; велику довговічність; високий к.к.д.; сталість передаточного числа; простоту обслуговування.

До недоліків - високі вимоги до точності виготовлення й монтажу; шум при великих швидкостях; ступінчастість передачі.

Залежно від взаємного розташування геометричних осей валів зубчасті передачі бувають: циліндричними - при паралельних осях валів (рис. 1.7, а); конічними - при пересічних осях (рис. 1.7, б), гвинтовими - при перехресних осях (рис. 1.7, в).

Залежно від розташування зубів на обіді колеса розрізняють передачі:

прямозубі, у яких зуби нарізані паралельно утворюючої початкової поверхні;

косозубі, у яких зуби нарізані похило до утворюючої початкової поверхні;

шевронні, що представляють собою здвоєні косозубі колеса із взаємно протилежним напрямком нахилу зубів;

із круговим зубом, у яких зуби нарізані по окружності.

Залежно від форми профілю зуба передачі бувають евольвентними, із зачепленням Новикова, циклоїдальними.

У сучасному машинобудуванні найбільше широко застосовується евольвентне зачеплення, запропоноване Л. Ейлером ще в 1760 р.

Крім того, розрізняють відкриті й закриті зубчасті передачі. У відкритих передачах зуби працюють без змащування або періодично змазуються консистентним змащенням. Закриті передачі працюють у масляній ванні.

Передаточне число зубчастої передачі визначається з вираження

(1.2)

При конструюванні зубчастих передач звичайно задаються числом зубів шестірні z₁>l7, мінімальне значення яких визначено з умови унеможливлення підрізання ніжки зуба при виготовленні. Для зменшення шуму, підвищення плавності передачі на практиці приймають z₁ = 20...30, причому значення приймають тим більше, чим більше окружна швидкість.

1.5.4 Передача гвинт – гайка. Передача «гвинт - гайка» служить для перетворення обертового руху в поступальний і дуже рідко навпаки.

Знайшла широке застосування у водопровідних і каналізаційних спорудах для керування трубопровідною арматурою (засувками, вентилями, затворами й ін.).

Передача складається із двох ланок: гвинта, що представляє собою круглий стрижень із зовнішнім різьбленням, найчастіше прямокутним або трапецеїдальним, і гайки, що представляє собою порожній циліндр із внутрішнім різьбленням.

Гвинтову лінію різьблення утворює гіпотенуза прямокутного трикутника при накручуванні його на прямий циліндр (рис. 1.8). Змістивши трикутник на 180°, можна побудувати на циліндрі другу гвинтову лінію й одержати гвинтову лінію із двома заходами. Змістивши початок побудови гвинтової лінії на 120° або 90°, можна побудувати гвинтові лінії відповідно з трьома або чотирма заходами.

Відстань S між однойменними сторонами двох сусідніх витків різьблення, обмірювана вздовж осі гвинта, називається кроком різьблення, а відстань S₁ між однойменними сторонами цього витка називається ходом різьблення. Для різьблення з одним заходом S₁=S. Для різьблення із числом заходів z величина S₁=z∙S.

Кут λ, утворений гвинтовою лінією по середньому діаметрі різьблення d₂, і площиною, перпендикулярною до осі гвинта, називається кутом підйому гвинтової лінії.

Очевидно що

(1.3)

Зусилля в передачі. Залежність між окружним зусиллям Р й осьовим навантаженням Q можна знайти зі схеми на рис. 1.9, де показані сили, що діють на гайку у гвинтовій парі.

Заміняючи сили нормального тиску N і тертя F їх рівнодіючою R і проектуючи всі сили на осі х та у, одержимо

(1.4)

З відношення цих рівнянь знаходимо

(1.5)

Кут ρ між векторами сил N і R називається кутом тертя. Величина його може бути визначена із залежності tg ρ=f, де f - коефіцієнт тертя.

Ця формула справедлива тільки для прямокутного різьблення. Для трикутного й трапецеїдального різьблень необхідно врахувати вплив кута профілю α і у вираження підставляти значення наведеного кута тертя ρ'.

1.5.5 Черв'ячні передачі. Черв'ячна передача - це зубчасто-гвинтова передача, рух у якій здійснюється за принципом гвинтової пари.

Складається із черв'яка (рис. 1.10), що представляє собою короткий гвинт із трапецоїдальним різьбленням, і черв'ячного колеса із зубами дугоподібної форми.

До достоїнств черв'ячних передач ставляться: плавність і безшумність роботи; компактність; можливість одержання однією парою великих передаточних чисел (100 і більше); можливість одержання самогальмуючих передач, що дозволяє виконувати механізми без гальмових пристроїв.

До недоліків цих передач ставляться: порівняно низький к.к.д. внаслідок втрат на тертя; значне виділення тепла через ковзання черв'яка по зубах колеса; підвищене зношування й схильність до заїдання.

Черв'ячні передачі звичайно застосовують при невеликих і середніх потужностях (до 50 кВт) у приводах періодичної дії. Широко використовуються черв'ячні передачі для керування трубопровідними арматурами.

Черв'яки черв'ячних передач можуть бути з одним і декількома заходами.

Передаточне число передачі

(1.6)

1.5.6 Ланцюгові передачі. Застосовуються для передачі обертового руху на великі відстані без проковзування. Складаються із провідної зірочки, однієї або декількох ведених зірочок і ланцюгів.

Переваги ланцюгових передач:

• Можливість передавати рух на великі (до 8 м) відстані.

• Можливість привода одним ланцюгом декількох валів.

• Можливість передавати великі потужності (до 3000 кВт).

• Більше компактні, ніж пасові передачі.

Недоліки ланцюгових передач:

• Підвищений шум, особливо при роботі з великими швидкостями.

• Порівняно швидке зношування шарнірів ланцюга внаслідок утрудненого підведення змащення до них.

• Подовження ланцюга через зношування шарнірів.

• Висока, у порівнянні з пасовими передачами, вартість.

Головним елементом ланцюгової передачі є приводний ланцюг, що складається із з'єднаних шарнірами ланок. Найчастіше застосовуються втулочно-роликові й зубчасті ланцюги, які стандартизовані й виготовляються спеціалізованими заводами.

Втулочно-роликовий ланцюг (рис. 1.11) складається з валика (осі) 1, зовнішніх ланок 2, втулки 4, на кінці якої напресовані внутрішні ланки 3. Валик вільно проходить крізь втулку 4 і на його кінці напресовані зовнішні ланки 2. Кінці валика розклепані. Валики й втулки утворюють шарніри. На втулки вільно надіті загартовані ролики 5. Зачеплення ланцюга із зірочкою відбувається через ролик, що перекочується по зубу й зменшує його зношування. Крім того, ролик вирівнює тиск зуба на втулку й убезпечує її від зношування. Втулочно-роликові ланцюги можуть бути однорядними й багаторядними. Рекомендуються при швидкостях не більше 15 м/с.

Зубчасті ланцюги (рис. 1.12) складаються з набору пластин зубоподібної форми, шарнірно з'єднаних між собою. Число пластин визначає ширина ланцюга В, що залежить від переданої потужності. Робочими гранями пластин є площини зубів, розташовані під кутом 60°, якими кожна ланка ланцюга сідає на два зуби зірочки. Завдяки цій особливості зубчасті ланцюги мають мінімально можливий крок і допускають більш високі швидкості (не більше 25 м/с).

Основним параметром ланцюгової передачі є крок ланцюга t, що нормований. Зі збільшенням кроку збільшується навантажувальна здатність ланцюга, але сильніше удар ланки об зуб у період набігання на зірочку, менша плавність, безшумність, довговічність передачі. Тому у швидкохідних передачах при великих потужностях рекомендуються ланцюги малого кроку: зубчасті великої ширини або роликові багаторядні.

Зірочки ланцюгової передачі відрізняються від зубчастих коліс лише профілем зубів, розміри й форма яких залежать від типу ланцюга (рис. 1.13).

Ділильна окружність зірочки проходить через центри шарнірів ланцюга. Її діаметр залежить від кроку ланцюга t і числа зубів z.

Для збільшення довговічності ланцюгової передачі приймають по можливості більше число зубів меншої зірочки .

Кількість зубів великої зірочки обмежена верхньою межею: 120 - для втулочно-роликового ланцюга; 140 - для зубчастого ланцюга.

Краще приймати непарні числа зубів зірочок, що в сполученні з парним числом ланок ланцюга сприяє більше рівномірному зношуванню передачі.

Передаточне число ланцюгової передачі

. (1.7)

Для ланцюгових передач рекомендується .