26.4.3. Профильные соединения

О бщие сведения. Профильными называют соединения, в которых ступица (втулка) насаживается на фасонную поверхность вала и та­ким образом обеспечивается жест­кое фиксирование деталей в окружном направлении и передача вращения.

Профильные соединения рас­считывают на смятие. Условие прочности по допускаемым напря­жениям для соединения:

(26.11)

где l – длина соединения, обычно l = (1-2)d; b – ширина прямолинейной части грани; – допускаемое напряжение смя­тия, для термообработанных поверхностей = 100-140 МПа.

26.4.4. Штифтовые соединения

Штифтовые соединения применяют при небольших нагрузках преимущественно в приборостроении.

Основные типы штифтов стандартизованы. Их изготовляют из углеродистых сталей 30, 45, 50 и др.

Штифтовое соединение работает на срез и смятие. Для расчета соединения используют те же зависимости. Условие прочности при срезе радиального штифта;

(26.12)

а условие прочности по смятию:

(26.13)

где F_t – срезающая сила (осевая или окружная); i – число по­верхностей среза; – площадь штифта при срезе; – площадь поверхности смятия (сжатия); = 70-80 МПа – допускаемое напряжение при срезе; = 200-300 МПа – допускаемое напряжение при смятии.

Срезающая сила при передаче вращающего момента

Рис. 26.16. Схемы к расчету соединений радиальным (а) и осевым (б) штифтами: d – диаметр штифта; d₁ – диаметр вала.

Осевые штифты (круглые шпонки) применяют в машиностроении для передачи вращающего момента в неразъемных соединениях. Штифты диаметром d = (0.1-0.15)d_в и длиной l = (3-4)d_в (d_в – диаметр вала) устанавливают по посадке с натягом Н7/r6 в отверстия, совместно просверленные и развернутые при оборке в валу и ступице по стыку посадочных поверхностей (рис. 26.16 б). Материалы детали и вала должны иметь примерно одинаковую твер­дость для исключения увода сверла в сторону менее твердого материала.

Число штифтов для передачи заданного вращающего момента

Многоштифтовые соединения этого типа по прочности близки к шлицевым.

26.5. Резьбовые соединения

Резьбовыми называют соединения деталей с помощью резьбы. Они являются наиболее распространенным видом разъемных соеди­нений.

26.5.1. Крепежные детали и стопорящие устройства

Наибольшее распространение среди резьбовых деталей полу­чили крепежные болты, винты, шпильки, гайки. Под болтом или винтом понимают стержень с головкой и одним резьбовым концом. Шпилька имеет два резьбовых конца. Гайка – это деталь с резь­бовым отверстием.

С помощью этих деталей образуют разъемные соединения болтом, винтом и шпилькой в разнообразных конструкциях. Тип соединения определяется прочностью материалов соединяемых дета­лей, частотой сборки и разборки соединений в эксплуатации, а также особенностями конструкции и технологии изготовления со­единяемых деталей.

Для предохранения повреждений поверхностей соединяемых деталей при завинчивании и увеличения опорной поверхности гай­ки используют шайбы.

При статических нагрузках самоотвинчивание резьбовых деталей не наблюдается, так как все крепежные резьбы выполняются самотормозящимися (явление самоотвинчивания не должно наблюдать­ся). При динамических и вибрационных нагрузках может произойти самоотвинчивание гаек и винтов.

Для предотвращения самоотвинчивания резьбовых деталей при­меняют различные средства стопорения. Основные из них – контр­гайки, пружинные шайбы, стопорные шайбы, шплинты. Если не требу­ется разборка соединения, гайки устанавливают наклеп, произво­дят кернение, расклепывание и приварку.

Штифты, винты, упругие контргайки, проволока также могут выполнять функции стопорения.

Болты, винты, шпильки и гайки изготавливают из мало- и среднеуглеродистых сталей Ст 3 кп, Ст 5, 10, 10 кп, 15, 20, 30, 45 и др. В ответственных случаях (ударные нагрузки, высокие тем­пературы) применяют легированные стали 40Х, З8ХА, ЗОХГСА, 35ХГСА, 40ХН2МА и др., а также титановые сплавы (резьбовые дета­ли из титановых сплавов по сравнению со стальными имеют повышен­ную прочность и примерно в два раза легче).

Пружинные шайбы изготавливают из рессорно-пружинных сталей 65, 70, 75, 65Г.

Гайки изготавливают из стали Ст 3.

Механические характеристики материалов крепежных деталей нормированы ГОСТ 1759-82. Для стальных болтов, винтов и шпилек предусмотрено 12, а для гаек - 7 классов прочности и соответст­вующие им марки сталей.