Повна версія

Головна arrow Техніка arrow Прикладна механіка

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

З'ЄДНАННЯ

Основні поняття

У механізмах окремі деталі для виконання своїх функцій певним чином з'єднуються між собою, утворюючи рухомі та нерухомі з'єднання. Рухливі з'єднання, наприклад з'єднання вала з корпусом, зачеплення зубчастих коліс, шарніри і т.п., допускають взаємне рух однієї деталі щодо іншої. Таким чином, рухливі з'єднання утворюють кінематичні пари. Нерухомі з'єднання не допускають взаємного переміщення деталей, що сполучаються. У машинобудуванні термін "з'єднання" відносять тільки до нерухомих з'єднань.

За ознакою Розумні з'єднання підрозділяються на роз'ємні і нероз'ємні.

Розумні з'єднання - такі, які допускають складання та розбирання без пошкодження матеріалу деталей. До цього виду з'єднань відносяться різьбові, шпонкові, шліцьові, штифтові, профільні і клеммовие. Можна виділити групу з'єднань типу вал-втулка, призначених для передачі крутного моменту. До них відносяться шпонкові, шліцьові, штифтові та профільні з'єднання.

Нероз'ємні з'єднання - такі, які неможливо розібрати без руйнування деталей. До них відносяться заклепочні, зварні, паяні, клейові і пресове з'єднання (пресові).

З'єднання є відповідальним елементом конструкцій механізмів. Часто причиною відмов і руйнувань механізмів є низька якість з'єднань.

Різьбові з'єднання

Найбільшого поширення мають різьбові з'єднання внаслідок їх універсальності, простоти виготовлення, надійності, зручності збирання і розбирання, повної взаємозамінності. Вони широко використовуються в усіх галузях техніки. Наприклад, в літаку ІЛ-62 число різьбових з'єднань становить більше 150 000.

Основні деталі різьбових з'єднань - болти, гвинти, гайки і шайби.

Болт - це стрижень з головкою 1 на одному кінці і різьбою на іншому, на який нагвинчується гайка? (рис. 4.81, а).

Шайби 2 підкладають під головку болта або гвинта для збільшення опорної поверхні і зниження напруги зминання при затягуванні нарізного сполучення; для надан-

Мал. 4.81

зберігання від пошкоджень захисних покриттів на з'єднуються деталях; для забезпечення стопорения різьбових з'єднань від самовідгвинчування. Болти застосовують для з'єднання деталей щодо невеликої товщини, а також в тому випадку, коли матеріал деталей не забезпечує необхідної надійності різьблення. При з'єднанні болтами не потрібно нарізати різьблення в з'єднуються деталях.

Недоліки: в з'єднуються деталях повинно бути передбачено місце для розташування головки болта і гайки. Тому маса болтового з'єднання дещо більше, ніж з'єднання гвинтами.

Гвинт - це стрижень з головкою на одному кінці і різьбою на іншому, яким він угвинчується в отвір для гвинта в одній з деталей, що з'єднуються (рис. 4.81, б). З'єднання гвинтами застосовують при відсутності місця під гайку і в тому випадку, якщо одна з деталей має відносно велику товщину.

Шпильки 4 використовують замість гвинтів (рис. 4.81, в), коли матеріал соединяемой деталі з різьбою не забезпечує необхідної міцності і надійності різьблення при частих збірках і розборках. Наприклад, в деталях з алюмінієвих сплавів. Їх також застосовують в конструкціях, що піддаються дії змінних навантажень, так як в шпильці 4 відсутній концентратор напружень в місці переходу від стрижня до голівки болта або гвинта.

Основним елементом нарізного сполучення є різьблення. Профіль різьби визначається формою перетину витків в осьовій площині. За призначенням різьби поділяють на кріпильні, призначені для з'єднання деталей, і різьблення для ходових механізмів. У напрямку лінії витків різьблення може бути правою і лівою, за кількістю заходів - однозаходной і многозаходной.

Основний кріпильної різьбленням є метрична різьба трикутного профілю зі зрізаними вершинами і западинами (рис. 4.82, а). Геометричні параметри різьби: зовнішній d , середній d 2 і внутрішній d 1 діаметри, крок різьблення р, кут профілю а й число заходів п. Профіль різьби також характеризується висотою вихідного трикутника різьблення Н і робочої висотою профілю h. Номінальні діаметри d і d 1 однакові для гайки і болти, зазорЕя утворюються за рахунок граничних відхилень. Стандартом передбачена різьблення з великим і дрібним кроком (р / 3, р / 4, р / 5). Профілі їх геометрично подібні. основний є

Мал. 4.82

різьблення з великим кроком. Різьба з дрібним кроком має меншу глибину і відповідно меншу концентрацію напружень. Застосовують її в конструкціях, схильних до динамічним навантаженням, в малорозмірних і порожнистих деталях.

Трубна різьба призначена для герметичного з'єднання труб (рис. 4.82, б). Вона має також трикутний профіль, по з округленими вершинами і западинами.

Кругла різьба (рис. 4.82, в) виготовляється накаткой і видавлюванням на тонкостінних металевих і пластмасових деталях, а також литтям на чавунних, скляних, пластмасових і інших виробах.

Трапецеїдальних різьблення використовується в якості основного різьблення для ходових механізмів (рис. 4.82, г). Вона має менші коефіцієнти тертя і відповідно вище коефіцієнт корисної дії механізму. В осьовому перерізі це різьблення має форму рівнобедреної трапеції.

Запекла різьба застосовується при дії великих односторонніх навантажень (механізми пресів, домкратів та ін.) (Рис. 4.82, д). Вона є різновидом трапецеїдальної різьби із зрізаною гранню з одного боку.

Прямокутна різьба (рис. 4.82, е) використовується рідко в гвинтових механізмах, на даний час не стандартизована.

Стандартом встановлені ступеня точності різьблення (табл. 4.25), які призначають в залежності від умов роботи з'єднань. Точний клас застосовують для прецезіон- них різьблень в ходових механізмах, призначених доя точних переміщень; середній клас - для відповідальних різьбових з'єднань. Виготовляють різьблення в масовому виробництві накаткой. В результаті пластичного деформування поверхневого шару створюються залишкові напруги стиснення і підвищується міцність різьбовій деталі. В одиничному і дрібносерійного виробництва різьблення нарізають вручну плашками на болтах і мітчиками в гайках або на токарновінторезних верстатах.

Таблиця 4.25

Клас точності

Поля допусків різьблення

зовнішньої (болтів)

внутрішньої (гайок)

точний

4h, 4g

4H.5H

середній

6h, 6g, 6f, 6e, 6d

6H, 6G

грубий

8h, 8g

7H, 7G

Сталеві різьбові деталі виготовляють 12 класів міцності, які позначаються двома цифрами (табл. 4.26).

Таблиця 4.26

клас

міцності

σв, МПа

σ "МПа

Марка сталі

ini η

шах

3,6

300

490

200

СтЗ; 10

4,6

400

550

240

20

5,6

500

700

300

30; 35

6,6

600

800

360

35; 45; 40Г

8,8

800

1000

640

35Х; 38ХА; 45Г

10,9

1000

1200

900

40Г2; 40Х; ЗОХГСЛ; 16ХСН

Примітка. Перше число в позначенні класу міцності, помножене на 100, так само , друге, поділене на 10, відповідає приблизно відношенню .

У конструкціях, до яких пред'являються спеціальні вимоги по масі, теплостійкості, корозійної стійкості та іншими параметрами, як матеріал різьбових деталей використовуються титанові сплави, корозійно-стійкі та жаростійкі сталі, пластмаси.

Всі кріпильні різьби при стаціонарних навантаженнях є самогальмуючі, тобто НЕ самоотвінчіваются. Однак при випадкових або систематичних вібраціях, до яких схильні практично всі механізми, самоторможіння не забезпечується. Тому необхідно оберігати нарізні сполучення від самовідгвинчування, тобто вводити їх додаткове стопоріння. Здійснюється стопоріння на двох принципах: підвищенням тертя в різьбі і спеціальними фіксують елементами.

При затягуванні контргайки (рис. 4.83, а) стрижень болта розтягується і під дією сил пружності в різьбі створюється додаткове тертя. Цей спосіб стопорения використовується в основному в стаціонарних конструкціях, так як збільшується маса сполуки. Найчастіше для стопоріння використовують пружинні шайби (рис. 4.83, б). Сили пружності шайби при затягуванні гайки створюють сили тертя в різьбі. Зчеплення між гайкою і шайбою забезпечується, крім того, за рахунок урізування гострих кромок шайби в гайку. Недоліком цього способу є додатковий вигин стержня болта внаслідок зсуву осьової сили відносно центру болта. Для виключення вигину болта використовують шайби стопорні з зовнішніми або внутрішніми зубами (рис. 4.83, в). У цьому випадку сумарна результуюча осьова сила від гайки діє на болт без осьового зсуву і болт працює тільки на розтягання. Стопоріння пружинними шайбами не є високонадійним і використовується в невідповідальних з'єднаннях.

Мал. 4.83

У авіа- і транспортному машинобудуванні використовують само- контрящім гайки, в яких тертя в різьбі виникає за рахунок радіального натягу. У верхній частині гайка має прорізи (рис. 4.83, г). Після нарізування різьблення верхню частину гайки обжимають, зменшуючи діаметр. Інша самоконтрящаяся гайка має всередині завальцован полиамидное кільце (рис. 4.83, д), в якому різьблення не нарізають, а вона утворюється при нагвинчуванні гайки на болт.

Стопоріння шплинтом (рис. 4.83, е ) з корончатой гайкою використовують в з'єднаннях без контрольованої затяжки. Різьбове з'єднання з контрольованою затягуванням при стопорении шплинтами може виявитися недотягненим або перетягнутий, так як необхідно поєднати проріз в гайці з поперечним отвором в стрижні болта. Різьбові деталі, розташовані на краю корпусу, фіксуються стопорними шайбами (рис. 4.83, ж) з лапками. Одну лапку відгинають на край корпусу, а дві інших на межі гайки. Групові нарізні сполучення можна зупиняти спеціальними шайбами попарно (рис. 4.83, з ) або обв'язкою дротом, пропущеної через отвори з натяжкою в сторону загвинчування гайки (рис. 4.83, і). З'єднання, що не піддаються розбиранні, можна зупиняти пластичним деформуванням (рис. 4.83, к). Різьбові ненавантажені з'єднання стопорять за допомогою фарби, лаку, клею.

Розглянемо три найбільш розповсюджених випадки навантаження болтових з'єднань.

1. Болт поставлений в отвір з зазором і навантажений осьовою силою (рис. 4.84, а). Вся навантаження сприймається стрижнем болта, які працюють на розтяг:

З умови міцності по допускаються напруженням σρ <[σ | визначають внутрішній діаметр різьби болта:

Величина допустимої напруги для сталей приймається рівною (0,2 ÷ 0,4) σт при постійному навантаженні і

Розрахунок болтових з'єднань

Мал. 4.84

при роботі з отнулевому циклу (менші значення вибирають для болтів діаметром мм, великі при мм). Знайдене значення діаметра узгодять зі стандартним.

2. Болт поставлений в отвір без зазору (прізонние болт), і з'єднання навантажено поперечною силою (рис. 4.846). Діаметр стрижня болта знаходять з умови міцності на зріз:

звідки

Тут - допустиме напруження зрізу, МПа; - Межа плинності матеріалу.

Технологічні труднощі виготовлення таких з'єднань обмежують область їх застосування. В основному їх використовують для з'єднань тонкостінних конструкцій в авіа-і суднобудуванні.

3. Болт встановлено в отвір з зазором, і з'єднання навантажено поперечною силою (рис. 4.84, в). Основною умовою нормальної роботи з'єднання є нерухомість стику , де - сила тертя. Для створення сили тертя різьбове з'єднання повинно бути затягнуте. Сила попереднього затягування визначається з умови , де - коефіцієнт тертя. Затягнуте болтове з'єднання працює на розтяг і кручення. Розрахунок ведеться по еквівалентним напруженням

звідки внутрішній діаметр різьби болта

Діаметр болта з попередньої затягуванням в 2-3 рази більше, ніж прізонние болта, а маса такого з'єднання в 4-5 разів вище.

 
<<   ЗМІСТ   >>