Соединения

Рис. 2.14. Продольный изгиб

Детали, входящие в машину, тем или иным способом соединены между собой. Соединения делят на разъемные и неразъемные.

Разъемные соединения. К ним относятся резьбовые, шпоночные и шлицевые. Резьбовые соединения осуществляют с помощью болтов, винтов, шпилек и гаек. Основным элементом резьбовых соединений является резьба, располагаемая по винтовой линии на соединяющих деталях. Винтовая линия атп (рис. 3.1) образуется гипотенузой условного прямоугольного треугольника авс при навивании его на цилиндр. Расстояние между соседними точками винтовой линии, измеренное по образующей цилиндра, называется шагом резьбы. Он равен высоте прямоугольного треугольника. Если резьба образована одной винтовой линией, она называется однозаходной. Бывают также резьбы многозаходные, образованные двумя и более винтовыми линиями. В зависимости от направления вращения треугольника различают левую и правую резьбу. Наиболее распространена правая резьба.

Рис. 3.1. Схема образования резьбы

Рис. 3.2. Элементы резьбы

Резьбу изготавливают нарезкой вручную или на станках, накаткой, отливкой и другими способами. Основными элементами резьбы являются диаметр наружный d, средний d2 и внутренний d\, шаг S, угол профиля а, высота профиля h (рис. 3.2), угол подъема р (рис. 3.1) и число заходов.
Линейные размеры резьбы измеряют в миллиметрах (метрическая резьба) и в дюймах (дюймовая резьба). По назначению резьбы делят на крепежные и ходовые. К крепежным относятся метрическая с треугольным профилем (рис. 3.3, а), являющаяся основной крепежной резьбой, трубная треугольная со скругленными вершинами и впадинами (рис. 3.3, б) и круглая (рис. 3.3, в). Ходовые резьбы, применяющиеся в винтовых механизмах, бывают прямоугольные (рис. 3.3, г), трапецеидальные (рис. 3.3, д) и упорные (рис. 3.3, е).

Крепежные резьбовые соединения бывают трех типов: болтовые, винтовые и соединения шпилькой.

Болты и винты — это стержни, имеющие на одном конце резьбу, а на другом конце головку. Болтовое соединение (рис. 3.4, а) осуществляют болтом и гайкой; применяется для соединения деталей небольшой толщины (головка болтов — шестигранная).

Винтовое соединение (рис. 3.4, б) выполняют винтом, ввинчиваемым в резьбовое отверстие одной из соединяемых деталей. Винты, в отличие от болтов, могут иметь как шестигранную, так и квадратную, полукруглую, цилиндрическую или потайную со шлицем головку. Соединение винтом используют в тех случаях, когда одна из деталей имеет значительную толщину, а также для соединения мелких металлических деталей.

Рис. 3.3. Профили резьб

Шпильки (рис. 3.4, в) — стержни с резьбой на обоих концах. Одним концом шпилька завертывается в деталь, а на другой ее конец устанавливается вторая Деталь и навинчивается гайка. Шпильки применяют там, где по конструктивным соображениям нельзя устанавливать болты, а применение винтов связано с опасностью разрушения резьбы, например при частой разборке и сборке соединения.

Для предохранения резьбовых соединений от самооткручивания разработаны следующие способы стопорения: – повышение трения между витками резьбы гайки и болта постановкой контргайки (рис. 3.5, а), пружинной шайбы (рис. 3.5, б) и стопорных винтов (рис. 3.5, в); – соединение гайки с болтом с помощью шплинта (рис. 3.5, г) или прошивкой проволокой группы болтов (рис. 3.5, д);
-соединение гайки с деталью специальными шайбами (рис. 3.5, е), планкой или приваркой (рис. 3.5, ж).

Рис. 3.4. Резьбовые соединения

Детали резьбовых соединений изготавливают из углеродистых сталей. Размеры их стандартизованы.

Расчет резьбовых соединений на прочность проводят, исходя из условий нагружения. Стержень болта (винта) рассчитывают на растяжение, на совместное растяжение и кручение и на срез.

Шпоночные и шлицевые соединения применяют для закрепления деталей вращения (зубчатых колес, шкивов, звездочек) на осях и валах. Шпоночное соединение (рис. 3.6) осуществляют шпонкой, которую закладывают в совмещенные пазы вала и втулки. Шпонка не позволяет проворачиваться детали относительно вала и обеспечивает передачу вращающего момента.

Рис. 3.5. Способы стопоре- ния резьбовых соединений

Рис. 3.6. Шпоночное соединение

Рис. 3.7. Типы шпонок

В зависимости от формы шпонки бывают клиновые (рис. 3.7, а), призматические (наиболее распространены) (рис. 3.7, б, в) и сегментные (рис. 3.7, г). Сегментные шпонки применяют при небольших диаметрах вала (до 44 мм). Материал шпонок — конструкционная углеродистая сталь Ст. 6, Ст. 45, Ст. 50 или легированная сталь.

Призматические и сегментные шпонки стандартизованы. В зависимости от диаметра вала установлены размеры шпонок (ширина, высота, длина) и размеры пазов для них. Шпоночные соединения проверяют по напряжениям смятия (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Расчетная схема шпоночного

Рис. 3.9. Шлицевое соединение

Рис. 3.10. Типы заклепок:
а – с полукруглой; б — с полупотайной; в — с потайной головкой

Шлицевые соединения — соединения, образованные наружными зубьями вала и внутренними зубьями отверстия ступицы (рис. 3.9). По форме профиля зубьев различают прямобочные, эвольвентные и треугольные соединения (размеры первых двух соединений стандартизованы).

Шлицевые соединения обладают рядом преимуществ перед шпоночными: детали лучше центрируются, прочность шлицевых валов значительно выше, шлицы являются лучшими направляющими при передвижении детали вдоль вала. Наиболее распространены прямобочные и эвольвентные соединения. Треугольные соединения применяют при неподвижных деталях и тонких ступицах. Шлицевые соединения проверяют на смятие рабочих граней шлицев (рис. 3.9).

Неразъемные соединения. К ним относятся заклепочные и сварные. Заклепочные соединения выполняют с помощью заклепок, которые представляют собой круглый стержень с головкой на одном конце.

Заклепки бывают с полукруглой, потайной и полупотайной головками (рис. 3.10). Материал заклепок — малоуглеродистая сталь Ст. 2, Ст. 3, Ст. 10, Ст. 15, Ст. 20, медь, латунь, алюминиевые сплавы.

По назначению заклепочные швы делят на прочные, применяемые в конструкциях, где требуется прочность (перекрытия, колонны, балки), плотные — в конструкциях, обеспечивающих герметичность (баки, резервуары) и прочно-плотные (паровые котлы, газосборники). По конструкции они бывают внахлестку (рис. 3.11, а) и встык с одной (рис. 3.11, б) и двумя (рис. 3.11, в) накладками; по количеству рядов — однорядные и многорядные с параллельным и шахматным расположением заклепок в рядах. В процессе эксплуатации заклепочные соединения подвергаются срезу, смятию и изгибу.

Рис. 3.11. Типы заклепочных соединений

Рис. 3.12. Типы сварных соединений

Сварные соединения находят широкое применение при изготовлении тяжелых металлоконструкций, в ремонтном деле, при единичном и мелкосерийном производстве вместо литья. Соединения сваркой имеют ряд неоспоримых преимуществ перед клепкой: менее трудоемкие, меньше расход металла, возможность получения равнопрочного шва и др.

По конструкции узлов сварные соединения делят на соединения встык (рис. 3.12, а), внахлестку (рис. 3.12, б), тавровые (рис. 3.12, в) и угловые (рис. 3.12, г). Сварные швы делят на стыковые (рис. 3.12, а) и ва- ликовые (рис. 3.12, б, в, г).

Оси и валы

Осями и валами называют стержни различных сечений, предназначенные для размещения вращающихся деталей. Оси имеют прямолинейную форму и служат только для поддержания деталей. Они могут быть неподвижными и вращающимися.

Валы всегда подвижны и, в отличие от осей, не только поддерживают детали, но и передают вращающий момент. Различают прямые (наиболее распространены) (рис. 3.13, а), коленчатые (рис. 3.13, б) и гибкие (рис. 3.13, в) валы. Коленчатые валы применяют в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах, а гибкие используют там, где по условиям работы нельзя осуществить жесткую связь между рабочим органом и силовой установкой (глубинные вибраторы, механизированный инструмент и др.).

Валы и оси устанавливают на опорах (рис. 3.14). Участки, которыми они соприкасаются с опорами, называют цапфами, при этом концевые цапфы называют шипами, а промежуточные шейками. Цапфы, воспринимающие осевую нагрузку, называют пятой.

Рис. 3.14. Элементы вала:
1, 3 — шип; 2 —шейка.

Оси работают на изгиб и их рассчитывают на прочность по нормальным напряжениям изгиба, а валы — на совместное действие изгиба и кручения. Материал осей и валов — углеродистая сталь, а для тяжело нагруженных валов и осей — легированная сталь.

Гибкий вал представляет собой сердечник, на который послойно навита проволока (рис. 3.13, в). Направление навивки каждого последующего слоя противоположно направлению предыдущего слоя, а верхнего слоя — направлению вращения вала. Сверху вал покрыт броней, которая удерживает смазку, является опорой для вала и служит защитным кожухом.

Опоры осей и валов

Рис. 3.13. Типы валов.

Валы и оси удерживаются на опорах, которые называют подшипниками и подпятниками. Назначение подшипников — воспринимать нагрузки, действующие на вал или ось и обеспечивать минимальную силу трения в паре. По роду трения они делятся на подшипники скольжения и подшипники качения. В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки они бывают радиальные (радиальная нагрузка), упорные (осевая нагрузка) и радиально- упорные (радиальная и осевая нагрузка). Упорные подшипники называют подпятниками.

Рис. 3.16. Разъемный подшипник подшипник скольжения

Рис. 3.17. Подшипники качения: а —радиальные шариковые; б — самоустанавливающиеся шариковые- s —ра- диально-упорные шариковые; г —радиальные роликовые; д — радиально-упор- ные роликовые; е — самоустанавливающиеся роликовые; ж — игольчатые; з-
упорные.

Подшипники скольжения поддерживают медленно вращающиеся оси и валы. Основным элементом подшипника является вкладыш, который устанавливается непосредственно в станине или раме или имеет самостоятельный корпус. Подшипники со специальным корпусом бывают неразъемные и разъемные. Неразъемный подшипник (рис. 3.15) образуют корпус и вкладыш.

Разъемный подшипник (рис. 3.16) состоит из корпуса, соединенного с помощью болтов с рамой машины, крышки и двух вкладышей, образующих разъемную втулку. Крышка болтами присоединена к корпусу. Болты также используются для регулирования зазора между валом и вкладышем. Отверстие в крышке служит для установки масленки. Материал вкладышей — антифрикционный чугун, бронза, латунь, текстолит и др.

Подшипники качения (рис. 3.17) состоят из наружного и внутреннего колец и тел качения, удерживаемых на определенном расстоянии друг от друга сепаратором.

Рис. 3.18. Глухая втулочная муфта

Рис. 3.19. Втулочно-пальцевая муфта

В зависимости от формы тел качения подшипники делятся на шариковые и роликовые, а в зависимости от воспринимаемой нагрузки на радиальные, радиально-упорные и упорные. По нагрузочной способности подшипники разделяют на ряд серий: особо легкую, легкую, среднюю и тяжелую. Основными размерами подшипника является диаметр под цапфу, наружный диаметр и ширина(см. рис. 3.17).

Муфты и пружины

Муфтами в технике называют устройства, предназначенные для осевого соединения валов, а также для передачи вращающего момента деталям вращения, свободно сидящим на валу. Они подразделяются на неуправляемые (постоянные), управляемые (сцепные) и самоуправляемые.

В группу неуправляемых муфт входят глухие, компенсирующие и упругие. Простейшей из глухих муфт является втулочная (рис. 3.18). Она состоит из втулки и соединительного элемента (штифт, шпонка, шлицы). Примером компенсирующих муфт может служить кулачковая муфта. Ее составляют две полумуфты, посаженные на шпонки и имеющие кулачки и впадины. Момент с одного вала на другой передается за счет зацепления кулачков полумуфт.

Рис. 3.20. Кулачковая управляемая муфта: 1,3 — полумуфты; 2 — шпонка.

Рис. 3.21. Пневмокамерная муфта

Рис. 3.22. Обгонная муфта:
1 — звездочка; 2 — ролик; 3 — обойма; 4 — шток; 5 — пружина

Из упругих муфт наиболее распространена втулочно-пальцевая типа МУВП (рис. 3.19). Она состоит из двух полумуфт.

В одной из них закреплены посредством конических расточек стальные пальцы, на которые установлены резиновые втулки. Благодаря наличию упругих элементов муфта смягчает толчки, возникающие во время работы.

Управляемые (сцепные) муфты позволяют соединять и разъединять валы, не останавливая двигателя. К ним относятся кулачковая (рис. 3.20), зубчатая и фрикционные. В первых двух движение передается за счет зацепления кулачков (зубьев) одной полумуфты за кулачки (зубья) второй полумуфты. В отличие от кулачковых и зубчатых неуправляемых в них одна полумуфта имеет возможность передвигаться вдоль вала, чем и обеспечивается включение или выключение муфты. Более широкое распространение получили фрикционные сцепные муфты. В них крутящий момент с одного вала на другой передается за счет сил трения при прижатии ведущего элемента муфты к ведомому.

К фрикционным муфтам относятся ленточная, дисковая, конусная и пневмокамерная.

В строительных и дорожных машинах широко применяется фрикционная пневмокамерная муфта (рис. 3.21). Она состоит из полумуфт, резиновой камеры, к которой прикреплены колодки с накладками из фрикционного металла. Камера посредством штуцера соединяется с воздушной магистралью. При подаче воздуха в камеру объем ее увеличивается, в результате чего происходит прижатие колодок к ободу полумуфты.

Самоуправляемые муфты служат для автоматического разъединения и соединения валов. Они бывают предохранительные, центробежные и обгонные. Предохранительные муфты защищают механизмы машины от перегрузки. На рис. 3.22 показана обгонная муфта, передающая момент только в одном направлении. При вращении звездочки по часовой стрелке ролик под действием сил трения заклинивается в узкой части паза, что и обеспечивает передачу движения на обойму. При вращении звездочки против часовой стрелки ролик заходит в широкую часть паза, и движение не передается на внешнюю обойму.

Пружины являются упругими деталями машин, деформации которых используются с определенной целью: для обеспечения натяжения или нажатия в муфтах, тормозах, для смягчения толчков и ударов в механизмах (амортизаторах, рессорах, буферах) и др.

В строительных машинах наиболее распространены витые, цилиндрические и листовые пружины. По виду воспринимаемой нагрузки они бывают пружинами растяжения, сжатия, кручения, работающими на изгиб. Наиболее распространены витые цилиндрические пружины, работающие на растяжение или сжатие.