Разъемные и неразъемные соединения деталей машин

3. Соединения деталей машин

Соединения бывают разъемные (резьбовые, шпоночные, шлицевые, штифтовые) и неразъемные (заклепочные, сварные, клеевые).

Резьбовые соединения

Виды соединения: крепежные (болты, винты, шпильки); ходовые или грузовые (передача винт-гайка).

В крепежных деталях резьба треугольного профиля (метрическая и трубная). Резьба может быть правая и левая; одно или многозаходная; с крупным или мелким шагом.

1. Метрическая резьба

α – угол профиля =60˚.

М10х1,5 - метрическая резьба, 10- наружный диаметр резьбы; 1,5-шаг резьбы.

d₂ - средний   диаметр резьбы

d₁- внутренний диаметр резьбы болта ( в Примере =10);

t = 1,5мм - крупный шаг.

Все параметры резьбы стандартизируются .

n- число заходов резьбовой линии.

2. Трубная резьба

 α = 55˚.

Размером трубной резьбы является внутренний размер трубы в дюймах (≈25,3мм).

Вид крепежных элементов зависит от толщины, формы и материала соединяемых деталей.

Болты применяются для соединения деталей относительно небольшой толщины, в которых можно выполнить  сквозные отверстия при наличии места для размещения гайки и места под ключ.

Винты используются в случае невозможности выполнить  сквозное отверстие в одной из деталей или при отсутствии места для гайки или ключа.

Шпильки применяются при отсутствии возможности выполнить  сквозное отверстие в одной из деталей, а так же когда деталь, в отверстии которой нарезана резьба выполнена из мягкого материала (то есть, возможно разрушение резьбы) или форма (размеры) детали не позволяют установить болты или винты.

Расчет крепежных соединений

Стержень болта воспринимает продольную нагрузку.

(1) , ,    Z - количество болтов

(2) Стержень болта воспринимает поперечную нагрузку, при этом болт поставлен в отверстие без зазора:

, 

d_δ - диаметр не нарезной части болта

,  ,  i -кол-во плоскостей среза для одного болта.

(3) Стержень болта воспринимает поперечную нагрузку, при этом болт поставлен в отверстие с зазором, т.е. диаметр болта чуть меньше диаметра детали (на рис. красным цветом).

В связи с возможностью сдвига деталей сила растяжки болта должна обеспечить необходимую силу трения между деталями.

,   К_З- коэффициент запаса по сдвигу (К_З =1,3-1,5 -при статической нагрузке и К_З =1,8-2 при динамической нагрузке).

f_тр - (см. табл.) зависит от материала соединяемых деталей -  коэф. трения,

i - кол-во плоскостей сдвига.

Стержень болта работает на растяжение от силы затяжки и крутящего момента при затяжке болта, который учитывает коэффициент кручения К_к -=1,3.

Болт рассчитывают на растяжение по условию силы затяжки.

,         ,            .

1.  Шпоночные соединения

Шпонка служит для соединения вала с установленной на нем деталью и предназначена для передачи вращающего момента.

По форме стандартные шпонки бывают:

1)  призматические

а) с плоскими торцами:		б) со скругленными торцами: r - радиус закругления lр- рабочая длина шпонки lр = l-b r = b/2
2) Сегментные dш - диаметр шпонки.	3) Цилиндрический		4) Клиновые

Шпонки изготавливаются из стали 45,50,Ст.5,Ст.6. Шпонки подбираются по ГОСТ в зависимости от диаметра вала.

Для соединения детали у вала и ступицы детали выполняют пазы. Все параметры шпоночных соединений стандартизированы (в справочниках)

h, b, d_ш , l ≈ L-10мм, округлить по ГОСТ.

t₁ - глубина паза вала;

t₂- глубина паза ступицы (втулки).

19.11.04      Расчет шпоночных соединений.

1) Призматические шпонки – применяются при любом диаметре вала.

Достоинства: простота конструкции, сравнительно низкая стоимость.

Недостатки: трудность обеспечения взаимозаменяемости из-за пригонки по пазу.

t₁ – глубина паза вала, t₂ – глубина паза ступицы (втулки).

Стандартная шпонка рассчитывается только на смятие.

;  []=60-100 (МПа);  F_см=Т/(d_в/2);   А_см=l_p*(h-t₁);   l_p=l-b.

При проектировании шпонки дополнительно выполняется расчет на срез – для не стандартной шпонки.

   []≈0.25[];  F_ср= Т/(d_в/2);   А_ср=b*l;  l≈L_ст-10мм=(результат округляется по ГОСТ).

2) Сегментные шпонки – применяют при диаметре вала не более 38 мм, т.к. глубокий паз значительно ослабляет вал.

Достоинства: простота конструкции, низкая стоимость, обеспечена взаимозаменяемость.

Недостатки: значительное ослабление вала из-за глубокого паза, поэтому, сегментные шпонки применяются для мало нагруженных передач.

;  []=60-100 (МПа);  F_см=Т/(d_в/2);   А_см=l_p*(h-t₁);   l_p=l.

При проектировании шпонки выполняется расчет на срез (аналогично призматическим шпонкам):

   []≈0.25[];  F_ср= Т/(d_в/2);   А_ср=b*l;  l≈L_ст-10мм=(результат округляется по ГОСТ).

3) Цилиндрические шпонки – используются для закрепления детали на конце вала.

Достоинства: простота конструкции, низкая стоимость, удобство сборки соединения.

Недостатки: эту шпонку можно установить только на концевых участках вала.

Все стандартные шпонки рассчитываются на смятие.

;  F_см=Т/(d_в/2);   А_см=0,4d*l.

Проектный расчет на срез:    F_ср= Т/(d_в/2).

4) Клиновые шпонки – применяются при больших динамических или ударных нагрузках.

Достоинства: простота сборки, выдерживает большие осевые усилия.

Недостатки: возможность применения только в тихоходных передачах при низкой точности, т.к. нарушено центрирование вала, что вызывает виение и перекос вала.

Расчет см. в справочнике.

1)  Шлицевые шпонки – эти соединения как бы многошпоночные, но шпонки выполнены заодно с валом и называются шлицами или зубьями.

По сравнению со шпоночными, они обладают следующими преимуществами: лучшим центрированием на валу, большей нагрузочной способностью, надежностью.

В зависимости от профиля зубьев соединения бывают: