Детали и сборочные единицы.

Все механизмы, машины, устройства в конечном итоге состоят из отдельных деталей, соединенных определенным образом. Все детали конструируются в соответствии с установленными стандартами. Стандартом СТ СЭВ 514-77 определены стандартные ряды нормальных линейных размеров (диаметров, длин, высот).

СТ СЭВ 513-77 – нормальные углы

СТ СЭВ 512-11 – конусности. Конусностью C называется отношение разности диаметров D и d двух поперечных сечений конуса к расстоянию между ними L.

C=(D-d)/L=2tgα/2

Примеры применения нормальной конусности общего назначения см. «Общетехнический справочник» под. ред. Скороходова. Стр.177.

СТ СЭВ 148-75 – даны размеры укороченных конусов Морзе.

ГОСТ 15945-10 – определяет конусы шпинделей и оправок с конусностью 7:24.

Кроме того, различными стандартами определяются радиусы закруглений, канавки и др. элементы деталей.

Классификация соединений Классификация соединений.xls

К разъемным соединениям относятся соединения которые при необходимости можно разобрать на составные части, выполнить необходимые работы (например сварку, смазку) и опять соединить вместе.

К неразъемным относятся соединения неподлежащие разборке, например сварные.

По принципу действия соединения могут быть подвижными и неподвижными. Подвижные – соединения, у которых детали имеют возможность перемещаться без нарушения взаимных связей. Неподвижные детали не имеют возможности перемещаться.

Большое распространение получил метод соединения деталей штифтами, которые бывают цилиндрической и конической формы. Штифты имеют следующие назначения: фиксируют положение одной детали относительно другой; служат промежуточным элементом для передачи осевого усилия или момента; выполняют роль контрольных штифтов.

Клиновое соединение образуется при помощи клина, которые соединяет две детали. Рассмотрим силы действующие в клиновом соединении.

Под действием силы Q клин перемещаясь по плоскости cd, наклонной поверхностью ab создает вертикальную силу зажима W, которой противодействует сила N, направленная перпендикулярно к наклонной плоскости клина, и силы F1 и F2 трения, направленные в сторону, противоположную действию силы Q. Равнодействующей сил N и F1 является сила R1, которую можно разложить на составляющие W и T. Из условия равновесия сил, действующих в клиновом соединении, находим, что вертикальные составляющие W силы зажима взаимно уравновешиваются, а сила Q уравновешивается силами T и F2, т.е. Q=T+F2=W*(tg(a+f1)+tgf2), так как из треугольника сил T= W*tg(a+f1); F2= W*tgf2.

В рассматриваемом клиновом соединении a – угол наклона рабочей поверхности клина; f1 – угол трения скольжения на наклонной поверхности; f2 – угол трения скольжения на горизонтальной поверхности клина; tgf1=k1 – коэффициент трения скольжения на наклонной поверхности; tgf2=k2 – коэффициент трения скольжения на горизонтальной поверхности;

Отношение силы W зажима к исходной силе Q называется передаточным отношением i сил. Если tgf2=0, то i=W/Q=1/tg(a+f1).

При Q=0 сила Wстановится действующей и стремится сдвинуть клин вправо. При этом силы F1 и F2 трения изменят свое направление на противоположное и будут препятствовать движению клина вправо; соответственно сила R1 будет действовать с левой стороны по отношению к силе N.

Следовательно, сила, выталкивающая клин, T=W(tg(a-f1)-tgf2), из формулы вытекает, что при a à f1 клин не может быть приведен в движение, т.е. наступает самоторможение клинового механизма. Самоторможение клина при трении на двух поверхностях определяется неравенством a≤f1+f2.

Для сопряженных стальных поверхностей коэффициент трения скольжения k=tgf=0.1, откуда f=5º41’. Следовательно, самоторможение клина при трении на двух поверхностях будет обеспечиваться при a≤11º.

Резьбовые соединения.

Резьбовыми называют соединения, в которых сопряженные детали соединены при помощи резьбы или резьбовых крепежных деталей (болтов, винтов, шпилек, гаек и др.) Указанные соединения являются наиболее распространенным видом разъемных соединений. Резьбовые соединения используют также для преобразования движения, в ходовых и грузовых винтах.

Основным элементом соединения является резьба с соответствующим профилем, устанавливаемым стандартом. Резьба получается образованием на цилиндрическом или коническом стержне канавок с поперечным профилем в виде треугольника, трапеции и др., каждая точка которого располагается на винтовой линии.

Основные элементы метрической резьбы по СТ СЭВ 180-75 см. «Общетехнический справочник» рис.2 стр. 184.

По форме основные поверхности, на которых нарезают резьбу, подразделяют на цилиндрические и конические, причем последние используют в тех случаях, когда требуется герметичность.

По направлению резьбы бывают правые, если при вращении по часовой стрелке гайка будет навинчиваться, и левые, если при том же направлении вращения гайка будет свинчиваться.

По профилю резьбы делят на треугольные, трапецеидальные симметричные, трапецеидальные несимметричные или упорные, прямоугольные, круглые.

Болт – цилиндрический стержень с головкой на одном конце и резьбой на другом. Используют в комплекте с гайкой, при этом нарезать резьбу в соединяемых деталях не требуется.

Винт – цилиндрический стержень с головкой на одном конце и резьбой на другом, которой он ввертывается в отверстие одной из скрепляемых деталей.

Шпилька – цилиндрический стержень с резьбой на обоих концах, причем одним концом она ввертывается в в одну из скрепляемых деталей а на другой навертывается гайка.

Гайка – деталь с резьбовым отверстием, навертываемая на болт или шпильку и служащая для соединения скрепляемых при помощи болта или шпильки деталей соединения.

Шайбы – кольца, подкладываемые под гайку, а также головку винта или болта для предохранения поверхности детали от задира при затягивании гайки, для увеличения опорной поверхности и в некоторых случаях для стопорения.

Цилиндрические резьбы подразделяются на метрические и специальные. К специальным относят дюймовую трубную, трапецеидальную, упорную и др.

Метрическую резьбу широко используют для большинства резьбовых соединений как крепежную, а также для точных винтовых пар измерительных инструментов. Угол профиля метрической резьбы регламентирован СТ СЭВ 180-75. Стандартом предусмотрена резьба с крупным и мелким шагом. Резьбу с крупным шагом обозначают буквой М (метрическая), при этом указывают значение наружного диаметра, например М24, М30 и т.п. Для резьб с мелким шагом, кроме того указывают шаг, например М20х1,5 М24х2 и т.п.

Номинальные диаметры и шаги метрических резьб определены СТ СЭВ 181-75. Размеры метрических резьб определены в СТ СЭВ 182-75.

Трубную цилиндрическую резьбу по СТ СЭВ 1157-78 используют в цилиндрических резьбовых соединениях, а также в соединениях внутренней цилиндрической резьбы с наружной конической резьбой по СТ СЭВ 1159-78. Угол профиля трубной резьбы 55º трубная резьба измеряется в дюймах, шаг измеряется в нитках/дюйм. Дюйм равен 25,4 мм.

return false">ссылка скрыта

Трапецеидальную симметричную резьбу используют для механизмов, передающих усилие в обоих направлениях, например в ходовых винтах, винтах суппортов и др. Угол профиля 30º. СТ СЭВ 146-78 устанавливает профиль трапецеидальной резьбы и размеры ее элементов. Основные размеры трапецеидальной однозаходной резьбы регламентированы СТ СЭВ 838-78.

Однозаходные трапецеидальные резьбы обозначают буквами Tr, в обозначении указывают номинальный диаметр и шаг, например Tr 40х6.

Для многозаходной резьбы Ph=P*n, где Ph – ход резьбы, Р – шаг резьбы, n – число заходов. Обозначение: Tr, номинальный диаметр, числовое значение хода, в скобках числовое значение шага, например Tr 20х4 (Р2).

Для обозначения левой резьбы за условным обозначением ставят буквы LH.

Упорную или трапецеидальную несимметричную резьбу используют при односторонних осевых нагрузках (в прессах, домкратах и т.п.). Профиль резьбы неравнобочный с углом наклона рабочей поверхности 3º, задний угол профиля 30º. ГОСТ 10177-62 определяет профиль и основные размеры упорной резьбы.

Конические резьбы, бывают метрическими и дюймовыми. Шаги и основные размеры метрической конической резьбы с конусностью 1:16 определены СТ СЭВ 304-76. Дюймовой – СТ СЭВ 1159-78.

Резьбовые соединения собирают с предварительным натяжением стержня из без предварительного натяжения.

Величину предварительной затяжки для создания натяжения в теле соединительной крепежной детали определяют по закону Гука. Под действием силы Q болт удлиняется на величину Δl=Ql/ES, где l,E,S – длина, модуль упругости материала, площадь поперечного сечения болта. Если закрепляемые детали соединены так, что в стержне болта не создано натяжение, то в процессе работы под действием силы Q возможно раскрытие стыка деталей на величину Δl. Чтобы избежать образования зазора в стыке, необходимо после закрепления деталей без зазора дополнительно повернуть болт или гайку еще на некоторый угол и тем самым создать предварительную затяжку соединения. Чтобы полностью избежать образования зазора в стыке деталей, необходимо предварительную затяжку болта довести до величины Δl, что будет соответствовать минимально необходимой затяжке.

Для затягивания гайки или болта с осевой силой W необходимо приложить момент Mз=Fl, где F – сила, приложенная к рукоятке ключа на плече длиной l.

Так как высота профиля резьбы невелика по сравнению с ее диаметром, то развертывая среднюю винтовую линию на плоскость, можно преобразовать винтовой механизм в клиновой. Угол наклона винтовой линии резьбы λ=arctg(P/(π*dср)), где P и dср – шаг и средний диаметр резьбы.

Момент затяжки резьбового соединения Мз=Мр+Мт, где Мр – момент сопротивления вращению в резьбе; Мт – момент от сил трения на опорной поверхности.

Момент Мр=W*(dср/2)*tg(λ+ρ), где ρ – приведенный угол трения; tgρ=f/(cosα/2), где α – угол при вершине резьбы, f=0,1…0,15 – коэффициент трения при плоском контакте двух сопрягаемых деталей.

Момент силы трения на опорной поверхности Мт=W*(f/3)*(D³-d³)/( D²-d²), где D и d – наружный и внутренний опорной поверхности.

Подставляя в формулу для определения Мз значения Мр и Мт, получаем

Мз=W*(dср/2*tg(λ+ρ)+f/3*(D³-d³)/( D²-d²))

Откуда можно определить силу W, действующую по оси болта (силу зажима).

В резьбовом соединении, смазанном машинным маслом, при моменте затяжки Мз=10…25 Н*м создается осевая сила W=5…10 кН. При повторной затяжке с тем же моментом осевая сила будет больше, так как уменьшатся силы трения благодаря приработке поверхностей резьбового соединения.

Шпоночные соединения в основном применяют для соединения деталей по цилиндрической или конической поверхности, когда при этом необходимо исключить их взаимное вращение при передаче крутящего момента.

Промежуточным элементом, участвующим в передаче крутящего момента между соединенными деталями, являются шпонки, которые бывают призматическими и сегментными. С одной стороны шпонка заглубляется в вал, образуя неподвижное соединение, а с другой стороны входит в паз отверстия, образуя подвижное соединение. Благодаря этому шпонка не только соединяет сопрягаемые детали, но и позволяет перемещать одну деталь относительно другой в осевом направлении.

Прочность шпоночного соединения на смятие упрощенно определяют следующим образом. Определяют крутящий момент М_кр, передаваемый шпонкой, и вычисляют силу F, действующую на шпонку, по формуле F=M_кр/0,5d, где d – диаметр вала.

Затем определяют напряжение смятия на рабочей поверхности шпонки и сравнивают его с допускаемым:

 

 

где, l,b,h – соответственно длина, ширина и высота шпонки; [σ_с] – допускаемое напряжение смятия для шпонки. Для неподвижных стальных и чугунных деталей [σ_с]=80÷150 МПа, а для подвижных (если перемещение вдоль шпонки происходит под нагрузкой) [σ_с]=80÷150 МПа.

Шлицевые соединения применяют в тех случаях, когда требуется передать большой по величине крутящий момент, который не может быть передан шпоночным соединением. Зубья шлицевого соединения бывают прямоугольного, треугольного или эвольвентного профиля. Напряжение смятия на рабочих поверхностях шлицев определяется формулой:

где М_кр – передаваемый крутящий момент; d_ср – средний диаметр шлицевого соединения; z – число зубьев; h – рабочая высота зуба; l – длина поверхности контакта зубьев; ψ=0,7÷0,8 – коэффициент неравномерности распределения напряжения по отдельным зубьям.

Шлицевое соединение работоспособно, если σ_с≤[σ_с]. Для неподвижных соединений при средних условиях работы [σ_с]=80÷120 МПа. Детали шлицевого соединения центрируют по наружному диаметру, по внутреннему диаметру, по боковым сторонам зубьев. Наиболее распространенным является центрирование по наружному диаметру.

Муфты предназначены для постоянного или периодического соединения валов между собой и передают вращение без изменения направления и частоты.

Втулочная муфта передает вращение при помощи втулки и шпонок. Втулочно-пальцевая муфта амортизирует ударную нагрузку при помощи резиновых колец. Если оси ведущего и ведомого валов расположены со смещением от оси вращения, то применяют муфту, полумуфты которой закреплены на валах и соединены между собой диском. Выступы диска, расположены крестообразно и входят в соответствующие пазы полумуфт.

Для периодического соединения применяют зубчатую полумуфту. Для предохранения станка от перегрузок вращение может передаваться через предохранительную кулачковую, многодисковую фрикционную, или обгонную. В кулачковой усилие передается через кулачки полумуфт сопрягаемые усилием пружины. При перегрузках скошенные поверхности кулачков позволяют раздвигать полумуфты и нарушать синхронность вращения валов.

Многодисковая фрикционная муфта передает вращение через фрикционные диски. В многодисковой электромагнитной муфте диски сцепляются между собой при помощи электромагнитного эффекта.

Механизмы обгона применяют в тех случаях, когда валу, имеющему медленное вращение, требуется периодически сообщать быстрое вращение. Обгонная муфта состоит из полумуфт и роликов с пружинами. Усилием пружин ролики заклиниваются между полумуфтами, предавая, таким образом, вращающий момент. При увеличении частоты вращения ролики выходят в более широкую часть, в результате чего муфты начинают вращаться свободно относительно друг друга.

Редукторы предназначены для изменения вращающего момента, т.е. для изменения

 

Коробки скоростей предназначены для сообщения ведомому звену различных частот и направлений вращения относительно ведущего. Достигается это путем применения зубчатых передач с различным передаточным числом и муфт. Существуют коробки скоростей с ручным переключением частот вращения и автоматические коробки скоростей. В ручных коробках различные частоты вращения ведомому звену сообщаются путем ввода в зацепление соответствующих зубчатых передач при помощи механических переключателей. В автоматических коробках необходимые зубчатые передачи включаются при помощи электромагнитных фрикционных муфт, оператору остается лишь включить многопозиционный электрический переключатель в нужное положение.

Валы служат для передачи вращательного движения. Оси предназначены для

 

Подшипники. Опоры вращающихся осей и валов называют подшипниками. Подшипники служат также для поддержания различных деталей, вращающихся на осях.

По виду трения различают подшипники скольжения и подшипники качения. В подшипниках скольжения опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника. В подшипниках качения используется трение качения благодаря установке шариков или роликов между опорными поверхностями.

По направлению действия воспринимаемой нагрузки подшипники делят на радиальные, воспринимающие радиальные нагрузки, упорные – воспринимающие только осевые нагрузки и радиально-упорные – воспринимающие одновременно радиальные и осевые нагрузки.

Подшипники скольжения имеют следующие преимущества: малые размеры, возможность применения разъемных подшипников, высокую частоту вращения, возможность работы в воде и др. агрессивных средах, а также при вибрационных и ударных нагрузках. К недостаткам относят высокий коэффициент трения и в связи с этим пониженный КПД, необходимость систематического наблюдения и непрерывной смазки, неравномерный износ, применение дорогостоящих материалов, относительно большая длина цапфы и вкладыша.

Подшипники скольжения в большинстве состоят из корпуса и помещенных в него вкладышей, на которые непосредственно опирается ось или вал. Корпус обычно выполняют из чугуна, вкладыши изготавливают из материалов, которые в паре с цапфой вала имеют малый коэффициент трения, например: коэффициент трения при смазке

Для стали по чугуну и пластмассе – 0,15-0,20

По антифрикционному чугуну и бронзе – 0,10-0,15

По баббиту – 0,06-0,10

Подшипники качения по сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества: малый коэффициент трения, большую грузоподъемность при меньшей ширине подшипников. Незначительный расход смазочных материалов, взаимозаменяемость, простоту монтажа, ухода и обслуживания. К недостаткам относятся значительно меньшая долговечность при больших частотах вращения и при больших нагрузках, ограниченная способность воспринимать ударные нагрузки, большие нагруженные диаметры по сравнению с подшипниками скольжения.

По форме тел качения подшипники качения делят на шариковые и роликовые. Ролики могут быть цилиндрическими, витыми, игольчатыми, бочкообразными, коническими.

По числу рядов тел качения различают однорядные, двухрядные и четырехрядные подшипники.

По способу компенсации перекосов вала подшипники делят на несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся.

По направлению воспринимаемой нагрузки изготовляют радиальные, радиально-упорные и упорные подшипники.

По радиальным габаритам при одинаковом внутреннем диаметре подшипники делят на следующие серии: сверхлегкие, особолегкие, легкие, средние, тяжелые; по ширине различают узкие, нормальные, широкие, особоширокие.

ГОСТ 520-71 устанавливает следующие классы точности подшипников: 0, 6, 5, 4, 2 (перечень классов дан в порядке повышения точности).

Маркировка подшипников качения отражает основные параметры и конструктивные особенности подшипников. Обозначения наносят на торец кольца подшипника.

 

Для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 495 мм, чтобы получить фактический диаметр в мм, необходимо цифры обозначающие диаметр умножить на 5. Для подшипников с внутренним диаметром до 20 мм приняты следующие обозначения:

 

Маркировка
Фактический диаметр , мм

 

Для обозначения серии диаметра подшипников приняты следующие обозначения:

1 – особо легкая серия;

2 – легкая серия;

3 – средняя серия;

4 – тяжелая серия;

5 – легкая широкая серия;

6 – средняя широкая серия;

 

Приняты следующие обозначения типов:

0 – радиальный шариковый однорядный;

1 – радиальный шариковый двухрядный сферический;

2 – радиальный с короткими цилиндрическими роликами;

3 – радиальный двухрядный сферический с бочкообразными роликами;

4 – радиальный роликовый с длинными цилиндрическими роликами игольчатый;

5 – радиальный с витыми роликами;

6 – радиально-упорный шариковый;

7 – роликовый конический, радиально-упорный;

8 – упорный шариковый;

9 – упорный роликовый.

 

Методика расчета и подбора стандартных подшипников качения определена ГОСТ 18854-73 и ГОСТ 18855-73.