uzluga.ru
добавить свой файл


Тема 8

Типовые соединения деталей машин

План лекции

  • Резьбовые соединения. Общие сведения. Определения и параметры резьбы. Крепежные и ходовые резьбы. Стандартные резьбы общего назначения. Расчет болтов при переменных напряжениях. Расчет витков резьбы. Определение момента на гаечном ключе.

  • Заклепочные соединения. Виды заклепок и заклепочных швов. Методика расчета заклепочных швов на прочность и плотность.

  • Сварные соединения. Основные виды сварных соединений и типы сварных швов. Расчет сварных швов на прочность.

  • Шпоночные и шлицевые соединения. Расчет сегментной и круглой шпонки. Выбор допускаемых напряжений. Расчет зубчатых прямобочных соединений.

  • Паяные и клеевые соединения.

  • Расчет на прочность.



Резьбовые соединения

  • Основные детали соединения имеют наружную либо внутреннюю винтовую нарезку (резьбу) и снабжены огранёнными поверхностями для захвата гаечным ключом.

  • Болт – длинный цилиндр с головкой и наружной резьбой. Проходит сквозь соединяемые детали и затягивается гайкой (а) – деталью с резьбовым отверстием.

  • Винт – внешне не отличается от болта, но завинчивается в резьбу одной из соединяемых деталей (б).

  • Шпилька – винт без головки с резьбой на обоих концах (в).



Основные параметры резьбы

  • Номинальные размеры рассматриваемых параметров резьбы являются одинаковыми для болта (шпильки, винта и т. д.) и гайки.

  • Наружный диаметр резьбы d (D) (рис. 1 а—в) — диаметр воображаемого цилиндра, касательного к вершинам наружной резьбы или впадинам внутренней резьбы. Наружный диаметр для большинства резьб принимается за номинальный диаметр резьбы.



  • Внутренний диаметр резьбы d1 (D1) (рис. 1) — диаметр воображаемого цилиндра, вписанного касательно к вершинам внутренней резьбы или впадинам наружной резьбы.

 
  • Средний диаметр резьбы d2 (D2) (рис. 1) — диаметр воображаемого соосного с резьбой цилиндра, образующая которого пересекает профиль витков в точках, где ширина канавки равна половине номинального шага Р для однозаходной резьбы и для многозаходной резьбы — половине номинального хода t, разделенной на число заходов.

 
  • Шагом резьбы Р (рис. 1, а) называется расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля, измеренное в направлении, параллельном оси резьбы.

  • Углом профиля α (рис. 1, а) называется угол между боковыми сторонами профиля в осевой плоскости.



Углом подъема α ⁄ 2 (рис. 1, а) называется угол между касательной к винтовой поверхности в точке, лежащей на среднем диаметре резьбы, и плоскостью, перпендикулярной оси резьбы.

  • Углом подъема α ⁄ 2 (рис. 1, а) называется угол между касательной к винтовой поверхности в точке, лежащей на среднем диаметре резьбы, и плоскостью, перпендикулярной оси резьбы.

  • Длиной свинчивания (высотой гайки) l называется длина соприкосновения винтовых поверхностей наружной и внутренней резьб в осевом сечении.

  • Кроме перечисленных параметров резьбы различают также следующие: высота исходного профиля H, рабочая высота профиля H1 и высота профиля H2, измеряемые в направлении, перпендикулярном оси резьбы. Параметры H, H1, H2 (рис. 1) выражаются при известных углах наклона профиля (или ) в долях шага резьбы Р .



Стандартные резьбы общего назначения





Крепёжные резьбы

  • Применяются для соединения деталей машин друг с другом посредством деталей, имеющих резьбу.

  • Для малонагруженных и декоративных конструкций применяются винты и болты с коническими и сферическими головками (как у заклёпок), снабжёнными линейными или крестообразными углублениями для затяжки отвёрткой. Для соединения деревянных и пластмассовых деталей применяют шурупы и саморезы – винты со специальным заострённым хвостовиком.



Ходовые резьбы

  • Применяются для преобразования вращательного движения в поступательное, например, в токарных станках, в домкратах и т.д.

  • Резьбы ходовые для винтовых механизмов (прямоугольная, трапецеидальна симметричная, трапецеидальная несимметричная упорная) должны обладать малым трением для снижения потерь.



Расчёт болтов при переменных напряжениях

  • Соединение нагружено продольной силой Q. Болт растянут.

  • Условие прочности на растяжение запишется в виде:

  • Напряжения растяжения в резьбе:

  • Из условия прочности на растяжение находим внутренний диаметр резьбы болта:



  • Соединение нагружено поперечной силой Р.

  • При этом болт работает на срез. Внутренний диаметр резьбы рассчитывается аналогично случаю с растяжением:



  • Соединение нагружено поперечной силой F.

  • Сила затяжки болта V должна дать такую силу трения между деталями, которая была бы больше поперечной сдвигающей силы F.

  • Болт работает на растяжение, а от момента затяжки испытывает ещё и кручение.

  • Тогда:

где V = 1,2 F/ f.

Определение момента на гаечном ключе

  • Резьбовые соединения затягиваю при сборке путём завинчивания гаек (винтов) с помощью гаечных ключей.

  • Сила Fкл на рукоятке ключа создаёт момент затяжки:

Tкл = Fкл • Lкл

Заклёпочные соединения

  • Образуются с помощью специальных деталей – заклёпок .

  • Заклёпка имеет грибообразную форму и выпускается с одной головкой (закладной) вставляется в совместно просверленные детали, а затем хвостовик ударами молотка или пресса расклёпывается, образуя вторую головку (замыкающую).

  • При этом детали сильно сжимаются, образуя прочное, неподвижное неразъёмное соединение.



  • Заклёпки изготавливают из сравнительно мягких материалов: Ст2, Ст3, Ст10, Ст15, латунь, медь, алюминий.

  • Заклёпки стандартизованы и выпускаются в разных модификаций:

  • Сплошные с полукруглой головкой (а);

  • Сплошные с плоской головкой (б);

- Сплошные с потайной головкой (в);

- Полупустотелые (г, д ,е) и пустотелые (ж, з, и).

Расчёт заклёпок на прочность

  • Заклёпки испытывают сдвиг (срез) и смятие боковых поверхностей. По этим двум критериям рассчитывается диаметр назначаемой заклёпки. При этом расчёт на срез – проектировочный, а расчёт на смятие – проверочный. Здесь и далее имеем в виду силу, приходящуюся на одну заклёпку.

  • При одной плоскости среза диаметр заклёпки:

  • При двух плоскостях среза (накладки с двух сторон):

  • Напряжения смятия на боковых поверхностях заклёпки

см = P/Sd []см ,

где S – толщина наименьшей из соединяемых деталей.

Сварные соединения

  • Не имеют соединяющих деталей.

  • Выполняются за счёт местного нагрева и диффузии (перемешивания частиц) соединяемых деталей. Создают, практически, одну целую, монолитную деталь.

  • Весьма прочны, т.к. используют одну из самых могучих сил природы - силы межмолекулярного сцепления. 

  • Сварные соединения (швы) по взаимному расположению соединяемых элементов делятся на следующие группы:



Расчёт на прочность сварных соединений

  • При расчете сварных соединений на прочность в первую очередь необходимо знать площадь сечения сварного шва.

  • Перемножая толщину сварного шва на его длину, получим площадь сечения сварного шва. При растяжении допускаемое усилие в сварном соединении определяется по формуле:

Р = σр  S l.
  • При сжатии:

Р = σсж  S  l,

где l—длина шва; S — толщина соединяемых элементов; σр — допускаемое напряжение в сварном шве при растяжении; σсж — допускаемое напряжение в сварном шве при сжатии.
  • Для каждого из швов существуют свои эмпирические зависимости, по которым производится расчёт. Например, при расчете на прочность нахлестного соединения применяют расчетную формулу:

Р=Tср  0,7Кl,

где Р — допуска­емое усилие; Tср — допускаемое напряжение наплавленного ме­талла при срезе; К— длина катета; l—длина сварного шва.

Шпоночные соединения

  • Передают вращающий момент между валом и колесом. Образуются посредством шпонки, установленной в сопряжённые пазы вала и колеса. Шпонка имеет вид призмы, клина или сегмента, реже применяются шпонки других форм.

Расчёт шпоночных соединений на прочность
  • Призматические и сегментные шпонки всех форм испытывают смятие боковых поверхностей и срез по средней продольной плоскости:

;

h – высота сечения шпонки, d – диаметр вала, b – ширина сечения шпонки, l – рабочая длина шпонки (участок, передающий момент).

Шлицевые соединения

  • Образуются выступами на валу, входящими в сопряжённые пазы ступицы колеса. Как по внешнему виду, так и по динамическим условиям работы шлицы можно считать многошпоночными соединениями. Некоторые авторы называют их зубчатыми соединениями.

  • В основном используются прямобочные шлицы (а), реже встречаются эвольвентные (б) ГОСТ 6033-57 и треугольные (в) профили шлицов.



Расчёт на прочность шлицевых соединений

  • Смятие и износ связаны с одним параметром – контактным напряжением (давлением) см. Это позволяет рассчитывать шлицы по обобщённому критерию одновременно на смятие и контактный износ. Допускаемые напряжения []см назначают на основе опыта эксплуатации подобных конструкций.

  • Для расчёта учитывается неравномерность распределения нагрузки по зубьям:

где Z – число шлицов, hрабочая высота шлицов, l – рабочая длина шлицов, dср – средний диаметр шлицевого соединения. Для эвольвентных шлицов рабочая высота принимается равной модулю профиля, за dср принимают делительный диаметр.

Паяные соединения

  • Пайкой называют процесс соединения металлических или металлизированных деталей с помощью дополнительного связующего материала - припоя, температура плавления которого ниже температуры плавления материала соединяемых деталей.

  • В расплавленном состоянии припой смачивает поверхности соединяемых деталей. Соединение происходит путем межатомного сцепления, растворения и диффузии материала деталей и припоя.



Расчёт на прочность паяных соединений

  • В отличие от сварки пайка сохраняет неизменными структуру, механические свойства и состав материала деталей, вызывает значительно меньшие остаточные напряжения. Прочность паяного соединения определяется прочностью припоя и сцепления припоя с поверхностями соединяемых деталей.

  • Например, прочность при срезе соединений, паянных и оловянно-свицовистыми припоями, а также припоями на основе меди и серебра, составляет (0,8 ÷ 0,9)σвп, где σвп - предел прочности припоя.



Клеевые соединения

  • Склеиванием называют соединение деталей тонким слоем быстротвердеющего раствора - клея. Процесс склеивания состоит из подготовки соединяемых поверхностей деталей, нанесения клея, соединения деталей и выдержки при определенных давлении и температуре.

  • Клеевые соединения применяют для скрепления деталей из различных металлических и неметаллических (стекло, керамика, пластмасса) материалов в любом их сочетании.



Расчёт на прочность клеевых соединений

  • Прочность клеевого соединения зависит от способа подготовки поверхностей. Желательно, чтобы они были шероховатые. Для этого применяют механическую (абразивную) и химическую (травление в растворах) обработку.

  • Например, при расчёте на прочность клеевого соединения внахлёстку имеет вид:

,

где b и l – ширина и длина нахлёстки, [τ] – допускаемое касательное напряжение.



Вопросы для самопроверки

1. В чём различие между разъёмными и неразъёмными соединениями ?

2. Где и когда применяются сварные соединения ?

3. Каковы основные группы сварных соединений ?

4. Где и когда применяются заклёпочные соединения ?

5. В чём состоит принцип конструкции резьбовых соединений ?

6. Какой диаметр резьбы находят из прочностного расчёта ?

7. Какова конструкция и основное назначение шпоночых соединений ?

8. Какова конструкция и основное назначение шлицевых соединений ?

9. За счёт чего происходит соединение пайкой?

10. Какой вид напряжения возникает при расчётах на прочность клеевых соединений?

 

Вывод

  • В результате изучения дисциплины Прикладная механика студент должен освоить следующие вопросы:

  • основные понятия курса Прикладная механика;

  • задачи дисциплины Прикладная механика;

  • классификацию механических передач;

  • классификацию видов приводов машин и механизмов;

  • принципы и подходы к проектированию редукторов, вариаторов и мультипликаторов;

  • основные типы подшипников качения и скольжения;

  • показатели и критерии оценки прочности по контактным напряжениям, на изгиб и смятие;

  • методы количественной оценки величин допускаемых напряжений;

  • основы теории и расчета механических передач;

  • расчеты допускаемых напряжений по основным теориям прочности.



Источники

Основная литература
  • Иосилевич Г.Б. Прикладная механика. – М.: Машиностроение, 2000.

  • Ковалев Н.А. Прикладная механика. – М.: Высшая школа, 2000.

  • Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. – М., 2004.

  • Гузенков П.Г. Детали машин. – М.: Высшая школа, 2006.

Дополнительная литература
  • Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. – М.: Ма­шиностроение, 2002.

  • Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. – М., 2003.

  • Решетов Д.Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 2003.

  • Чубенко Е.Ф. Лабораторный практикум по деталям машин: учебное пособие. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2005.