- •О. М. Хомяк, с. О. Ловейкіна з‘єднання деталей машин Навчальний посібник
- •Нероз‘ємні з‘єднання
- •1. Заклепкові з‘єднання
- •1.1. Області застосування, конструкції, технологія виготовлення заклепкових з'єднань
- •1.2. Класифікація заклепкових з‘єднань
- •1.3. Міцність елементів заклепкового з‘єднання
- •1.4. Розрахунок міцних заклепкових з‘єднань
- •2. Зварні з‘єднання
- •2.1. Загальні відомості
- •2.2. Види зварних з'єднань і типи зварних швів
- •2.3. Розрахунок зварних з‘єднань
- •3. Паяні та клейові з‘єднання
- •3.1. Загальні відомості
- •3.2. Паяні з‘єднання
- •3.3. Клейові з'єднання
- •4. З‘єднання з гарантованим натягом
- •Контрольні питання до розділу "Нероз‘ємні з‘єднання"
- •Роз‘ємні з‘єднання
- •5. Різьбові з‘єднання
- •5.1. Загальні відомості
- •5.2. Утворення різьби та види різьб
- •5.3. Класифікація різьбових з‘єднань
- •5.4. Силові співвідношення, умови самогальмування і ккд гвинтової пари
- •5.5. Розрахунок різьбових з‘єднань
- •5.6. Клемові з'єднання
- •6. Клинові та штифтові з‘єднання
- •6.1. Клинові з‘єднання
- •6.2. Штифтові з'єднання
- •7. Шпонкові, шліцьові (зубчасті) та безшпонкові з‘єднання
- •7.1. Шпонкові з‘єднання
- •7.2. Шліцьові (зубчасті) з‘єднання
- •7.3. Безшпонкові з‘єднання
- •Контрольні питання до розділу "роз‘ємні з‘єднання"
6.2. Штифтові з'єднання
Штифти призначаються для точного взаємного фіксування деталей (кришки відносно корпуса редуктора, рис. 6.6, а) і для передачі невеликих навантажень (кріплення зубчастого колеса на валі, рис. 6.6, б). По конструкції штифти бувають конічні (рис. 6.7, а) і циліндричні (рис. 6.7, б), гладкі і просічні (рис. 6.7, в), тобто з насіченими або видавленими канавками.
Рис. 6.6. Види штифтових з‘єднань
Рис. 6.7. Види штифтів
Циліндричні гладкі штифти ставляться в отвір із натягом і утримуються від випадання тертям або за допомогою спеціальних пристроїв. Недолік циліндричних штифтів – ослаблення посадки при повторних розбираннях і зборках.
Конічні штифти виконуються з конусністю 1:50, що забезпечує надійність самогальмування і центрування деталей. Конічні штифти можуть бути поставлені в той саме отвір кілька разів.
Просічні штифти застосовуються тільки для скріплення деталей машин. У порівнянні з гладкими вони не вимагають розгортки отворів і більш надійні від випадання. Ці штифти допускають багатократну зборку і розбирання з'єднань.
Штифти виготовляють із сталі Ст 4, Ст 5, Сталь 35, Сталь 40, Сталь 45. Просічні штифти рекомендується виготовляти із пружинної сталі (Сталь 65Г). Діаметр установочних штифтів приймають конструктивно; діаметр кріпильного штифта визначають із розрахунку штифта на зріз. При дії на штифт сили F, перпендикулярної до його осі, умова міцності на зріз при z площинах зрізу:
, звідки діаметр штифта
, (6.12)
де – допустиме напруження на зріз матеріалу штифта.
7. Шпонкові, шліцьові (зубчасті) та безшпонкові з‘єднання
7.1. Шпонкові з‘єднання
Шпонкові з'єднання служать для закріплення деталей, що обертаються, на осях і валах. За допомогою цих з'єднань здійснюється передача крутного моменту, наприклад, від вала на шестерню, шків і т.д.
Шпонкові з'єднання одержали широке поширення завдяки простоті і надійності конструкції, зручності зборки і розбирання вузла, низькій вартості.
У залежності від характеру навантаження шпонкові з'єднання розділяються на напружені і ненапружені.
7.1.1. Конструкції напружених шпонкових з‘єднань
Напружені шпонкові з‘єднання утворюються за допомогою клинових шпонок, які за способом розташування на валах діляться на врізні, на лисці, фрикційні і тангенціальні.
Врізні шпонки (рис. 7.1). Робочими є широкі грані шпонки. Передача крутного моменту від вала 1 до ступиці 2 відбувається в основному за рахунок сил тертя, що утворюються в з'єднанні від запресування шпонки 3. Клинові врізні шпонки по конструкції підрозділяються на клинові без головки (рис. 7.1, а) і шпонки клинові з головкою (рис. 7.1, б). З клинових шпонок врізні шпонки одержали найбільше поширення. Вони більш надійні (ніж шпонки на лисці і фрикційні) і більш технологічні (ніж тангенціальні).
Рис. 7.1. З‘єднання деталей за допомогою клинової врізної шпонки
Рис. 7.2. З‘єднання
за допомогою
клинової шпонки
на лисці
Фрикційні шпонки (рис. 7.3). Вал не має паза, а поверхню шпонки, що стикається з валом, виготовляють циліндричною з радіусом, рівним радіусу вала. Передача крут-
Рис. 7.3. З‘єднання
за допомогою
фрикційної шпонки
У порівнянні з врізними шпонками фрикційні і шпонки на лисці вимагають ступиць більшого діаметра і вони менш надійні. Тому їх застосовують при передачі невеликих крутних моментів.
Рис. 7.4. З‘єднання
за допомогою клинових тангенціальних
шпонок
Тангенціальні шпонки надійні, але з'єднання цими шпонками складне, вони застосовуються переважно у важкому машинобудуванні при великих динамічних навантаженнях.
При з'єднанні деталей за допомогою напруженого шпонкового з'єднання застосовується вільна посадка ступиці на вал (із гарантованим зазором). Запресовка шпонки зміщає центри вала і ступиці на розмір, рівний зазору посадки і деформації деталей. Цей зсув викликає дисбаланс і погано позначається на роботі механізму при великих швидкостях обертання (викликає вібрації). Крім того, обробка паза в ступиці з ухилом створює додаткові технологічні труднощі і часто потрібна індивідуальна пригінка шпонки по пазу, що неприпустимо в умовах масового виробництва.
7.1.2. Ненапружені шпонкові з‘єднання та їх розрахунок
Ненапружені шпонкові з'єднання є найбільш поширеними і утворюються за допомогою призматичних і сегментних шпонок.
Призматичні шпонки (рис. 7.5) застосовуються для утворення нерухомих і рухомиих шпонкових з'єднань. У рухомих з'єднаннях шпонки закріплюються на валу (направляючі шпонки) або в ступиці (ковзні шпонки).
Призматичні шпонки працюють боковими гранями. Розрахунок зводиться до вибору перерізу шпонки за ГОСТом у залежності від діаметру вала і визначенню її довжини з рівнянь міцності. Можливими ушкодженнями призматичної шпонки є зминання бокових граней і зріз.
Рис. 7.5. З‘єднання деталей за допомогою призматичної шпонки
Умова міцності на зминання:
, (7.1)де і – розрахункове і допустиме напруження на зминання шпонкового з‘єднання; h – висота шпонки; l – розрахункова довжина шпонки.
Якщо прийняти y=d/2, то крутний момент, який передається шпонкою, , звідки
. (7.2)
Умова міцності на зріз:
, (7.3) де– відповідно розрахункове і допустиме напруження на зріз шпонки. Тоді, звідки
. (7.4)
З отриманих значень довжини шпонки l слід прийняти більше.
Сегментні шпонки працюють боковими гранями (рис. 7.6). Перевага сегментної шпонки – у можливості виготовлення паза за допомогою дискової фрези. Однак глибокий паз значно послаблює вал, тому сегментні шпонки застосовуються при передачі порівняно невеликих навантажень.
Розрахунок сегментних шпонок виконується з тих же передумов, що і призматичних.
Рис. 7.6. З‘єднання
за допомогою сегментних шпонок
, (7.5) де.
Умова міцності на зріз шпонки:
. (7.6)
Стандартні шпонки виготовляються з чистотягнутих сталевих прутків вуглецевої або легованої сталі. Якщо деталі з'єднання (вал, ступиця, шпонка) виготовлені з різних матеріалів; то вибирається по матеріалу, що має найнижчі характеристики міцності. Допустимі напруження зрізувибираються по матеріалу шпонки.
Недоліки шпонкових з‘єднань:
зниження здатності витримування навантажень з‘єднуваних деталей, тому що пази, лиски зменшують площу поперечного перерізу і викликають концентрацію напружень;
ускладнена точна (концентрична) посадка деталей;
неможливість передачі однією шпонкою значних крутних моментів.