II Глава II соединения деталей машин

Связь деталей и узлов машин осуществляется посредством различных подвижных и неподвижных соединений. Здесь рассматриваются неподвижные соединения, которые делятся на разъемные и неразъемные. К разъемным относятся резьбовые, клиновые, шпоночные, шлицевые (зубчатые) соединения. Разборка разъемных соединений происходит без разрушения деталей, поэтому крепежные и соединяемые детали могут быть пригодны для многократного использования их. К неразъемным принадлежат заклепочные и сварные соединения, а также соединения, образованные склеиванием, посадкой с натягом, развальцовкой и т. д.

§ 3. Резьбовые соединения

Наиболее распространенным соединением является б о л т о в о е (винтовое), представляющее собой частный случай резьбового соединения. Во всяком винтовом соединении главнейшей частью является резьба. Чтобы представить себе образование винтовых поверхностей, возьмем прямой цилиндр и навернем на него по длине окружности основания цилиндра d прямоугольный треугольник так, чтобы больший катет совпал с окружностью, тогда гипотенуза образует на поверхности цилиндра линию, которая и называется в и н т о в о й линией. На рис. 1 показано образование однозаходной винтовой линии с углом подъема ₁ и двухзаходной с углом подъема ₂.

Кратчайшее расстояние между двумя точками винтовой линии, лежащими на одной образующей цилиндра, называется ш а г о м винтовой линии. Х о д о м винта называется расстояние S_х, на которое перемещается винт вдоль своей оси относительно гайки (гайка закреплена) при одном обороте. Если разделить окружность цилиндра на несколько равных частей и из точек деления одновременно нарезать резьбу, то получится двух-, трех- и многозаходная резьба в зависимости от того, на сколько частей было размечено основание цилиндра.

Если S - шаг винта, S_х - ход винта и а - число заходов, то S_х=aS, откуда

tg л = aS= d. (II.1)

При однзаходной резьбе шаг винта S и ход S_х совпадают : по величине, т. е. S = Sx.

Профили резьб в сечении плоскостью, проходящей через ось цилиндра, можно подразделить на пять видов: треугольную, упорную, прямоугольную, трапецеидальную и круглую. Резьбы могут быть правые и левые. П р а в а я резьба получается при винтовой линии, идущей по направлению движения часовой стрелки, если смотреть в торец винта, а л е в а я резьба - в обратном направлении.

Т р е у г о л ь н а я метрическая резьба (рис. 2, а) является основной крепежной резьбой. Ее профиль образован равнобедренным треугольником с углом при вершине 60⁰. Различают метрическую резьбу с крупным и мелким шагом. При одинаковых диаметрах нарезки они отличаются шагом и высотой профиля. Резьба с мелким шагом менее подвержена самоотвинчиванию.

В качестве крепежной применялась также дюймовая резьба, профиль которой образован равнобедренным треугольником с углом при вершине 55⁰. Ее наружный диаметр измеряется в дюймах. В настоящее время в СССР она применяется лишь при ремонте старого или импортного (из некоторых стран) оборудования. Дюймовая резьба используется также для соединения труб (рис. 2, б).

У п о р н у ю резьбу (рис. 2, в) применяют в грузовых винтах при одностороннем направлении усилия, в прессах, нажимных винтах и пр. П р я м о у г о л ь н у ю резьбу применяют в винтах, передающих усилие, например в винтовых домкратах. Т р а п е ц е и д а л ь н а я резьба (рис. 2, г) широко применяется в таких механизмах, где винт должен передавать усилие и движение. Она имеет ряд преимуществ перед прямоугольной резьбой, в том числе более высокую прочность. К р у г л а я резьба имеет меньшее распространение. Применяют ее при тяжелых условиях эксплуатации, когда в соединение могут попадать пыль, грязь, песок, что неизбежно влечет за собой повышенный износ обычной резьбы.

Резьбовые соединения осуществляются с помощью резьбовых крепежных изделий. К ним относятся болты, винты, шпильки, гайки, ниппели, сгонные муфты, тройники и т. д.

Б о л т о м (рис. 3, а) называется цилиндрический стержень с резьбой, имеющий головку. Нарезанной частью стержня болт ввинчивается в гайку. В и н т (рис. 3,6) отличается от болта тем, что ввинчивается не в гайку, а в резьбовое отверстие одной из соединяемых . деталей. По способу и точности изготовления болты делятся на черные, получистые и чистые. Ч е р н ы е болты изготовляются из прутка горячей высадкой. Резьба накатывается или нарезается. П о л у ч и с т ы е болты также изготовляются методом холодной или горячей высадки, обрабатываются затем по опорной поверхности головки и у конца стержня.

Резьба нарезается или накатывается. Под накатку стержень обтачивается. Ч и с т ы е болты изготовляют из чистотянутого шестигранного прутка на токарно-револьверных станках и автоматах. Болтовое соединение применяется для соединения деталей относительно небольшой толщины и при наличии места для размещения головки болта и гайки.

В и н т о в о е соединение применяется для деталей, одна из которых имеет большую толщину, или при трудности размещения головки болта и гайки. .

Для закрепления на валу установочных колец, небольших шкивов, указателей и т. п., для предотвращения смещения вдоль оси вала зубчатых колес, шкивов и других деталей, в случае наличия относительно небольших осевых нагрузок применяют у с т а н о в о ч н ы е винты (нажимные). В зависимости от назначения винтов и величины усилий они имеют различные по форме концы, головку или прорезь под отвертку. Соответствующие углубления в теле вала сверлят при сборке.

Ш п и л е ч н о е соединение (рис. 3, в) применяется в тех же , что и винтовое, в особенности когда соединение подвергается частой разборке и сборке. Шпилька имеет резьбу на обоих концах, на один из которых навертывают гайку.

Кроме стандартных крепежных изделий, применяются с п е ц и а л ь н ы е. Для сохранения постоянного расстояния между соединяемыми деталями применяют р а с п о р н ы е болты (рис. 3, г); распорные болты с промежуточной головкой (рис. 3, д) используются, когда надо обеспечить возможность отсоединения одной из деталей, не нарушая соединения. Для крепления машин к фундаменту служат ф у н д а м е н т н ы е болты.

Г а й к и имеют различную форму. Чаще всего их изготовляют шестигранными. Размеры гаек согласуются с размерами болтов.

В общем машиностроении высоту гайки h в зависимости от диаметра болта принимают равной 0,8d, специальные гайки и гайки из пластмасс имеют высоту h= (0,6-2,0) d.

Несмотря на то, что все крепежные резьбы удовлетворяют условию самоторможения, при ударах и сотрясениях возможны случаи самоотвинчивания. Для предупреждения самоотвинчивания применяют особые устройства, называемые г а е ч н ы м и з а м к а м и.

К о н т р г а й к а - вторая гайка, навертываемая (рис. 4, а) поверх основной и создающая в резьбе силу трения, не зависящую от наличия внешней осевой силы, нагружающей соединение. Эта сила трения создается при затягивании контргайки на неподвижную (удерживаемую от поворота) гайку.

Ш п л и н т - кусок проволоки полукруглого поперечного сечения, сложенной вдвое и пропущенной через гайку и болт или только через болт. Концы шплинта разводят (рис. 4, б, в). При применении шплинтов часто используют специальные к о р о н ч а т ы е гайки.

П р у ж и н н а я ш а й б а - специальная шайба, подкладываемая под гайку. Отвертыванию гайки препятствуют острые края концов шайбы, упирающиеся в торец гайки и в прижимаемую деталь (рис. 4, г). Кроме того, при ослаблении осевого усилия в болте сила упругости шайбы поддерживает соединение в напряженном состоянии и препятствует самоотвинчиванию гайки. Для гаечных замков применяют также специальные шайбы с загибающимися краями или лепестками (рис. 4, д).

Для изготовления винтов и гаек используют стали обыкновенного качества Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5; стали углеродистые качественные марок Сталь 35, 45 и др. (в случае необходимости подвергаются термической обработке); легированные стали 40Х, 40ХН и т. п. для напряженных соединений при соединении быстродвижущихся частей.

Болты рассчитываются на растяжение, когда действует осевая нагрузка. Формула для проверочного расчета имеет вид:

= Q: ( d₁²/4) [ ]_p, (II.2)

где d₁²/4 - площадь сечения болта по внутреннему диаметру (принимается по ГОСТу);

Q - осевая нагрузка;

[ ]р - допускаемое напряжение на растяжение.

Допускаемые напряжения выбираются в зависимости от условий работы. С целью уменьшения размеров болтов применяются различные разгрузочные устройства.