Соединения

Лекция №16

Соединения

             Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или иным способом. Эти связи можно разделить на подвижные и неподвижные (рис.16.1).

                                                                              Рис.16.1

Подвижные связи – это подшипники, шарниры, зубчатые зацепления.

                Неподвижные связи – резьбовые, шпоночные, сварные, заклепочные и другие соединения.

                Неподвижные связи в технике называются – соединениями.

По признаку разъемности все виды соединений можно разделить на разъемные и неразъемные.

Рекомендуемые материалы

                Разъемные соединения позволяют разбирать узлы без повреждения деталей.

                Неразъемные соединения не позволяют разбирать узлы без разрушения или повреждения деталей.

         Основным критерием работоспособности и расчета соединений является прочность – статическая и усталостная.

Резьбовые соединения

Резьбовыми соединениями называются разъемные соединения с помощью резьбовых крепежных деталей – винтов, болтов, шпилек. Резьба образуется путем нанесения на поверхность деталей винтовых канавок с сечением согласно профилю резьбы.

В настоящее время используют следующие методы изготовления резьбы :

1. Нарезкой вручную метчиками (плашками).  Его применяют в индивидуальном производстве и ремонтных работах;

2. Нарезкой на токарно-винторезных станках;

3. Методом фрезерования на специальных резьбофрезерных станках. Применяют для нарезки винтов больших диаметров с повышенными требованиями к точности (ходовые и грузовые винты);

4. Методом накатки на специальных резьбонакатных станках-автоматах. Этим высокопроизводительным и дешевым методом изготовляют большинство резьб стандартных крепежных изделий;

5. Методом отливки. Этим методом изготавливают резьбы на литых деталях из чугуна, стекла, пластмассы, металлокерамики;

6. Методом выдавливания. С помощью этого метода изготавливают резьбу на тонкостенных давленных и штампованных изделиях из жести, пластмассы и т.д.

Классификация резьб

1. По форме профиля резьбы разделяют на треугольную, прямоугольную, трапецеидальную, круглую.

2. По направлению винтовой линии различают правую и левую резьбу. У правой резьбы винтовая линия идет слева направо и вверх, у левой – справа налево и вверх. Наиболее распространенной является правая резьба. Левую применяют только в специальных случаях.

1. По числу заходов резьбы делят на однозаходную, двухзаходную и т.д. Наиболее распространенной является однозаходная резьба. Все крепежные резьбы однозаходные. Многозаходные резьбы применяют преимущественно в винтовых механизмах.

2. По форме основной поверхности различают на цилиндрическую и коническую резьбы. Наиболее распространена цилиндрическая резьба. Коническая резьба применяется для плотного соединения труб, штуцеров , пробок и т.д.

3. По назначению резьбы разделяются на крепежные и ходовые.

                В качестве крепежной резьбы применяют:

          1. Метрическую резьбу - резьба получила свое название, так как все размеры её измеряются в миллиметрах (в отличие от дюймовой). Является основной треугольной резьбой, применяемой в России. Она характеризуется углом профиля a=60°, притуплением вершин профиля резьбы винта по прямой на расстояние Н/8 и вершин профиля резьбы гайки на расстояние Н/4 от  вершин теоретического профиля. Профиль впадин у винта может иметь притупление или закругление радиусом r=Н/6»0,144Р. Высота исходного треугольника теоретического профиля . Метрическую резьбу разделяют на резьбу с крупным и мелким шагом. Основная резьба с крупным шагом. Статическая несущая способность этой резьбы выше и меньше влияние ошибок изготовления и износа на прочность.

2. Трубную резьбу - для герметического соединения труб (рис 16.2). На тонкой стенке трубы невозможно нарезать крупную метрическую резьбу без резкого уменьшения прочности трубы. Поэтому трубная резьба имеет мелкий шаг. В международном стандарте для требуемой резьбы сохранено дюймовое измерение. За номинальный диаметр трубной резьбы принят внутренний диаметр трубы. Наружный диаметр резьбы в действительности больше номинального на две толщины стенки. Дюймовая резьба Витворта характеризуется треугольным профилем с закруглением вершин и впадин и углом профиля a=55°. В России стандартизована дюймовая резьба в диапазоне диаметров от 3/16² до 4² по типу резьбы Витворта, но с профилем, имеющим не закругления, а притупления по прямым. В трубной дюймовой резьбе выполняются закругления профиля без зазоров для улучшения уплотнения. В дюймовой резьбе вместо шага задается число витков на 1².

3. Круглую резьбу-  для изготовления отливкой на чугунных, стеклянных, пластмассовых и других изделиях, а также накаткой и выдавливанием на тонкостенных металлических деталях. Профиль круглой силовой резьбы состоит из дуг, связанных короткими участками прямой. Угол профиля 30° (рис 16.3).

 В качестве ходовых резьб применяют:

1. Прямоугольную резьбу. В настоящее время не стандартизирована (рис 16.4). Имеет неширокое применение, так как нетехнологична. Изготавливают на токарно-винторезных станках.

2. Трапецеидальную резьбу с симметричным и несимметричным профилем. Симметричную резьбу применяют двустороннего (реверсивного) движения под нагрузкой. Несимметричная резьба применяется для одностороннего рабочего движения при больших нагрузках и называется упорной резьбой (рис. 16.5). Трапецеидальная резьба имеет угол профиля a=30°. Стандартизирована в диапазоне от 8 до 640 мм. Является основной резьбой для передач винт-гайка. В упорной резьбе угол наклона рабочей стороны профиля для повышения КПД выбран достаточно малым - 3°. Угол наклона нерабочей стороны профиля 30°. Усиленные упорные резьбы имеют угол нерабочей стороны профиля  45°.

Геометрические параметры резьбы

                Резьба характеризуется следующими основными параметрами, которые рассмотрим на примере метрической резьбы (рис 16.6, а):

 d- наружный диаметр резьбы;

 d₁- внутренний диаметр резьбы;

 d₂- средний диаметр резьбы, где ширина витка равна ширине впадины;

 h=0,54P – рабочая высота профиля,

где Р- шаг резьбы.

Сделаем развертку витка резьбы на плоскость (рис.16. 6, б). Ход резьбы, а

где  Z- число заходов витка резьбы; β-угол подъема витка резьбы. 

      Все геометрические параметры большинства резьб и допуски на их размеры стандартизированы.

Основные типы крепежных деталей

Для соединения деталей можно применять болты, винты и шпильки (рис 16.7). Основным преимуществом болтового соединения является то, что оно не требует нарезания резьбы в соединяемых деталях.

Это особенно важно в тех случаях, когда материал детали не может обеспечить достаточную прочность и долговечность резьбы. Винты и шпильки применяют в тех случаях, когда по конструкции соединения постановка болта нерациональна.

Определение момента, необходимого для затяжки резьбовой пары

 

При затягивании резьбовой пары детали прижимаются друг к другу с силой F_зат (рис 16.8). Со стороны деталей на головку болта и гайку действует также сила F_зат, которая через резьбу передается на стержень болта и вызывает его растяжение. Затяжка производится ключом с усилием F_кл, который создает момент T_кл=F_клL. Момент внешней силы F_кл уравновешивается моментом внутренних сил трения в резьбе и на торце гайки. Таким образом

Т_кл=Т_р+Т_т,

где Т_р – момент трения в резьбе; Т_т- момент трения на торце гайки.

Болт находится в сложнонапряженном состоянии – скручивается и растягивается от осевой силы. Определим каждую из составляющих T_кл.

1. Определение момента трения на торце гайки. При затяжке резьбовой пары, когда торец гайки касается поверхности детали, возникает момент сил трения на поверхности гайки (рис 16.9). Введем допущение: усилие затяжки равномерно распределено по торцевой поверхности гайки. Под действием усилия F_зат на торце гайки возникает давление

 ,

где d– диаметр отверстия, D– диаметр под ключ. Проведем две концентрические окружности с радиусами r и r+dr. Выделяем элемент торца гайки dj . На этот элемент действует нормальная сила

dF_n=PdS=Prdjdr,

где dS-площадь выделенного элемента.                                          Рис.16.9

Элементарная сила трения определяется как

dF_тр=dF_nf=PdS=Pfrdjdr,

где f – коэффициент трения на торце гайки. Элементарный момент трения

  dT_T =dF_трr= Pfr²djdr.

Тогда момент трения на торце гайки определяется в виде

или .

2. Определение момента трения в резьбе. Рассмотрим взаимодействие гайки и витка резьбы болта, которое можно заменить действием груза на наклонную плоскость (рис 16.10,а). Развернем виток резьбы на плоскость.

Под действием сил F_зат, F_t и R тело находится в равновесии. Из треугольника сил (рис. 16.10,б) имеем

,

где b - угол подъема витка резьбы, r’ – угол трения.

                Определим момент трения в резьбе

 или.

Условия самоторможения резьбы

Самотормозящаяся резьба - это такая, в которой гайка удерживается под нагрузкой за счет сил трения. При свинчивании гайки сила трения F_тр меняет свое направление и условный груз находится в равновесии под действием сил  F_зат, F_t  и  R  (рис 16.11, а).

Из треугольника сил (рис 16.11,б)

"58 Шлифовальные станки" - тут тоже много полезного для Вас.

Условие самоторможения F_t>0, то есть в самотормозящейся резьбе для свинчивания гайки нужно обязательно приложить усилие F_t. В несамотормозящейся резьбе это усилие не нужно, так как гайка будет сама откручиваться под действием усилия затяжки F_зат (вес груза), тогда  или .

Для метрической крепежной резьбы  (рис 16.12), тогда

;,

где-приведенный коэффициент трения.

Угол трения изменяется в зависимости от величины коэффициента трения в пределах от 6° (f=0,1) до 16° (f=0,3), а b лежит в пределах от 1,5° до 4°, т. е. все крепежные резьбы самотормозящиеся.

В прямоугольной ходовой резьбе сила F_n' перпендикулярна профилю витка, т.е. F_n'=F_n (рис 16.13). Отсюда находим F_тр= F_n f= F_n'f. В ходовых резьбах коэффициент трения ниже, чем в метрических f < f' , так как cosa <1.