Тема 5.2. Соединения деталей.

V Детали машин

Тема 5.1. Основные понятия и определения.

Машины служат для облегчения труда человека и повышения его производительности.

Виды машин:

1. Двигатели—преобразуют какой-либо вид энергии в механическую работу.

2. Преобразователи—превращают механическую работу в какой-либо вид энергии.

3. Транспортные—служат для перемещения тел или масс.

4. Технологические—применяют в процессах обработки материалов.

5. Информационные, контрольно-управляющие и кибернетические

Требования к машинам:

1. Высокая производительность

2. Экономичность

3. Гарантированный срок службы

4. Удобство и безопасность обслуживания.

5.  По возможности небольшие габариты и масса

6. Транспортабельность

7. Соответствие требованиям технической эстетики и государственным стандартам

С 1971 г. действует ЕСКД, состоящая из серии государственных стандартов, что позволило упорядочить конструкторскую документацию и сократить количество типов применяемых деталей (унификация).

Машины состоят из одного или нескольких механизмов —т.е. систем тел, преобразующих движение одних тел, в требуемое движение других.

Обычно механизм содержит: неподвижное звено (стойка, станина), ведущие и ведомые звенья. Различают передаточные механизмы—приводы и исполнительные. Детали механизмов жестко скрепленные между собой и образующие твердые тела называются звеньями. Подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев называют кинематической парой.

 

Тема 5.2. Соединения деталей.

Виды соединений:

1. неразъемные — их невозможно разобрать без повреждения деталей (заклепочные, сварные, клеевые)

2. разъёмные — допускают многократную сборку и разборку (резьбовые, шпоночные, шлицевые)

В.1. Сварные соединения.

Выполняют плавлением и давлением при помощи электродуговой, контактной и газовой сварки.

Расчеты сварных соединений основаны на допущении о равномерном распределении напряжений как по длине, так и по сечению шва.

1. Стыковые соединения—рассчитывают на растяжение или сжатие без учета утолщения  шва.

2. Нахлёсточные соединения—выполняют угловыми швами (лобовыми и фланговыми) и рассчитывают на срез по опасному сечению

F

F

k

k

45°

45°

оп. сечение

 

                          

l л

l ф 50 k

F

F

 

 

, где l _м = l _{л +} 2 l _ф

[  [

 

Пример 1. Проверить прочность стыкового сварного шва, если l _ш = 200 мм, , сварка ручная, материал деталей сталь Ст.3, [  F = 250 кН.

Принимаем [ = 0,8 [  = 0,8  160 = 128 МПа

= прочность сварного шва обеспечена.

Пример №2. Рассчитать длину фланговых швов нахлесточного соединения, если l _л = 80 мм, k = 8 мм, [ =85 МПа, F=120 кН.

 

 

Выразим: l _м  =  = 268 мм,

l _ф =  = принимаем l_ф=100 мм

В.2. Клеевые соединения.

Позволяют соединять детали из разнородных материалов. В промышленности широко применяют универсальные клеи (БФ-2, БФ-4, N88, эпоксидный и др.). Наиболее прочные соединения – нахлёсточные с допускаемым напряжением на срез [  15…30 МПа при толщине клеевой прослойки 0,05…0,15 мм.

В.3. Соединения с натягом

Применяют для посадки на валы подшипников, зубчатых колёс, роторов электродвигателей и т.п., при этом до сборки диаметр вала несколько больше диаметра отверстия.

Наиболее простой способ создания натяга—запрессовка, однако большую прочность имеют соединения, получаемые с предварительным нагревом ступицы насаживаемой детали или с охлаждением вала.

В.4. Резьбовые соединения.

Резьбу выполняют нарезанием или накатыванием на цилиндрические, реже — конические поверхности деталей.

Резьбы бывают: правые и левые, одно… четырёхзаходные, крепежные, крепежно-уплотняющие, а также для передачи движения (в механизмах).

В соединениях обычно применяют однозаходные треугольные резьбы:

а) Метрическую с крупным и мелким шагом (  60°);

б) дюймовую ( °)

в) трубную (мелкая, дюймовая, герметичная)

Все крепежные резьбы самотормозящиеся (т.е.угол подъема резьбы в них значительно меньше угла трения)

Основные параметры резьб:

1. Наружный d, внутренний d_{1 b}и средний d₂ диаметры.

2. Шаг резьбы P_z

3. Угол профиля

4. Угол подъема резьбы

Конструктивные формы соединений:

1. Болт-гайка

2. Соединение винтами в корпус

3. Шпильками (при частой разборке соединений)

                     Стандартные детали:

1. Болты и винты— с шестигранными, полукруглыми, цилиндрическими и потайными головками.

2. Гайки — шестигранные, круглые и барашки

3. Шайбы– точеные (чистые), штампованные и пружинные.

Способы стопорения резьб (при динамических нагрузках):

1. Контргайками

2. Пружинными шайбами

3. Фиксирующими деталями: шплинтами, проволокой, стопорными шайбами

4. Приваркой и расклёпыванием

5. При помощи лаков, красок и клеев

 

В.4 Цепные передачи.

Состоят из звездочек, охваченных цепью. Цепи и звездочки стандартизированы. Материал—стали 45, 50, 40Х с закалкой или 15,20Х с цементацией. Применяют цепи роликово-втулочные и зубчатые.

Обычно u , межосевое расстояние a 8 м, мощность до 150 кВт, скорость цепи до 25 м/с, КПД--𝜂 .

В.9 Конические передачи.

Бывают с прямыми и круговыми зубьями. Угол передачи – 90 , u = 2…4 для прямозубых и до 6,3—для косозубых. Главные недостатки конических передач—возникновение осевых сил и консольное опирание шестерни, из-за чего передачи имеют повышенный уровень вибрации и шума.

 

В.10. Винтовые передачи.

Представляют собой пару винт-гайка. Дают большой выигрыш в силе, работают плавно и бесшумно.

Недостатки: большое трение в резьбе, вызывающее повышенный износ деталей и сравнительно низкий КПД (0,7…0,9)

Винты—стальные (45; 50; 40Х), грузовые (в домкратах и прессах) и ходовые (в станках). Резьба—трапецеидальная                 , упорная     , реже—прямоугольная, круглая и треугольная.

Гайки—изготавливают цельными и составными из антифрикционных бронз и чугунов.

 

В.1.Червячные передачи.

Основаны на принципе винтовой пары, где ведущее звено—червяк, короткий винт с трапецеидальной резьбой, ведомое—червячное колесо с зубьями дугообразной формы.

Передачи работают плавно и бесшумно, имеют большое передаточное число (обычно u = 8…80), компактны, обладают самоторможением.

Недостатки: повышенный износ деталей и их нагрев, сравнительно низкий КПД (0,7…0,92)

Обычно применяют в быстроходных ступенях приводов мощностью до 50 кВт.

Червяки обычно цилиндрические архимедовы одно..четырехзаходные (z = 1…4). Сечение зубьев—трапецеидальное. Материал—стали 40, 45, 50, 40Х, 40ХН (с улучшением), а так же 15Х, 20Х (с цементизацией).

Червячные колеса выполняют с венцом из антифрикционных бронз, реже—чугунными. Из-за перпендикулярного расположения осей передача создает большие осевые нагрузки:

F_a1 = F_t2 = ; F_a2 = F_t1 =

 

Валы, оси, опоры.

В.1. Валы и оси.

Валы передают вращающий момент, работая на кручение с изгибом.

Оси— момент не передают и работают только на изгиб.

Опорные участки осей и валов называют цапфами.

Концевые цапфы называют шипами, промежуточные—шейками, торцевые, передающие осевую нагрузку—тятами.

По конструкции валы бывают:

1. С прямой осью (гладкие и ступенчатые)

2. Коленчатые (в DBC)

3. Гибкие (проволочные)

4. С шарнирами (карданные)

Соединяют валы с деталями передач при помощи шпонок и шлицов.

Материал: стали Ст5, Ст6 (без термообработки); 45,40Х (с улучшением); 20, 20Х (с цементизацией)

Ориентировочно диаметр валов определяют по формуле d .

В.2 Опоры (подшипники) скольжения.

1. Разъемные— наиболее распространены ввиду удобства монтажа и ремонта. Они состоят из литого разъемного корпуса, антифрикционных вкладышей (баббит, бронза) и смазочных устройств.

2.Неразъемные (глухие)— применяют при малых скоростях вращения вала.

3. Самоустанавливающиеся—имеют поворотную обойму и могут работать с небольшим перекосом.

4. Подпятники—применяют при осевой нагрузке.

Опоры просты по устройству, компактны, бесшумны, надежно работают при высоких скоростях вращения вала и динамических нагрузках.

Недостатки:

а) высокий пусковой момент (из-за контактного трения при пуске);

б) необходимость постоянного контроля;

в) высокий расход смазки.

КПД одной пары подшипников 𝜂=0,95…0,99.

 

В.3. Опоры (подшипники) качения.

Выпускают шариковые и роликовые. Основные стандартные размеры: d и D—внутренний и наружный диаметры; B—ширина колец.

Опоры имеют малые потери на трение (при пуске и в рабочем режиме), хорошую взаимозаменяемость, малый расход смазки, не требуют постоянного контроля.

Недостатки:

а) пониженная долговечность при динамических нагрузках;

б) ограниченная быстроходность;

в) сравнительно большие радиальные размеры;

г) шум при работе.

Основные типы:

1. Радиальные (воспринимают ограниченную осевую нагрузку)

2. Радиально-упорные.

3. Самоустанавливающиеся (радиально-сферические, двухрядные—способны работать с перекосом до 3 )

4. Упорные (для осевых нагрузок)

Роликовые подшипники различают также по типу роликов: короткие цилиндрические, сферические, конические, игольчатые, витые.

Материалы:

а) тела качения и кольца—из высокопрочных хромистых сталей (ШХ15 и др.) с термообработкой, шлифованием и полированием;

б) сепараторы—штампуют из мягкой листовой стали, а так же изготавливают из бронз, латуней и пластмасс (для высоких скоростей вращения).

Маркировка подшипников—отражает их характеристики, и содержит от трех до восьми цифр, читаемых справа налево:

1 и 2—внутренний диаметр умножаем на 5 (например, 0,9  

3—серия диаметров (легкая 2, средняя 3, тяжелая 4—определяют величину радиальной нагрузки)—по каталогу

4—тип подшипника (шариковый радиальный-0, радиально-сферический-1, роликовый радиальный-2 и др.).

5 и 6—отклонение от основного типа

7—серия по ширине

8 (через тире)—класс точности (2—сверхвысокий, 4,5,6,0—в порядке понижения точности).

Например: 4—2208— роликовый радиальный подшипник легкой серии,  40 мм, 4 класс точности).

 

Работоспособность подшипника оценивают его базовой долговечностью:

 (час), где n (об/мин)—частота вращения, Cr—динамическая грузоподъемность (кН), т.е. радиальная нагрузка, которую подшипник может воспринимать при базовой долговечности, составляющей 1 млн. оборотов (приводится в каталогах для каждого типа подшипника).

R_э –эквивалентная динамическая нагрузка (кН)—определяется по …..формулам в зависимости от типа подшипника и характера его работы.

P = 3—для шариковых и p = 3,33—для роликовых подшипников.

КПД одной пары подшипников 𝜂 = 0,99…0,995.

Тема 5.5 Муфты.

Служат для соединения валов и передачи вращающего момента с ведущего на ведомый шкив.

Виды муфт:

1. Нерасцепляемые.

а) жесткие (глухие)— служат для соосного соединения валов: втулочные, фланцевые, продольносвертные.

б) компенсирующие—способны компенсировать незначительные смещения валов: зубчатые, цепные, крестовые.

в) упругие—смягчают толчки, вибрацию, удары: втулочно-пальцевые, с радиальными и со змеевидной пружиной.

2. Сцепные—служат для соединения и разъединения валов при работающем двигателе: кулачковые, зубчатые, фрикционные (дисковые, многодисковые, конусные)

3. Самоуправляемые—для автомвтического сцепления и расцепления валов при нарушении заданного режима работы: обгонные, центробежные и предохранительные.

V Детали машин

Тема 5.1. Основные понятия и определения.

Машины служат для облегчения труда человека и повышения его производительности.

Виды машин:

1. Двигатели—преобразуют какой-либо вид энергии в механическую работу.

2. Преобразователи—превращают механическую работу в какой-либо вид энергии.

3. Транспортные—служат для перемещения тел или масс.

4. Технологические—применяют в процессах обработки материалов.

5. Информационные, контрольно-управляющие и кибернетические

Требования к машинам:

1. Высокая производительность

2. Экономичность

3. Гарантированный срок службы

4. Удобство и безопасность обслуживания.

5.  По возможности небольшие габариты и масса

6. Транспортабельность

7. Соответствие требованиям технической эстетики и государственным стандартам

С 1971 г. действует ЕСКД, состоящая из серии государственных стандартов, что позволило упорядочить конструкторскую документацию и сократить количество типов применяемых деталей (унификация).

Машины состоят из одного или нескольких механизмов —т.е. систем тел, преобразующих движение одних тел, в требуемое движение других.

Обычно механизм содержит: неподвижное звено (стойка, станина), ведущие и ведомые звенья. Различают передаточные механизмы—приводы и исполнительные. Детали механизмов жестко скрепленные между собой и образующие твердые тела называются звеньями. Подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев называют кинематической парой.

 

Тема 5.2. Соединения деталей.

Виды соединений:

1. неразъемные — их невозможно разобрать без повреждения деталей (заклепочные, сварные, клеевые)

2. разъёмные — допускают многократную сборку и разборку (резьбовые, шпоночные, шлицевые)

В.1. Сварные соединения.

Выполняют плавлением и давлением при помощи электродуговой, контактной и газовой сварки.

Расчеты сварных соединений основаны на допущении о равномерном распределении напряжений как по длине, так и по сечению шва.

1. Стыковые соединения—рассчитывают на растяжение или сжатие без учета утолщения  шва.

2. Нахлёсточные соединения—выполняют угловыми швами (лобовыми и фланговыми) и рассчитывают на срез по опасному сечению

F

F

k

k

45°

45°

оп. сечение

 

                          

l л

l ф 50 k

F

F

 

 

, где l _м = l _{л +} 2 l _ф

[  [

 

Пример 1. Проверить прочность стыкового сварного шва, если l _ш = 200 мм, , сварка ручная, материал деталей сталь Ст.3, [  F = 250 кН.

Принимаем [ = 0,8 [  = 0,8  160 = 128 МПа

= прочность сварного шва обеспечена.

Пример №2. Рассчитать длину фланговых швов нахлесточного соединения, если l _л = 80 мм, k = 8 мм, [ =85 МПа, F=120 кН.

 

 

Выразим: l _м  =  = 268 мм,

l _ф =  = принимаем l_ф=100 мм

В.2. Клеевые соединения.

Позволяют соединять детали из разнородных материалов. В промышленности широко применяют универсальные клеи (БФ-2, БФ-4, N88, эпоксидный и др.). Наиболее прочные соединения – нахлёсточные с допускаемым напряжением на срез [  15…30 МПа при толщине клеевой прослойки 0,05…0,15 мм.

В.3. Соединения с натягом

Применяют для посадки на валы подшипников, зубчатых колёс, роторов электродвигателей и т.п., при этом до сборки диаметр вала несколько больше диаметра отверстия.

Наиболее простой способ создания натяга—запрессовка, однако большую прочность имеют соединения, получаемые с предварительным нагревом ступицы насаживаемой детали или с охлаждением вала.

В.4. Резьбовые соединения.

Резьбу выполняют нарезанием или накатыванием на цилиндрические, реже — конические поверхности деталей.

Резьбы бывают: правые и левые, одно… четырёхзаходные, крепежные, крепежно-уплотняющие, а также для передачи движения (в механизмах).

В соединениях обычно применяют однозаходные треугольные резьбы:

а) Метрическую с крупным и мелким шагом (  60°);

б) дюймовую ( °)

в) трубную (мелкая, дюймовая, герметичная)

Все крепежные резьбы самотормозящиеся (т.е.угол подъема резьбы в них значительно меньше угла трения)

Основные параметры резьб:

1. Наружный d, внутренний d_{1 b}и средний d₂ диаметры.

2. Шаг резьбы P_z

3. Угол профиля

4. Угол подъема резьбы

Конструктивные формы соединений:

1. Болт-гайка

2. Соединение винтами в корпус

3. Шпильками (при частой разборке соединений)

                     Стандартные детали:

1. Болты и винты— с шестигранными, полукруглыми, цилиндрическими и потайными головками.

2. Гайки — шестигранные, круглые и барашки

3. Шайбы– точеные (чистые), штампованные и пружинные.

Способы стопорения резьб (при динамических нагрузках):

1. Контргайками

2. Пружинными шайбами

3. Фиксирующими деталями: шплинтами, проволокой, стопорными шайбами

4. Приваркой и расклёпыванием

5. При помощи лаков, красок и клеев