Основы проектирования и конструирования (стр. 11 из 53)
Резьбы характеризуются следующими геометрическими параметрами:
d - наружный диаметр резьбы;
d1 - внутренний диаметр резьбы;
d2 - средний диаметр резьбы (там, где ширина выступа равна ширине впадины);
h - рабочая высота профиля, по которой соприкасаются витки болта и гайки;
s - шаг резьбы.
Основные типы крепежный резьбовых деталей: болты (с гайкой), винты, шпильки. Основным преимуществом болтового соединения является отсутствие необходимости нарезания резьбы в соединяемых деталях.
В конструкциях машин необходимо предохранять гайки от самоотворачивания, вследствие вибрации и т.д. Это делают следующими способами: с помощью контргайки, пружинной шайбы; применением натяга в резьбе; жестким соединением гайки с болтом посредством шплинта или проволоки; шайбой, отогнутой на грань гайки или прихваткой сваркой.
Болты, винты, шпильки, гайки, шайбы стандартизованы. Условия прочности резьбы:
по напряжениям смятия
,где z - число витков резьбы в гайке (
);Р - сила, действующая на резьбу (растягивающая болт);
по напряжениям среза
- для болта; 
- для гайки.Для треугольной резьбы К = 0,8; для прямоугольной - К = 0,5. Тело болта считают на растяжение
. Иногда болт стоит в отверстии детали без зазора (призонный болт). Тогда он проверяется на срез 
,где i - число плоскостей среза.
Определение необходимой силы затяга болтов Р зависит от условий работы соединения, в котором установлены болты (zв, фланцевое соединение корпуса и крышки аппарата).
1.3.8.2. Заклепочные соединения
Некогда широко распространенный вид неразъемного соединения сегодня почти полностью вытеснен сваркой. Применяется в медной аппаратуре, судостроении, мостостроении, в рамах автотранспорта.
Заклепочные соединения подразделяются на прочные (в металлоконструкциях), прочноплотные (в резервуарах высокого давления), плотные (в резервуарах с небольшим давлением). Заклепки считают на срез.
1.3.8.3. Сварные соединения
Сегодня это самый распространенный вид неразъемного соединения. Существуют десятки разновидностей сварки. Более подробно о них будет идти речь в курсе основ технологии. Здесь ограничимся упоминанием о некоторых наиболее важных видах сварки.
Электродуговая сварка основана на использовании тепла электрической дуги для расплавления металла соединяемых деталей. Чтобы при этом предохранить металл в ванне от окисления, применяют специальную обмазку электродов, либо ведут сварку под слоем флюса, либо в среде защитных газов.
При электрошлаковой сварке источником нагрева служит тепло, выделяющееся при прохождении тока через шлаковую ванну от электрода к изделию. Эта сварка предназначена для соединения деталей большой толщины.
Контактная сварка основана на использовании повышенного омического сопротивления в стыке деталей. По методу осуществления может быть точечной, роликовой.
В последнее время распространяется плазменная сварка. Для соединения миниатюрных ответственных элементов используют лазерную сварку, а также сварку электронным лучом в вакууме.
При расчете сварных конструкций используют зависимости, изученные в сопромате, но вводятся коэффициенты ослабления сварного шва, величина которых зависит от способа осуществления сварки.
1.3.8.4. Соединения пайкой и склеиванием
Пайка - метод неразъемного соединения деталей, при котором плавится только припой, а металл соединяемых деталей остается твердым. Пайка широко применяется в медной аппаратуре, в радиоаппаратуре. Применяют твердые и мягкие припои.
Склеивание применяется в машиностроении, в авиации (стабилизатор). Конструктивно паянные и клееные соединения выполняются примерно одинаково - внахлестку.
1.3.8.5. Клеммовые соединения
Клеммовые соединения применяют для закрепления деталей на валах и осях, цилиндрических колоннах, кронштейнах и т.д.
По конструкции различают два типа клеммовых соединений: со ступицей, имеющей прорезь и с разъемной ступицей. При соединении деталей с помощью клемм используют силы трения, которые возникают от затяжек болтов.
1.3.8.6. Шпоночные, зубчатые (шлицевые) и профильные соединения
Шпонки служат для закрепления деталей на валах с передачей крутящего момента. Клиновые шпонки посажены с зазором по боковым граням и передает Мкр за счет сил трения вследствие запрессовки шпонки.
Призматические шпонки посажены плотно по боковым граням и работают на срез и смятие. Сегментная шпонка является разновидностью призматической и работает так же.
Если нужно передать большой крутящий момент и при этом не отжимать вал в сторону от центральной оси соединения, применяют шлицевое соединение. Разумеется, нагрузка не распределяется равномерно по всем шлицам. Поэтому на смятие (основной расчет) соединение считают по формуле:
,где К » 0,7 ¸ 0,8 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения усилий между зубьями;
z - число зубьев;
h - высота поверхности контакта зубьев;
l - рабочая длина зубьев;
rср - средний радиус поверхности контакта;
Т - момент.
В отличие от шпонок шлицы могут иметь не только прямоугольный профиль, но также эвольвентный или треугольный.
Профильное (бесшпоночное) соединение.
Профильным соединением называется такое, у которого втулка сажается не на круглую поверхность вала. Такие соединения рассчитывают приближенно по напряжениям смятия, возникающим на рабочих гранях.
1.3.8.7. Соединения деталей посредством посадок с гарантированным натягом (прессовые соединения)
Натягом d называют отрицательную разность диаметров отверстия и вала. После сборки вследствие упругих и пластических деформаций диаметр посадочных поверхностей отверстия и вала становится одинаковым. При этом на поверхностях посадки возникает удельное давление Р и соответствующие им силы трения.
Нагрузочная способность прессового соединения, прежде всего, зависит от величины натяга. Эта величина регламентируется стандартом допусков и посадок. Более подробно о нем будет речь в Основах технологии. Сборку соединения с натягом выполняют прессованием, нагревом втулки или охлаждением вала. Условия прочности соединения при нагружении осевой силой S:
,где р - давление на поверхности контакта;
d, l - соответственно диаметр и длина шейки вала, на которую насажена втулка;
f - коэффициент трения скольжения.
Условия прочности при нагружении крутящим моментом:
.При этом Р нужно находить из уравнения совместности деформаций
,где dр - расчетный натяг;
; 
,где Е1, Е2 - модули упругости материалов вала и втулки;
m1, m2 - коэффициенты Пуассона материалов вала и втулки.
Разновидность соединения - соединение посадкой на конус с затяжкой гайкой.
1.3.9. Механические передачи
Механической передачей называют механизм, который преобразует параметры движения двигателя при передаче рабочим органам машины.
Основные характеристики передач:
мощность N1 на входе и N2 на выходе;
быстроходность (частота вращения);
коэффициент полезного действия;
передаточное отношение.
1.3.9.1. Ременные передачи
Передача состоит из двух шкивов и ремня. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнем.
Преимущества: передача движения на довольно значительное расстояние, плавность и бесшумность работы, предохранение механизмов от резких колебаний нагрузки вследствие упругости ремня, от перегрузки вследствие его проскальзывания, простота конструкции и обслуживания.
Недостатки: довольно крупные габариты, проскальзывание ремня.
Основные критерии работоспособности: тяговая способность, определяемая силой трения между ремнем и шкивом; долговечность ремня.
Расчет ременной передачи заключается в определении размеров шкивов, обеспечивающих заданное передаточное отношение, размеров ремня, сил и напряжений в ведущей и ведомой ветвях ремня.
При расчете КПД принимают для плоскоременных передач h = 0,97, для клиноременных - h = 0,96.
В передачах применяют следующие типы плоских ремней: кожаные (дорогие), прорезиненные, хлопчатобумажные (менее долговечные), шерстяные (лучше переносят резкие колебания нагрузки), пленочные из пластмасс (прочные, быстроходные).
1.3.9.2. Фрикционные передачи
Работа фрикционной передачи основана на использовании сил трения, которые возникают в месте контакта двух тел вращения под действием сжимающих сил Q.