Соединения деталей и узлов машин (стр. 5 из 9)

медно-цинковые сплавы - латуни (для большинства металлических деталей, кроме деталей, подвергаемых ударным и вибрационным нагрузкам).

В процессе пайки для защиты поверхностей от загрязнения и окисления и соответственно для улучшения растекания жидкого припоя применяют флюсы.

При низкотемпературной пайке применяют в виде флюса канифоль и ее растворы, вазелин, а также более активные флюсы, содержащие органические кислоты (олеиновую, молочную, лимонную) и др.

Для повышения активности флюса добавляют фтористые и хлористые соли металлов.

Применяют многообразные способы пайки: паяльником с периодическим подогревом или с непрерывным подогревом газом, жидким топливом или электрическим подогревом; газопламенными горелками; электронагревом (преимущественно электросопротивлением); в жидких средах; в печах; специальные.

Наиболее проста пайка паяльником, наиболее производительны пайки в жидких средах и в печах.

Расчет паяных соединений проводят по номинальному напряжению в зависимости от предела прочности. Значения предела прочности на срез при пайке наиболее распространенными оловянно-свинцовыми припоями:

Материал детали	Сталь 20	Сталь Х18Н9Т	Медь М3	Латунь Л62
τср, МПа	28	32	27	22

Предел прочности спая на растяжение (по опытам с серебряными припоями ПСр40 и ПСр45) для большинства сталей на 30-40 % выше τ_ср, а для особо высоколегированных сталей выше до 2 и более раз.

10. Шлицевые соединения

Шлицевые соединения (в соответстивии с рисунком 10) условно можно рассматривать как многошпоночное, у которого шпонки выполнены как одно целое с валом. Шпоночные и зубчатые соединения служат для закрепления деталей на осях и валах. Такими деталями являются шкивы, зубчатые колеса, муфты, маховики, кулачки и т. д.

Рисунок 10 – Детали (а) и шлицевое соединение (б): 1- вал; 2 – втулка (ступица)

Соединения обеспечивают жесткое фиксирование деталей в окружном направлении и допускают их взаимные осевые перемещения (подвижные соединения).

По форме поперечного, сечения различают три типа соединений: прямобочные ГОСТ 1139-80; эвольвентные ГОСТ6033-80; треугольные (изготовляются по отраслевым стандартам).

Соединения с прямобочными зубьями распространены в машиностроении. В зависимости от числа зубьев (z=6?20) и их высоты ГОСТ 1139-80 предусматривает три серии соединений для валов с внешним диаметром от 14 до 125 мм.

Рисунок 11 – Шлицевые соединения с эвольвентными (а) и треугольными (б) зубьями

При переходе от легкой к тяжелой серии при неизменном внутреннем диаметре зубьев увеличиваются их число, внешний диаметр и, как следствие, нагрузочная способность.

Центрирование, т. е. соосное положение соединяемых деталей, осуществляют: по внешнему (в соответстивии с рисунком 11, а) или внутреннему (в соответстивии с рисунком 11, б) диаметру зубьев, а также по боковым поверхностям зубьев.

Для первых двух типов центрирования соединения имеют минимальные зазоры по поверхностям диаметров D и d соответственно и ограниченный зазор по боковым сторонам. По нецентрирующему диаметру предусмотрен значительный зазор. При третьем типе центрирования минимальный зазор устанавливают по боковым сторонам зубьев и значительные зазоры по поверхностям диаметров D и d. Стандартом предусмотрены три формы исполнения зубьев вала и одна для впадин втулки.

Центрирование по внешнему диаметру зубьев технологически наиболее простое и экономичное, так как центрирующие поверхности допускают точную и производительную обработку. Такое центрирование применяют в основном для неподвижных соединений.

Рекомендуемые посадки по ширине b при центрировании по наружному диаметру: F8/f7, F8/f8, F8/j_s7 и др.

Центрирующие поверхности вала шлифуют, обеспечивая наиболее высокую точность центрирования. Такое центрирование используют обычно в подвижных соединениях: Рекомендуют следующие посадки по центрирующему диаметру d: H7/f7, H7/g6, Н7/ j_s7 и др.

Центрирование по боковым сторонам зубьев применяют сравнительно редко, лишь в соединениях, подверженных реверсивным динамическим нагрузкам. Оно не обеспечивает соосности вала и ступицы, хотя имеет высокую нагрузочную способность. Рекомендуемые посадки по ширине b: F8/j_s7, D9/e8. D9/f8 и др.

Соединения с эвольвентными шлицами более технологичны, чем прямобочные шлицевые соединения. Для обработки валов с эвольвентными шлицами требуется меньший комплект более простого инструмента и используется совершенная технология зубообработки.

Соединения имеют более высокую точность и прочность благодаря большей площади контакта, большему числу зубьев и скруглению впадин, снижающему концентрацию напряжений. В cвязи с этим области применения соединений непрерывно расширяются. Их центрирование выполняют обычно по боковым поверхностям зубьев. Рекомендуемые посадки: 7H/7h, 7Н/9r, 7Н/8р - для неподвижных соединений и 9H/9f, 9H/9g, 11H/l0d - для подвижных соединений.

В отличие от зубчатых колес угол профиля (α=30°) увеличен, а высота зуба уменьшена (h=m).

По ГОСТ 603З-80 размерный ряд охватывает эвольвентные шлицевые соединения с модулями m=0,5?10 мм, наружными диаметрами D =4?500 мм и числами зубьев z=6?82.

При использовании прямобочных и эвольвентных соединений для направления осевого перемещения деталей, посаженных на вал (например, зубчатых колес в коробках передач), твердость поверхности зубьев повышают до 54-60 HRC для уменьшения износа.

Соединения с треугольными зубьями применяют преимущественно для неподвижных соединений при тонкостенных втулках, а также в соединениях стальных валов со ступицами из легких сплавов, в приборостроении. Они позволяют координировать положение вала и втулки в пределах малых углов. По рекомендации СЭВ (РС 656-66) угол профиля β=60° при номинальных диаметрах до 60 мм. Кроме таких соединений, в машиностроении по отраслевым стандартам изготовляют соединения с другими углами профиля (72°, 90° и др.) и D=5?75 мм.

В быстроходных передачах авиационные и автомобильные коробки передачи т. п. точность центрирования шлицевых соединений часто недостаточна. Для ее повышения центрирование осуществляют по вспомогательным поверхностям (коническим, цилиндрическим, а иногда отказываются от применения соединений и колеса изготовляют как одно целое с валом.

Рисунок 12 – Центрирования деталей шлицевого соединения по конической и цилиндрической дополнительным поверхностям

Проектирование и расчет соединений. Основные размеры шлицевого соединения задают при конструировании вала. Длину соединения принимают не более 1,5D; при большей длине существенно возрастает неравномерность распределения нагрузки вдоль зубьев и трудоемкость изготовления. Учитывая, что соединения в машинах выходят из строя преимущественно из-за повреждения рабочих поверхностей зубьев и усталостного разрушения шлицевых валов, после проектирования выполняют проверочный расчет зубьев.

Рисунок 13 – Расчётная схема зуба шлицевого соединения

Условие прочности по допускаемым напряжениям смятия имеет вид

где d_m- средний диаметр соединения; z - число зубьев; h и l - соответственно высота и длина поверхности контакта зубьев; ψ - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение нагрузки между зубьями и вдоль зубьев (ψ=0,5?0,7); [σ_см] - допускаемое напряжение смятия на боковых поверхностях.

Для соединения с эвольвентными зубьями принимают: [σ_см] =0,2σ_в для неподвижных соединений с химико-термической обработкой зубьев;

[σ_см] =0,lσ_в - то же для подвижных соединений. Для соединений с зубьями без химико-термической обработки значения [σ_см] снижают вдвое. Высота и длина поверхности контакта: для прямобочных зубьев

; ;

для эвольвентных зубьев h=m; d_m=mz, где m – модуль зубьев.

Шлицевым соединениям присуща высокая концентрация нагрузки, обусловленная погрешностями изготовления, смещениями осей деталей под нагрузкой, закручиванием деталей. Лишь в идеально точном соединении при действии вращающего момента Т нагрузка между зубьями распределена равномерно

; где I – номер зуба.

При совместном действии момента и радиальной силы F, нагрузка между зубьями будет распределяться неравномерно

и

В реальных соединениях имеются погрешности в угловом шаге зубьев вала и втулки, а также радиальные зазоры, которые приводят к существенно неравномерному распределению нагрузки в окружном направлении и циклическому взаимному смещению деталей в осевом направлении, изнашиванию зубьев и развитию контактной коррозии.

В приближенном расчете концентрацию нагрузки учитывают общим коэффициентом ψ. Для улучшения распределения нагрузки и повышения долговечности соединений повышают точность изготовления, совершенствуют формы деталей и выполняют ряд других мероприятий.