Соединения деталей и узлов машин (стр. 7 из 9)
5. Литьём на деталях из стекла, пластмассы, металлокерамики и др.
6. Выдавливанием на тонкостенных давленных и штампованных изделиях из жести, пластмассы и т.д.
Наибольшее распространение в машино- и приборостроении имеет метрическая резьба по ГОСТ 8724-81 с крупными мелким шагами. Она обозначается буквой М и цифрами, показывающими наружный диаметр резьбы (например, резьба, имеющая d=24 мм, обозначается М24), в обозначении резьбы с мелким шагом, кроме диаметра, в форме сомножителя указывается ее шаг (например, М24?1,5 для резьбы, имеющей d=24 мм и Р=1,5 мм). Области применения других типов резьб ограничены специальными конструкциями.
Крепежные детали и типы соединений. Наибольшее распространение среди резьбовых деталей получили крепежные болты, винты, шпильки, гайки и вставки. С помощью этих деталей образуют большинство разъемных соединении в конструкциях.
Рисунок 19 – Основные типы резьбовых соединений
Болт (в соответстивии с рисунком 19, а) и винт (в соответстивии с рисунком 19, б) – стержень с головкой и одним резьбовым концом. Шпилька (рисунок 19, в) имеет два резьбовых конца. Вставка (в соответстивии с рисунком 19, г). Винт с резьбовой втулкой (в соответстивии с рисунком 19, д).
Выбор типа соединения определяется прочностью материала соединяемых деталей, частотой сборки и разборки соединения в эксплуатации, а также особенностями конструкции и технологии изготовления соединяемых деталей.
Соединения болтом применяют только при наличии доступа к гайке и головке болта для скрепления деталей сравнительно небольшой толщины (например, при наличии специальных поясков или фланцев), а также при многократной разборке и сборке соединений. В последнем случае (особенно при большой толщине соединяемых деталей) предпочтение отдается также соединениям винтом или шпилькой.
Соединения винтом и шпилькой применяют для скрепления деталей при наличии доступа монтажного инструмента лишь с одной стороны (к гайке). Область применения соединений винтом в силовых конструкциях ограничена, предпочтение отдается соединениям шпилькой. Шпильки фиксируют (стопорят) в корпусной детали (посадкой на резьбе с натягом, завинчиванием на сбег резьбы, с помощью клея и т. д.) для предотвращения вывинчивания их при отвинчивании гаек.
Вставки применяют в основном для повышения износостойкости резьбы в корпусах из материалов с невысокой прочностью, а также для повышения прочности соединений.
Резьбовые втулки используют преимущественно в корпусах из композиционных материалов.
Для предотвращения повреждения поверхностей соединяемых деталей при завинчивании гаек под них подкладывают шайбы.
Конструктивным разнообразием отличаются стержни болтов (винтов). Наряду с обычной (в соответстивии с рисунком 20), наиболее распространенной формой болта (а) применяют другие конструкции. Болт (б) в отличие от предыдущего имеет диаметр стержня несколько больше наружного диаметра резьбы. Такие болты устанавливают в отверстия корпусов без зазора. В ряде ответственных соединений для увеличения податливости при меняют полые болты (в). Болты на (г и д) имеют центрирующие пояски под головками, а поясок посередине (д) предназначен для гашения вибраций стержня.
Рисунок 20 – Конструктивные формы стержней болтов
Формы головок болтов (в соответстивии с рисунком 21) и гаек также разнообразны, выбор их для практического использования определяется преимущественно условиями работы соединений, технологией изготовления крепежных деталей и их сборкой.
Рисунок 21 – Конструктивные формы головок болтов (винтов)
Для фиксирования деталей на валах, осях и др. применяют установочные винты с резьбой по всей длине стержня и упорным наконечником.
Основные материалы болтов (винтов), шпилек и гаек и их механические характеристики нормированы ГОСТ 1759-82.
Для болтов, винтов и шпилек из углеродистых и легированных сталей установлены 12 классов прочности, а для гаек - семь и соответствующие им рекомендуемые марки сталей.
Выбор материала определяется условиями работы. И технологией изготовления. Стержни болтов в массовом производстве изготовляют из пластичных сталей 10, 15, 15Х, 16ХСН и др. на автоматах методом холодной высадки, резьбу на болтах накатывают.
Для защиты крепежных деталей из углеродистых сталей от коррозии на них наносят окисные пленки или гальванические покрытия (цинковое, кадмиевое, фосфатное, медное и др.). Толщина покрытий выбирается в зависимости от шага резьбы и имеет следующие значения: 3-6 мкм для шага до 0,4 мм, 6-9 мкм – для шага 0,4-0,8 мм и 9-12 мкм для шага свыше 0,8 мм.
Расчет резьбовых соединений. Расчет резьбового соединения включает в себя обычно две связанные между собой задачи: оценку прочности соединения и оценку плотности стыка.
Прочность соединения определяется, как правило, прочностью болта (шпильки), и для ее оценки необходимо знать напряжения в сечении с наименьшей площадью.
В случае, когда внешняя нагрузка на болт изменяется циклически от 0 до F , амплитуда переменных напряжений в сечении по внутреннему диаметру резьбы
и среднее напряжение
Практика и экспериментальные исследования показали, что прочность затянутых резьбовых соединений при переменной нагрузке определяется ее амплитудой
; чем меньше , тем больше долговечность и ресурс работы соединений. Поэтому одна из важнейших задач конструктора резьбового соединения - добиться снижения внешней нагрузки на болт (шпильку).Правило конструирования резьбового соединения: жесткие фланцы податливые болты.
Плотность стыка определяется остаточной силой в стыке. Внешняя нагрузка F уменьшает силу на стыке деталей до значения
Если сила на стыке станет равной нулю, то стык раскроется и вся внешняя нагрузка будет восприниматься болтом, что опасно для его прочности.
Для предотвращения раскрытия стыка должно соблюдаться условие Fс>0; тогда минимальная сила затяжки
Обычно назначают
где ν - запас по плотности стыка равен 1,25-2 для постоянных нагрузок; 2,5-4 для переменных нагрузок.
Для герметизации стыков применяют плоские прокладки из резины, картона, алюминия, меди и других мягких материалов, упругие кольца, герметики и т. д. Герметичность стыков и соединений проверяют течеискателями и другими способами.
Таким образом, сила предварительной затяжки определяется внешней нагрузкой.
Допустимое напряжение затяжки σ0=F0/A1≤0,8σT где σT - предел текучести материала болта. Обычно назначают σ0 = (0,4?0,7) σT.
Для того чтобы соединения работали в расчетных силовых условиях, необходимо контролировать затяжку соединений.
14. Соединения с натягом
Соединение деталей машин с натягом - разностью посадочных размеров - осуществляют за счет их предварительной деформации. С помощью натяга соединяют обычно детали с цилиндрическими и реже коническими поверхностями контакта.
Соединение деталей с натягом представляет собой сопряжение, в котором передача нагрузки от одной детали к другой осуществляется за счет сил трения на поверхностях контакта, образующихся благодаря силам упругости. Вследствие этого соединение имеет нежесткую фиксацию деталей в осевом и окружном направлениях.
Рисунок 22 – Соединения с натягом венца червячного колеса с центром (а) и шарикоподшипника с валом (б)
Соединения используют сравнительно часто для посадки на валы и оси зубчатых колес, шкивов, звездочек и др.
Два способа соединения:
1) При сборке механическим способом охватываемую деталь с помощью пресса устанавливают в охватывающую деталь или наоборот. Этот способ используется при сравнительно небольших натягах.
2) Тепловой способ соединения применяется при больших натягах и производится путем нагрева охватывающей детали до температуры 300 °С в масляной ванне или охлаждения в жидком азоте охватываемой детали. Выбор способа зависит от соотношения масс и конфигурации деталей.
В настоящее время получают распространение так называемые термомеханические соединения элементами с памятью формы. Это свойство присуще сплавам, испытывающим обратимое мартенситное превращение, и характеризуется как способность материала, деформированного в мартенситном состоянии, полностью или частично восстанавливать свою форму в процессе последующего нагрева.
Для конструкционных элементов с памятью формы используют никель титановый сплав с температурами мартенситного превращения -80?-150 °С и восстановления формы -140?-60 °С. Сплав практически полностью восстанавливает заданную деформацию и развивает напряжение в условиях противодействия процессу формовосстановления до 200-400 МПа.
Для предупреждения быстрого нагрева деталь устанавливают монтажными клещами, губки которых либо изготовляют из материала с большей теплоемкостью, например, меди, либо имеют хлопчатобумажный вкладыш, впитывающий жидкий азот. Допускается сборка такими клещами в течение 2-3 мин.