6. Соединения

Соединения деталей в машинах делятся на две основные группы: разъемные и неразъемные.

Разъемные соединения (резьбовые, шпоночные, шлицевые и др.) допускают многократную сборку и разборку без разрушения соединительных деталей.

Неразъемные соединения (заклепочные, сварные, клеевые и др.) могут быть разобраны лишь путем разрушения соединяющих деталей (заклепок, сварного шва и др.).

6.1. Разъемные соединения

6.1.1. К резьбовым относятся соединения, выполненные с помощью винтов, болтов, гаек, шпилек. Основным скрепляющим элементом служит резьба. Резьбы бывают различны по назначению и по профилю: метрическая, дюймовая, трубная; крепежная и уплотнительная и т.д.

Наиболее распространенными крепежными деталями являются болт и гайка. Болтовые соединения не требуют нарезания резьбы в соединяемых деталях. Болты могут входить в отверстия с зазором, либо плотно, без зазора.

Для соединения деталей винтами одно из отверстий в соединяемых деталях делается гладким, сквозным, а другое – резьбовым.

Шпильки применяются в тех случаях, когда поставить болт или винт невозможно по конструктивным условиям или по эксплуатационным соображениям нецелесообразно.

Шпильки и болты применяются в тех случаях, когда в процессе эксплуатации соединяемые детали приходится многократно разбирать и вновь собирать. Винты в этих случаях мало пригодны, т.к. резьба в отверстии детали при многократном завинчивании повреждается.

Под гайку или головку болта или винта для увеличения опорной поверхности при необходимости подкладывают шайбу.

Болты и винты изготавливают с различными головками [1, с.272-273] (шестигранные, сферические, со стопорными элементами, цилиндрические, потайные и т.д.)

Болтовые соединения применяются главным образом в сборочных узлах, когда это вызвано требованиями перевозки (ограничения габаритов), монтажа.

Предельная толщина соединяемых элементов не должна превышать 5 d ( где d - диаметр стержня болта). При общей толщине соединяемых элементов более 5d в ответственных соединениях, работающих на срез, следует применять болты повышенной точности. В соединениях, работающих на сдвиг, при больших усилиях применяют высокопрочные болты.

В рабочих элементах конструкций число болтов, расположенных по одну сторону стыка должно быть не менее двух.

При осевом воздействии усилий на болтовое соединение распределение усилий между болтами принимается равномерным и требуемое число их рассчитывается по формуле

n = N / N₀ ,

где N - осевое продольное усилие, действующее на элемент конструкции;

N₀ – допускаемое осевое усилие на чистый болт, определяемое из условий смятия или среза.

Из расчета на смятие:

 N₀ = d   R_см или  N₀ = d    _см  ,

где d – наружный диаметр болта;

  - наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении;

R_см и  _см  - расчетное сопротивление и допускаемое напряжение смятия, принимаемые равными 1,8 R и 1,8  - для болтовых соединений.

Из расчета на срез :

или

где n_c - число плоскостей среза;

R_ср и  - расчетное сопротивление и допускаемое напряжение среза, принимаемое равным 0,85R или 0,85  для чистых болтов.

В стыках изгибаемых элементов, например, в стенках балок, болты работают неравномерно, так как силы распределяются прямо пропорционально расстоянию от нейтральной оси. При этом наиболее нагружены крайние болты, усилия в которых принимаются равными допускаемому усилию N₀ . Число вертикальных рядов болтов n_в принимается из условия равенства внешнего момента М_С , приходящегося на стенку балки, сумме моментов сил, воспринимаемых всеми болтами полустыка относительно центра О

Рис. 6.1. Схема распределения нагрузок в болтовых соединениях, работающих на изгиб

6.1.2. Шпоночные соединения. Служат для передачи вращающего момента от вала к установленным на нем деталям (зубчатым колесам, маховикам, муфтам). Шпонки можно подразделить на три основных вида: призматические, сегментные и клиновые. Размеры шпонок и допуски на них стандартизованы.

Призматические шпонки служат для неподвижных соединений ступиц с валами. Размеры пазов под шпонки и поперечные сечения шпонок принимают в зависимости от диаметра вала.

Длину шпонки уточняют после выполнения расчета на смятие и на срез.

Сегментные шпонки устанавливают преимущественно на концевых участках валов цилиндрической или конической формы. Размеры их выбирают по таблицам стандарта, также в зависимости от диаметра вала. Сегментные шпонки удобны при сборке, но глубокий шпоночный паз значительно ослабляет вал.

Клиновые шпонки изготавливают с уклоном 1:100. Такую шпонку запрессовывают ударами молотка между валом и соединяемой с ним деталью. При этом образуется напряженное состояние соединения, в отличие от предыдущих двух. Применяется редко, т.к. может вызвать смешение ступицы относительно ости вала и вызвать нежелательный дисбаланс.

6.1.3. Шлицевые соединения можно представить как многошпоночные, у которых шпонки выполнены как одно целое с валом. По сравнению со шпоночными эти соединения могут передавать большие крутящие моменты, обеспечивают лучшее центрирование соединяемых деталей. Широко распространены в автомобильной, тракторной, станкостроительной отраслях. В зависимости от профиля шлицев различают три типа соединений: прямобочные, эвольвентные и треугольные. Первые два типа стандартизованы и применяют их в подвижных и неподвижных соединениях. Соединения с треугольными шлицами применяют главным образом как неподвижные в установках с незначительными нагрузками.