Лекции по "Деталям машин"

- по конструктивным признакам: гладкие валы и оси ( рис. 2.2); ступенчатые валы и оси ( рис. 2.1); валы-шестерни

( рис. 1.29; 1.31, б);  валы-червяки (   рис. 1.44, поз. 1).

       - по типу сечения валы и оси бывают: сплошные ( рис. 2.2, а); полые ( рис. 2.2,6); комбинированные (рис. 2.3, г).

                              рис. 2.1                                                                                                                         рис. 2.2

 

                                                  рис. 2.3                                                             рис. 2.4                                            рис. 2.5

 

 

 

  · Участки 1 осей и валов (рис. 2.4; 2.1),которыми они опираются на подшипники при восприятии осевых нагрузок, называют пятами. Опорами для пят служат подпятники 2. Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими, коническими или шаровыми. Широкое распространение в машиностроении получили цилиндрические цапфы ( рис.2.5, а); конические ( рис. 2.5, б) и шаровые ( рис 2.5, в) цапфы применяют редко.

   · Переходные участки (галтели) между ступенями валов и осей выполняют для снижения концентрации напряжений и увеличения долговечности. Конструктивные разновидности переходных участков между ступенями валов и осей: канавка со скруглением для выхода шлифовального круга (рис. 2.6, а); галтель постоянного, радиуса (рис. 2.6, б); галтель переменногорадиуса (рис. 2.6, в).Торцы валов и осей делают с фасками, т. е. слегка обтачивают их на конце ( рис. 2.6, а, г). Посадочные поверхности валов и осей обрабатывают на токарных и шлифовальных станках

                                                                                             рис. 2.6

   · Материалы валов и осей. В качестве материала для осей и валов чаще всего применяют углеродистые и легированные стали (прокат, поковка и реже стальные отливки), а также высокопрочный модифицированный чугун и сплавы цветных металлов (в приборостроении). Без термической обработки   применяют   Стали   35  и   40,   Ст5,   Ст6,   40Х, 40ХНЗОХНЗА, с термической обработкой - Стали 45, 50 и др. Для неответственных малонагруженных конструкций валов и осей применяют углеродистые стали без термической обработки. Ответственные тяжело нагруженные валы изготовляют из легированной Стали 40ХНМА, 25ХГТ и др.В автомобильной и тракторной промышленности коленчатые валы двигателей изготавливают из модифицированного или высококачественного чугуна.

 

 

 

 

 

                   § 11.СОЕДИНЕНИЯ, ОБСЛУЖИВАЮЩИЕ ПЕРЕДАЧИ

ШПОНОЧНЫЕ И ШЛИЦЕВЫЕ (ЗУБЧАТЫЕ) СОЕДИНЕНИЯ.

   · Шпоночные и шлицевые соединения служат для закрепления на валу (или оси) вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, муфт и т. п.), а также для передачи вращающего момента от вала 1 к ступице детали 2 или, наоборот, от ступицы к валу (рис. 2.7 и 2.8).

   · По конструкции шпонки подразделяют на:

- призматические со скругленными (рис. 2.9, а, в) и плоскими торцами (рис. 2.9, б, г); эти шпонки не имеют уклона и их закладывают в паз, выполненный на валу (рис. 2.9, в, г — шпонки имеют отверстия для их закрепления);

- сегментные (рис. 2.9,д); представляют собой сегментную пластину, заложенную закругленной стороной в паз соответствующей формы, профрезерованный на валу (рис. 2.10); эти шпонки часто применяют для конических концов валов;

- клиновые без головки (рис. 2.9, е, ж) и с головкой (рис. 2.9, з); эти шпонки имеют уклон 1:100 и вводятся в пазы с усилием (обычно ударами молотка). Условия работы этих шпонок одинаковы. Головка предназначена для выбивания шпонки из паза;

  - специальные шпонки.

Шпонки призматические, сегментные, клиновые стандартизованы. Для изготовления шпонок применяют углеродистые Стали 45; 50; 60; Ст6; для изготовления специальных шпонок применяют легированные стали.

Все основные виды шпоночных соединений можно разделить   на   две   группы:   ненапряженные   и   напряженные.

             Рис.2.7     рис.2.8     рис.2.9

  · К ненапряженным относят соединения с призматическими (рис. 2.11, а), сегментными (рис. 2.11, 6) и круглыми (рис. 2.11, в) шпонками. Шпоночные пазы на всех валах выполняют дисковыми (рис. 2.12, а) или торцовыми (рис. 2.12,6) фрезами. В ступицах деталей шпоночные пазы можно получить как на фрезерных, так и на долбежных станках. Размеры пазов определяют расчетным путем с учетом требований стандарта. Для сегментных шпонок пазы выполняют, как показано на рис. 2.10 и 2.11, б; для клиновых - паз на втулке обрабатывают с уклоном, равным углу наклона шпонки (рис. 2.11, г); для цилиндрических - получают сверлением (рис. 2.11, в).

                      

 

 

 

                   рис.2.10           рис.2.11     рис.2.12

 

 

   · К напряженным относят соединения, в которых применяют клиновые шпонки. В напряженных соединениях клином, вводимым между залом и ступицей, создаются значительные нормальные силы. Эти силы обеспечивают достаточное трение для передачи вращающего момента. К клиновым шпонкам относят врезные, тангенциальные шпонки и шпонки на лыске. Величина момента, передаваемого соединением, образованным с помощью клиновой шпонки, зависит от сил трения, развиваемых на рабочих поверхностях. При забивании шпонки в паз возникает напряженность соединения. Клиновые шпонки называют врезными, если шпоночные пазы выполнены на валу и во втулке.

Тангенциальные шпонки (рис.2.13) представляют собой призматический брусок, составленный из двух односкосных клиньев, устанавливаемых в паз вала таким образом, что одна из граней клина оказывается касательной к цилиндрической поверхности вала. Внешние грани двух клиньев, образующих  тангенциальную  шпонку,  параллельны.  Тангенциальные шпонки устанавливают под углом 120°, при этом между валом и ступицей детали создастся натяг. Такие шпонки обеспечивают передачу вращающего момента при реверсировании. Тангенциальные шпонки применяют и при больших динамических нагрузках. По сравнению с врезными тангенциальные шпонки могут передавать больший вращающий момент.

Клиновые шпонки. Для создания фрикционной связи между валом и ступицей используют клиновые шпонки, показанные на рис. 2.9, е - з (паз выполняют только во втулке). С нижней стороны шпонку (рис. 2.14, а) обрабатывают в виде вогнутой цилиндрической поверхности с радиусом, равным радиусу вала. Во втулке выполняют уклон. Вращающий момент передается за счет сил трения. Клиновые фрикционные шпонки применяют для передачи незначительного вращающего момента, а также в тех случаях, когда необходимы частые перестановки деталей на валу в осевом направлении.

    Шпонки на лыске (рис. 2.14, б) устанавливают в пазу втулки с уклоном 1 :100. На валу фрезеруют плоскость (вал с лыской). Такая обработка ослабляет вал значительно меньше, чем прямобочные пазы, однако эта шпонка может передать меньший момент, чем врезная.

 

 

 

                                          рис. 2.13                                                                                                    рис. 2.14

 

 

 

    · Зубчатые соединения. В зависимости от профиля зубьев различают три основных типа соединений: с прямобочными  (рис. 2.15, поз.1,4,5,), с эвольвентными (рис. 2.15, поз.2)  и треугольными (рис. 2.15, поз.3) зубьями.

Зубья на валу фрезеруют, а в ступице - протягивают на специальных станках. Число зубьев для прямобочных и эвольвентных соединений 4…20; для треугольных - до 70.

Наибольшее распространение в  машиностроении имеют прямобочные зубчатые соединения.  Стандартом  предусмотрены  три  серии  прямобочных зубчатых соединений - легкая, средняя и тяжелая, отличающиеся одна от другой высотой и числом зубьев (чаще применяют соединения с шесть десятью зубьями).   Прямобочные   шлицевые соединения различают также по способу центрования: по наружному диаметру D (наиболее точный способ центрования); по внутреннему диаметру d (при закаленной ступице); по боковым граням (при реверсивной работе соединения и отсутствии жестких требований к точности центрирования).

Соединения с эвольвентным профилем зубьев тоже стандартизованы и используются так-же, как и прямобочные, в подвижных соединениях.

Соединения с треугольным профилем зубьев не стандартизованы, их применяют главным образом как неподвижные соединения.

Зубчатые соединения изготовляют  из сталей с временным сопротивление s_в> 500 МПа.

    · Достоинство и недостатки шпоночных и зубчатых соединений. Главное достоинство шпоночных соединений - простота и надежность конструкции, сравнительно низкая стоимость. . К недостаткам шпоночных соединений следует отнести ослабление прочности вала и ступицы детали сравнительно глубокими шпоночными пазами (из-за этого приходится увеличивать толщину ступицы и диаметр вала), трудность обеспечения их взаимозаменяемости (необходимость ручной подгонки шпонок), что ограничивает их применение в крупносерийном и массовом производстве.

По сравнению со шпоночными зубчатые соединения обладают рядом преимуществ: имеют большую нагрузочную способность благодаря большей рабочей поверхности контакта; лучше центруют сопрягаемые детали; обеспечивают более высокую усталостную прочность вала.Зубчатые соединения широко применяют в станкостроении, авиастроении, автотранспортной промышленности и т. д.

 

 

рис.2.15

 

 

 

ШТИФТОВЫЕ И ПРОФИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

   · Штифтовые соединения служат для соединения осей и валов с установленными на них деталями при передаче небольших моментов. По назначению их разделяют на силовые и установочные. На рис. 2.16 показана установка цилиндрического штифта. В качестве силовых используют конические и фасонные штифты.При больших нагрузках ставят два или три штифта (под углом 90 или 120°). При передаче знакопеременной нагрузки эти штифты следует устанавливать так, чтобы исключить их выпадение. Материал штифтов - Сталь Ст5, Ст6, 40, 35Х и др. Штифты рассчитывают на срез и смятие.

   · Профильные соединения относятся к бесшпоночным соединениям. Соединяемые детали скрепляются между собой

посредством взаимного контакта по некруглой поверхности. Простейшим профильным соединением является соединение с валом или с осью, как показано на рис. 2.17.

Профильные соединения надежны, но трудновыполнимы, поэтому применение их ограничено. Расчет на прочность  профильных соединений сводится в основном к проверке их рабочих поверхностей на смятие.

 

 

                                    рис. 2.16                                                                                        рис. 2.17

 

СОЕДИНЕНИЯ С ГАРАНТИРОВАННЫМ НАТЯГОМ

 

   · Соединение деталей может осуществляться за счет посадки одной детали на другую. В посадках (рис. 2.18, а) обеспечивается зазор в соединении. В этом случае детали легко перемещаются относительно друг друга. В посадках с натягом ( рис. 2.18, б) в соединении обеспечивается натяг. Такие посадки (на рис. 2.19 - показаны поля допусков посадок р, r, s...) могут обеспечивать передачу вращающего момента  без применения шпонок, клиньев, болтов и т. п.

Натягом называют положительную разность размера вала

d_в и отверстия d_о до сборки:

N = d_в - d₀ > 0. 

   Соединение деталей с гарантированным натягом относится к соединениям, передающим рабочие нагрузки за счет сил трения между валом и отверстием. Основной задачей расчета соединения с гарантированным натягом является выбор посадки, обеспечивающей передачу заданной нагрузки вращающего момента.

В машиностроении применяют переходные посадки, при которых возможно получение как зазора, так и натяга. Переходные посадки с натягом не обеспечивают относительную неподвижность соединяемых деталей.

 

   · Достоинство соединений с гарантированным натягом: простота конструкции и хорошее центрование сопрягаемых деталей.

Недостаток — повышенная концентрация напряжений в соединяемых поверхностях. Соединение гарантированным натягом применяют при сборке венцов зубчатых и червячных колес, ступиц колес с валом и т. п.

                                                                                                                      

                       рис. 2.18                                                                                                        рис. 2.19

                                                                                                                                                                           

 

 

 

 

 

 

§ 12. ПОДШИПНИКИ

 ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

Подшипником скольжения называют опору для поддержания вала (или вращающейся оси). В таком подшипнике цапфа вращающегося вала (или оси) проскальзывает по опоре.

   · Радиальные подшипники скольжения (или просто подшипники скольжения) предназначены для восприятия радиальной нагрузки. В таких подшипниках поверхности цапфы вала (или оси) и подшипника находятся в условиях относительного скольжения. При этом возникает трение, которое приводит к изнашиванию пары вал (ось) - подшипник. Для уменьшения изнашивания необходимо рационально выбирать материал трущихся пар и обеспечить нормальные условия смазывания рабочих поверхностей. Подшипники бывают неразъемные и разъемные.