Резьбовые соединения

Рис.2.1.1

2.2. Соединение болтом  упрощенное. ГОСТ 2.315–68

Рис.2.2.1

При изображении  болтовых соединений размеры болта, гайки и шайбы берутся по соответствующим  ГОСТам. На учебных сборочных чертежах, с целью экономии времени, болт, гайку и шайбу рекомендуется вычерчивать не по всем размерам, взятым из ГОСТа, а только по его диаметру и длине стержня. Остальные размеры обычно определяются по условным соотношениям элементов болта и гайки в зависимости от диаметра резьбы.

ГОСТ 2.315-68 предусматривает упрощенные и условные изображения крепежных деталей на сборочных чертежах.

При упрощенных изображениях (рис.2.2.1) резьба показывается по всей длине стержня крепежной  резьбовой детали. Фаски, скругления, а также зазоры между стержнем детали и отверстием не изображаются. На видах, полученных проецированием на плоскость, перпендикулярную оси резьбы, резьба на стержне изображается одной окружностью, соответствующей наружному диаметру резьбы. На этих же видах не изображаются шайбы, примененные в соединении.

2.3. Соединение шпилькой  упрощенное.

ГОСТ 2.315–68

Рис.2.3.1

При вычерчивании на сборочных чертежах шпилечного соединения рекомендуется, как при болтовом соединении, пользоваться условными соотношениями между диаметром резьбы d и размерами элементов гайки и шайбы.

Длину l₁ ввинчиваемого (посадочного) конца шпильки выбирают в зависимости от материала детали.

2.4. Соединение винтом  упрощенное. ГОСТ 2.315–68

В винтовом соединении (рис.2.4.1), как и в шпилечном, резьбовая часть винта ввинчивается в резьбовое отверстие детали. Граница резьбы винта должна быть несколько выше линии разъема деталей. Верхние детали в отверстиях резьбы не имеют. Между этими отверстиями и винтами должны быть зазоры.

Рис.2.4.1

2.5. Соединение шпонкой. 

Шпоночное соединение – один из видов соединений вала со втулкой с использованием дополнительного конструктивного элемента (шпонки), предназначенной для предотвращения их взаимного поворота. Чаще всего шпонка используется для передачи крутящего момента в соединениях вращающегося вала с зубчатым колесом или со шкивом, но возможны и другие решения, например – защита вала от проворота относительно неподвижного корпуса. В отличие от соединений с натягом, которые обеспечивают взаимную неподвижность деталей без дополнительных конструктивных элементов, шпоночные соединения – разъемные. Они позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке.

Шпоночные соединения могут быть подвижными или неподвижными в осевом направлении. В подвижных  соединениях часто используют направляющие шпонки с креплением к валу винтами. Вдоль вала с направляющей шпонкой обычно перемещается зубчатое колесо (блок зубчатых колес), полумуфта или другая деталь. Шпонки, закрепленные на втулке, также могут служить для передачи крутящего момента или для предотвращения поворота втулки в процессе ее перемещения вдоль неподвижного вала, как это сделано у кронштейна тяжелой стойки для измерительных головок типа микрокаторов. В этом случае направляющей является вал со шпоночным пазом.

По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные. В стандартах предусмотрены разные исполнения шпонок некоторых видов, например, призматические шпонки с двумя закругленными торцами (исполнение 1), с одним закругленным торцом (исполнение 3) и с незакругленными торцами (исполнение 2), сегментные шпонки со срезанным краем сегмента (исполнение 2).

Призматические  шпонки дают возможность получать как  подвижные, так и неподвижные  соединения. Сегментные шпонки и клиновые шпонки, как правило, служат для образования неподвижных соединений. Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизованы и выбираются в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединения.

2.6.Шрифтовые соединения. 

Штифтовые соединения применяют для крепления деталей (соединение вала со втулкой) или для взаимного ориентирования деталей, которые крепят друг к другу винтами или болтами (соединение крышки и корпуса, соединение стойки и основания и др.)

При ориентировании деталей относительно друг друга (соединение крышки и корпуса) обычно используют два штифта, но для фиксации углового положения деталей, ориентирование которых обеспечивается цилиндрическим сопряжением (например, соединение круглой крышки с корпусом) достаточно одного фиксирующего штифта.

Штифтовые соединения вала со втулкой относятся к разъемным  неподвижным соединениям, в которых  дополнительный конструктивный элемент (штифт) обеспечивает взаимную неподвижность  деталей. В этом соединении штифт  фиксирует детали в осевом и тангенциальном направлениях (предотвращает как осевой сдвиг, так и взаимный поворот). В отличие от неразъемных соединений вала и втулки с натягом, штифтовые соединения позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке. В штифтовом соединении вала с ответной деталью штифт обычно используется для передачи крутящего момента (в соединениях вращающегося вала с зубчатым колесом или со шкивом), но возможны и другие решения, например – защита вала от проворота относительно неподвижного корпуса.  

Штифтовое соединение крышки и корпуса образует две  посадки: штифт-отверстие корпуса  и штифт-отверстие крышки, а в  штифтовом соединении вала с зубчатым колесом следует различать центрирующее сопряжение вал-отверстие зубчатого колеса и две собственно штифтовые посадки: штифт-отверстия (два) во втулке зубчатого колеса и штифт-отверстие вала.

Точность центрирования  деталей в штифтовом соединении вала с зубчатым колесом (шкивом, ступицей рычага и др.) обеспечивается посадкой колеса на вал. Это обычное центрирующее гладкое цилиндрическое сопряжение, для которого можно выбрать посадку с очень малыми зазорами или натягами, следовательно, предпочтительны переходные посадки.

Стандарты предусматривают  ряд конструкций штифтов, в том числе конические, цилиндрические с гладкими поверхностями, с лысками и насечками (для установки в глухие отверстия), трубчатые, в том числе с продольными разрезами. Дополнительными конструктивными элементами штифтов могут быть резьбовые отверстия для извлечения из штифтов глухих отверстий или резьбовые выступы, глухие цилиндрические отверстия (для облегчения расклепывания концов). Для некоторых типов конических штифтов предусмотрен продольный разрез (шлиц) со стороны меньшего основания конуса примерно на (15…30) % общей длины для стопорения штифта пластическим деформированием (разжатием). Штифты обычно изготавливают из стали 45, хотя в некоторых случаях допускается изготовление из сталей А12, 10кп и 20кп. Для последующей закалки до твердости (54…62) HRCэ штифты могут изготавливать из качественных конструкционных сталей. 

2.7. Клеммовые соединения.

 
Клеммовыми называют фрикционные  соединения деталей с соосными 
цилиндрическими посадочными поверхностями, в которых требуемое 
радиальное давление (натяг) и фиксация за счет сил трения создаются 
путем деформации изгиба охватывающей детали затянутыми болтами. 
Эти соединения применяют для передачи вращающего момента и осевой

силы между валами, осями и призматическими деталями (рычагами, щеками 
сборных коленчатых валов, частями установочных колец и т. п.).  
При проектировании соединения обычно требуется определить силу 
затяжки, обеспечивающую взаимную фиксацию деталей и передачу 
требуемого вращающего момента, а также оценить прочность болта  
(болтов) и охватывающей детали (клеммы).  
В приближенном расчете можно принять, что контактные напряжения от 
затяжки равномерно распределены по поверхности контакта (как в 
соединении с натягом). Тогда средние контактные напряжения q в связаны 
со сдвигающей нагрузкой Q соотношением 
Если соединение имеет п болтов (в одном или двух рядах,), затянутых силой F о , то условие равновесия клеммы имеет вид п F о = qld . 
Учитывая равенство и последнее соотношение, получим 
Диаметр резьбы болта для обеспечения такой силы затяжки 
где [ у P ] – допускаемое напряжение для материалов болта. 
Оценку прочности клеммы можно выполнить путем расчета методом 
конечных элементов или по теории колец.

 
2.8. Клеевые соединения

 
Клеевые соединения это соединения неметаллическим веществом посредством  поверхностного схватывания (адгезии) и 
внутренней межмолекулярной связи (когезии) в клеящем слое.  
Достоинствами этих соединений являются: возможность соединения 
деталей из разнородных материалов, соединения тонких листов, 
пониженная концентрация напряжений и хорошее сопротивление усталости, 
возможность обеспечения герметичности, уменьшенная масса, возможность 
получения гладкой поверхности изделия. 
Применяемые в машиностроении клеи подразделяют на термореактивные 
эпоксидные, полиэфирные, фенолоформальдегидные, полиуретановые; 
термопластичные на основе полиэтилена, поливенилхлорида; эластомеры на 
основе каучуков. При нормальной температуре 18 ч20 ° С предел 
прочности на сдвиг большинства клеев 10 ч20 МПа (предельные 
достигаемые значения 30 ч50 МПа); при 200 ч250 ° С снижается на 30 ч50 
%. 
Клеи на основе кремнийорганических соединений и неорганических 
полимеров (в частности, ВК2) обладают теплостойкостью до 700 ч1000 ° 
С, но меньшей прочностью и повышенной хрупкостью. 
Наряду с жидкими клеями применяют клеи в виде пленок, которые 
вкладывают между соединяемыми деталями, а потом нагревают и сжимают. 
Основным недостатком клеевых соединений является их слабая работа на 
неравномерный отрыв, что накладывает требования на конструкцию 
соединений. Наиболее широко применяют соединения внахлестку, 
работающие на сдвиг. Стыковые соединения для обеспечения прочности 
выполняют по косому срезу (на «ус») или предусматривают накладки. При 
увеличении толщины клеевого слоя прочность падает. Оптимальная толщина 
слоя 0,05 ч0,15 мм. 
Успешно применяют клей для повышения прочности сопряжения зубчатых 
колес с валами и зубчатых венцов со ступицами. Клей начинают 
использовать при установке наружных колец подшипников качения в 
корпус, для уплотнения и стопорения резьбовых соединений, для 
присоединения пластинок режущего инструмента. 
Для особопрочных соединений, испытывающих произвольную нагрузку, 
включая неравномерный отрыв, и вибрационную нагрузку, применяют 
комбинированные соединения, клеесварные и клеезаклепочные, 
клеерезьбовые. 
Комбинированные соединения обеспечивают равнопрочность с целыми 
листами и широко применяются в ответственных машинах (в частности, в 
тяжелых самолетах соединяемые поверхности по несколько сот квадратных 
метров). 
Клеесварные соединения выполняют обычно в виде сочетания клеевых и 
точечных сварных швов. Толстые листы соединяют двухрядными швами с 
шахматным расположением точек. Точечную сварку преимущественно 
производят по жидкому (эпоксидному) клею. 
Клеезаклепочные соединения еще прочнее клеесварных. Их обычно 
выполняют по незатвержденному (фенольному БФ-1, БФ-2 и др.) клею, что 
исключает необходимость сдавливания соединяемых листов при склеивании. 
Успешно применяют клееболтовые соединения. 
Рассеяние энергии в клеевых соединениях на 20 ч30 % больше, чем в 
обычных фрикционных.

 
2.9. Заклепочные соединения

 
Заклепка  представляет собой стержень 
круглого сечения с головками на концах, одну из которых, называемую закладной, выполняют на заготовке заранее, 
а вторую, называемую замыкающей, формируют при клепке. Заклепки 
стягивают соединяемые детали, в результате чего часть или вся внешняя 
продольная нагрузка на соединения передается силами трения на 
поверхности стыка.  
Рисунок 2 – Заклёпка с полукруглыми головками и простейшее 
заклёпочное соединение 
Заклепочные соединения разделяют на: 1) силовые (иначе называемые 
прочными соединениями), используемые преимущественно в металлических 
конструкциях машин, в строительных сооружениях; 
2) силовые плотные (иначе называемые плотнопрочными соединениями), 
используемые в котлах и трубах, работающих под давлением. 
Плотность также можно обеспечить с помощью клея. 
Преимуществами заклепочных соединений являются стабильность и 
контролируемость качества. Недостатки повышенный расход металла и 
высокая стоимость, неудобные конструктивные формы в связи с 
необходимостью наложения одного листа на другой или применения 
специальных накладок. В настоящее время заклепочные соединения в 
большинстве областей вытеснены сварными и этот процесс продолжается. 
Область практического применения заклепочных соединений 
ограничивается следующими случаями: 
1) соединения, в которых нагрев при сварке недопустим изза опасности 
отпуска термообработанных деталей или коробления окончательно 
обработанных точных деталей; 
2) соединения несвариваемых материалов; 
3) соединения в самолетах, например в пассажирском самолете применяют 
до 2,5 миллионов заклепок; 
4) соединения в автомобилестроении для рам грузовых машин. Заклепки 
изготовляют из прутков на высадочных автоматах. 
Клепку стальными заклепками диаметром до 8 ч10 мм, а также заклепками 
из латуни, меди и легких сплавов всех диаметров производят холодным 
способом, а остальных заклепок горячим способом. 
Материал заклепок должен быть достаточно пластичным для обеспечения 
возможности формирования головок и однородным с материалом соединяемых 
деталей во избежание электрохимической коррозии. Стальные заклепки 
обычно изготовляют из сталей Ст2, Ст3, 09Г2 и др.  
Государственными стандартами предусмотрены следующие виды заклепок. 
Заклепки со сплошным стержнем: с полукруглой головкой (ГОСТ 10299-80* 
и ГОСТ 14797-85) имеющие основное применение в силовых 
и плотных швах; с плоской головкой (ГОСТ 14801-85 ), предназначенные для работы в коррозионных средах; с потайной головкой (ГОСТ10300-80*, ГОСТ