Соединения деталей машин

1. СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
1

2. Связи

Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или
иным способом.
Эти связи можно разделить на подвижные (различного рода
шарниры, подшипники, зацепления и пр.) и неподвижные
(резьбовые, сварные, шпоночные и др.).
Наличие подвижных связей в машине обусловлено ее
кинематической схемой.
Неподвижные связи обусловлены целесообразностью
расчленения машины на узлы и детали для того, чтобы
упростить производство, облегчить сборку, ремонт,
транспортировку и т. п.
Неподвижные связи в технике называют соединениями.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
2

3. Виды соединений

По признаку разъемности все виды соединений можно разделить на
разъемные и неразъемные.
Разъемные соединения позволяют разъединять детали без их
повреждения. К ним относятся резьбовые, штифтовые, клеммовые,
шпоночные, шлицевые и профильные соединения.
Неразъемные соединения не позволяют разъединять детали без
их повреждения. Применение неразъемных соединений
обусловлено в основном технологическими и экономическими
требованиями. К этой группе соединений относятся заклепочные,
сварные и соединения с натягом (прессовые)*.
Соединения являются важными элементами конструкций. Многие
аварии и прочие неполадки в работе машин и сооружений
обусловлены неудовлетворительным качеством соединений.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
3

4. Классификация

Виды соединений
Разъемные соединения
Неразъемные соединения
резьбовые
сварные
шлицевые
заклепочные
шпоночные
соединения пайкой
клеммовые
соединения склеиванием
профильные
соединения посадкой с натягом
штифтовые
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
4

5. Основные требования к соединениям

Основным критерием работоспособности и
расчета соединений является прочность.
Необходимо стремиться к тому, чтобы соединение
было равнопрочным с соединяемыми
элементами.
Желательно, чтобы соединение не искажало
форму изделия, не вносило дополнительных
элементов в его конструкцию и т. п.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
5

6. Резьбовые соединения

Резьба — выступы,
образованные на основной
поверхности винтов или гаек и
расположенные по винтовой
линии.
Соединения деталей с помощью резьбы являются одним из
старейших и наиболее распространенных видов
разъемного соединения. К ним относятся соединения с
помощью болтов, винтов, винтовых стяжек и т. д.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
6

7. Резьбовые соединения. Классификация

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
7

8. Резьбовые соединения. Классификация

По форме основной поверхности:
цилиндрические и конические резьбы.
Наиболее распространена цилиндрическая резьба. Коническую резьбу
применяют для плотных соединений труб, масленок, пробок и т. п.
По форме профиля:
треугольные, прямоугольные, трапецеидальные, круглые и
другие резьбы.
По направлению винтовой линии:
правую и левую резьбы.
У правой резьбы винтовая линия идет слева направо и вверх, у левой — справа
налево и вверх. Наиболее распространена правая резьба. Левую резьбу
применяют только в специальных случаях.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
8

9. Резьбовые соединения. Классификация

Если витки резьбы расположены по двум или нескольким
параллельным винтовым линиям, то они образуют многозаходную
резьбу.
По числу заходов:
однозаходную, двухзаходную и т. д. резьбы.
Наиболее распространена однозаходная резьба. Все крепежные
резьбы однозаходные.
Многозаходные резьбы применяются преимущественно в
винтовых механизмах.
Число заходов больше трех применяют редко.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
9

10. Резьбовые соединения. Методы изготовления резьбы.

1. Нарезкой вручную метчиками или плашками. Способ
малопроизводительный. Его применяют в индивидуальном
производстве и при ремонтных работах.
2. Нарезкой на токарно-винторезных или специальных
станках.
3. Фрезерованием на специальных резьбофрезерных станках.
Применяют для нарезки винтов больших диаметров с повышенными
требованиями к точности резьбы (ходовые и грузовые винты,
резьбы на валах и т. д.).
4. Накаткой на специальных резьбонакатных станкахавтоматах. Этим высокопроизводительным и дешевым способом
изготовляют большинство резьб стандартных крепежных деталей
(болты, винты и т. д.). Накатка существенно упрочняет резьбовые
детали.
5. Литьем на деталях из стекла, пластмассы, металлокерамики и
др.
6. Выдавливанием на тонкостенных давленных и штампованных
изделиях из жести, пластмассы и т. д.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
10

11. Резьбовые соединения. Геометрические параметры резьбы

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
11

12. Резьбовые соединения. Основные типы резьб.

По назначению различают резьбы крепежные и
резьбы для винтовых механизмов.
Резьбы крепежные:
метрическая с треугольным профилем — основная
крепежная резьба;
трубная — треугольная со скругленными вершинами
и впадинами;
круглая;
резьба винтов для дерева.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
12

13. Резьбовые соединения. Основные типы резьб.

метрическая
дюймовая
круглая
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
13

14. Резьбовые соединения. Основные типы резьб. Резьбы винтовых механизмов (ходовые резьбы):

Резьбовые соединения.
Основные типы резьб.
Резьбы
винтовых
прямоугольная
механизмов (ходовые
трапецеидальная
симметричная
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
резьбы):
трапецеидальная
несимметричная,
или упорная
14

15. Резьбовые соединения. Основные типы резьбовых соединений

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
15

16. Резьбовые соединения. Выбор профиля резьбы.

Определяется многими факторами, важнейшие из
которых прочность, технологичность и силы
трения в резьбе.
Так, например, крепежная резьба должна
обладать высокой прочностью и относительно
большими силами трения, предохраняющими
крепежные детали от самоотвинчивания.
Резьбы винтовых механизмов должны быть с
малыми силами трения, чтобы повысить к. п. д.
и уменьшить износ.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
16

17. Резьбовые соединения. Дополнительные характеристики отдельных типов резьб

Резьба метрическая получила свое название потому, что все ее
размеры измеряются в миллиметрах (в отличие от дюймовой резьбы,
размеры которой измеряются в дюймах). Вершины витков и впадин
притуплены по прямой или по дуге окружности, что необходимо для
уменьшения концентрации напряжений, предохранения от повреждений
(забоин) в эксплуатации, повышения стойкости инструмента при
нарезании.
Стандарт предусматривает метрические резьбы с крупным и мелким
шагом. Для одного и того же диаметра d мелкие резьбы отличаются от
крупной значением шага р. Увеличение диаметра dср повышает
прочность стержня винта, а уменьшение угла подъема увеличивает
самоторможение в резьбе (см. ниже), т. е. уменьшает возможность
самоотвинчивания. По этим причинам мелкие резьбы находят
применение для динамически нагруженных соединений, склонных к
самоотвинчиванию, а также полых тонкостенных и мелких деталей
(авиация, точная механика, радиотехника и т. п.).
В общем машиностроении основное применение имеют крупные резьбы,
как менее чувствительные к износу и ошибкам изготовления.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
17

18. Резьбовые соединения. Дополнительные характеристики отдельных типов резьб

Резьбы трубные применяются для герметичного соединения
груб и арматуры (масленки, штуцера и т. п.). На тонкой стенке
трубы невозможно нарезать резьбу с крупным шагом без
существенного уменьшения прочности трубы. Поэтому трубная
резьба имеет мелкий шаг.
В международном стандарте для трубной резьбы до настоящего
времени еще сохранено измерение в дюймах.
Для лучшего уплотнения трубную резьбу выполняют без зазоров
по выступам и впадинам и с закруглениями профиля. Высокую
плотность соединения дает коническая трубная резьба.
Плотность здесь достигается за счет плотного прилегания
профилей по вершинам при затяжке соединения. Коническая
резьба в изготовлении сложнее цилиндрической. В настоящее
время вместо трубных резьб часто применяют мелкие
метрические резьбы.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
18

19. Резьбовые соединения. Дополнительные характеристики отдельных типов резьб

Резьба круглая удобна для
изготовления способом литья на
чугунных, стеклянных, пластмассовых
и других изделиях, а также накаткой и
выдавливанием на тонкостенных
металлических и пластмассовых
деталях.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
19

20. Резьбовые соединения. Дополнительные характеристики отдельных типов резьб

Резьба винтов для дерева или других малопрочных материалов.
Конструкция этих резьб обеспечивает равнопрочность резьбы в
деталях из разнородных материалов. Например, для резьбы
деревянной детали расчетным размером на срез является р, а для
резьбы металлического винта —р'. При этом р>р'.
Резьба прямоугольная , широко применявшаяся ранее в винтовых
механизмах, в настоящее время не стандартизована и почти
вытеснена трапецеидальной. Изготовить прямоугольную резьбу
более производительным способом на резьбофрезерных станках
невозможно, так как для образования чистой поверхности резьбы у
фрезы должны быть режущими не только передние, но и боковые
грани.
Прямоугольную резьбу изготовляют резцами на токарно-винторезных
станках. Этот способ имеет низкую производительность.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
20

21. Резьбовые соединения. Дополнительные характеристики отдельных типов резьб

Резьба трапецеидальная изготовляется с симметричным и
несимметричным профилями. Симметричную резьбу
используют для передачи двустороннего (реверсивного)
движения под нагрузкой. Несимметричная резьба
предназначается для одностороннего движения под
нагрузкой и называется упорной резьбой. Она применяется
для винтов - домкратов, прессов и т. п.
Закругление впадин уменьшает концентрацию напряжений.
Малый угол наклона (3°) упорной стороны профиля резьбы
позволяет уменьшить потери на трение и в то же время
изготовлять винты на резьбофрезерных станках.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
21

22. Резьбовые соединения. Основные типы крепежных деталей

Для соединения деталей применяют болты, винты,
шпильки с гайками.
Основным преимуществом болтового соединения
является то, что при нем не требуется нарезать
резьбу в соединяемых деталях. Это особенно
важно в тех случаях, когда материал детали не
может обеспечить достаточную прочность и
долговечность резьбы.
К недостаткам болтового соединения можно отнести
следующее:
обе соединяемые детали должны иметь места для
расположения гайки или головки винта;
при завинчивании и отвинчивании гайки необходимо
удерживать головку винта от проворачивания;
по сравнению с винтовым болтовое соединение
несколько увеличивает массу изделия и больше
искажает его внешние очертания.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
22

23. Резьбовые соединения. Конструкции болтов.

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
23

24. Резьбовые соединения. Конструкции гаек.

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
24

25. Резьбовые соединения. Конструкции гаек.

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
25

26. Резьбовые соединения. Основные типы крепежных деталей

Винты и шпильки применяют в тех
случаях, когда постановка болта
невозможна или нерациональна.
Например, нет места для размещения
гайки (головки), нет доступа к гайке
(головке), при большой толщине
детали необходимы глубокое
сверление и длинный болт и т. п.
Если при эксплуатации деталь часто
снимают и затем снова ставят на
место, то ее следует закреплять
болтами или шпильками, так как винты
при многократном завинчивании могут
повредить резьбу в детали.
Повреждение резьбы более вероятно
при малопрочных хрупких материалах,
например из чугуна, дюралюминия и
т. п.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
26

27. Резьбовые соединения. Конструкции крепежных винтов.

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
27

28. Резьбовые соединения. Способы стопорения резьбовых соединений

Самоотвинчивание разрушает соединения и может
привести к аварии.
Предохранение от самоотвинчивания весьма важно для
повышения надежности резьбовых соединений и совершенно
необходимо при вибрациях, переменных и ударных нагрузках.
Вибрации понижают трение и нарушают условие
самоторможения в резьбе.
Существует много способов стопорения или предохранения от
самоотвинчивания. Описание этих способов приводится в
справочниках и специальной литературе. На практике
применяют следующие три основных принципа
стопорения.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
28

29. Резьбовые соединения. Способы стопорения резьбовых соединений

Повышают и стабилизируют
трение в резьбе путем
постановки контргайки, пружинной
шайбы, применения резьбовых
пар с натягом в резьбе и т. п.
Контргайка создает дополнительное
натяжение и трение в резьбе.
Пружинная шайба поддерживает
натяг и трение в резьбе на большом
участке самоотвинчивания (до 1...2
оборотов гайки). Кроме того,
упругость шайбы значительно
уменьшает влияние вибраций на
трение в резьбе.
1.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
29

30. Резьбовые соединения. Способы стопорения резьбовых соединений, основанные на дополнительном трении

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
30

31. Резьбовые соединения. Способы стопорения резьбовых соединений, основанные на дополнительном трении

2. Гайку жестко
соединяют с деталью,
например, с помощью
специальной шайбы или
планки.
Конструктор должен уделять
большое внимание
предохранению резьбовых
соединений от
самоотвинчивания.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
31

32. Резьбовые соединения. Способы стопорения резьбовых соединений, основанные на дополнительном трении

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
32

33. Резьбовые соединения. Способы стопорения резьбовых соединений запирающими элементами

3. Гайку жестко
соединяют со стержнем
винта, например, с
помощью шплинта или
прошивают группу винтов
проволокой. Способы
стопорения этой группы
позволяют производить
только ступенчатую
регулировку затяжки
соединения.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
33

34. Резьбовые соединения. Способы стопорения резьбовых соединений запирающими элементами

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
34

35. Резьбовые соединения. Материалы резьбовых изделий и допускаемые напряжения

При выборе материала учитывают условия работы (температуру,
коррозию и т. п.), значение и характер нагрузки (статическая или
переменная), способ изготовления и объем производства.
Например, стандартные крепежные изделия общего назначения
изготовляют из низко- и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10...
сталь 35. Эти дешевые стали позволяют изготовлять большие
партии болтов, винтов и гаек методом холодной высадки или
штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали
35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при
переменных и ударных нагрузках, при высоких температурах, в
агрессивных средах и пр.
Для повышения прочности, коррозионной стойкости и жаропрочности
применяют специальные виды термической и химико-термической
обработки, а также нанесение гальванических и других покрытий,
например улучшение, цинковое или кадмиевое хромирование,
хромовое или медное покрытие и прочее.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
35

36. Резьбовые соединения. Основные виды разрушения резьб.

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
36

37. Резьбовые соединения. Расчет резьбы на прочность

Основные виды разрушения резьб:
крепежных — срез витков, ходовых — износ витков.
В соответствии с этим основными критериями работоспособности и расчета для
крепежных резьб являются прочность, связанная с напряжениями среза , а для
ходовых резьб — износостойкость, связанная с напряжениями смятия см.
Условия прочности резьбы по напряжениям среза для винта:
= F/ ( dсрHKKm) [ ]
для гайки:
= F/ ( DHKKm) [ ]
где Н —высота гайки или глубина
завинчивания винта в деталь;
K=ab/р или К= се/р —
коэффициент полноты резьбы;
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
37

38. Резьбовые соединения. Расчет резьбы на прочность

Если материалы винта и гайки одинаковы, то по напряжениям
среза рассчитывают только резьбу винта, так как dcр < D.
Условие износостойкости ходовой резьбы по напряжениям
смятия:
см = F/( Dhz) [ см],
где z = H/p — число рабочих витков (например, число витков
гайки).
Коэффициент Кт здесь принят равным единице с учетом
приработки ходовых резьб и при условии, что допускаемые
напряжения принимают согласно накопленному опыту
эксплуатации.
ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
38

39. Резьбовые соединения. Проверка элементов резьбы на прочность.

ГОУ ВПО ТюмГАСУ Кафедра
МиАС
39