Допускаемые напряжения

Допускаемые напряжения для сварных швов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей:

  Шов Способ сварки  
Допускаемые напряжения - student2.ru Стыковой Дуговая автоматическая и полуавтоматическая, под флюсом и в CO2 Дуговая ручная, контактная, электронно-лучевая, диффузионная Допускаемые напряжения - student2.ru
Допускаемые напряжения - student2.ru Угловой Дуговая автоматическая и полуавтоматическая, под флюсом и в CO2 0,8 Допускаемые напряжения - student2.ru
Стыковой 0,65 Допускаемые напряжения - student2.ru
Угловой Дуговая ручная 0,6 Допускаемые напряжения - student2.ru

2.4 Соединения с натягом

2.4.1 Общие сведения

Соединения деталей с натягом – это напряженные соединения, в которых натяг создается необходимой разностью посадочных размеров насаживаемых одна на другую деталей (рис. 2.36а). Насаживаемая деталь (ступица) имеет посадочное отверстие меньшего диаметра, чем диаметр вала, на который насаживается деталь. В процессе посадки вал сжимается, а ступица растягивается, т.е. диаметры посадочных мест становятся равными. Возникающая упругая деформация создает на поверхности соединения силы трения (рис. 2.36б), которые удерживают детали от проворачивания и осевого смещения.

Допускаемые напряжения - student2.ru
  а б  
Рис. 2.36. Соединение деталей с натягом

Соединения деталей с натягом бывают по цилиндрическим и коническим поверхностям.

Для обеспечения возможности сборки на валу и отверстии ступицы делают фаску.

2.4.2 Достоинства и недостатки соединений с натягом

Достоинства соединений с натягом

· дешевы в изготовлении, имеют простую форму и не требуют дополнительных соединительных деталей;

· обеспечивают хорошее центрирование насаживаемых деталей (отсутствие биения);

· хорошо воспринимают большие, в том числе и ударные, нагрузки.

Недостатки соединений с натягом

· относительная сложность сборки и разборки (особенно внутри неразъемных корпусов);

· возможность ослабления посадки и повреждения посадочных поверхностей при разборке;

· большое рассеяние сил сцепления в связи с рассеянием действительных посадочных размеров в пределах допусков и коэффициентов трения;

· трудность неразрушающего контроля.

Область применения соединений с натягом:

· посадка деталей на высокоскоростные валы – благодаря хорошему центрированию и отсутствию биения;

· посадка деталей при больших динамических нагрузках;

· в массовом производстве при сборке деталей, не требующих разборки в процессе всего срока эксплуатации.

Характерными примерами применения соединений с натягом могут служить: детали составных коленчатых валов (рис. 2.37а), венцы зубчатых и червячных колес (рис. 2.37б), роторы электродвигателей, подшипники качения (рис. 2.37в) и скольжения (рис. 2.37г) и т.д.

Допускаемые напряжения - student2.ru
  а б в г  
Рис. 2.37. Соединения с натягом по цилиндрической поверхности

Характер соединения определяется натягом (разницей диаметров), который выбирают в соответствии с посадками, установленными стандартной системой предельных допусков и посадок. Наиболее распространены следующие посадки с натягом квалитетов 6 и 7 (в порядке убывания натяга): горячепрессовая – H7/u7; прессовая – H7/s6; промежуточная между прессовой и легкопрессовой – H7/r6; легкопрессовая – H7/p6. Сопротивление сдвигу при больших натягах достигает 12 МПа.

Для соединения тонкостенных деталей большие натяги недопустимы.

2.4.3 Способы получения соединений с натягом

· Запрессовкой – простейший и высокопроизводительный способ, обеспечивающий возможность удобного контроля измерением силы, но связанный с опасностью повреждения поверхностей и затрудняющий применение покрытий. Для снижения риска повреждения поверхности применяют специальные оправки и направляющие, исключающие возможность перекоса. Запрессовку производят, прилагая статическую нагрузку, с помощью прессов или домкратов.

· Нагревом натягиваемой детали до температуры отпуска – способ, обеспечивающий повышению прочности сцепления более чем в 1,5 раза по сравнению с запрессовкой и особенно эффективный при больших длинах соединений. При нагреве тела расширяются, и диаметр посадочного отверстия ступицы становится больше диаметра вала, и соединение безо всяких усилий собирают. По мере охлаждения диаметр посадочного отверстия ступицы уменьшается и ступица плотно охватывает вал, создавая натяг.

· Охлаждением охватываемой детали – способ, преимущественно применяемый для установки небольших деталей, например втулок в массивные корпусные детали, и обеспечивающие наиболее высокую прочность сцепления. Охлаждают детали с помощью жидкого азота до температуры примерно –150°. Охлаждение, в отличии от нагрева, практически не оказывает влияния на механические свойства материала.

· Гидрозапрессовкой, т.е. нагнетанием масла под давлением в зону контакта, что резко снижает силу запрессовки. Наибольшая эффективность гидрозапрессовки и распрессовки – в подшипниковых узлах и конических соединениях.

2.4.4 Расчет соединений с натягом

Расчет соединения включает в себя определение необходимого натяга для обеспечения прочности сцепления и проверку прочности соединяемых деталей.

Необходимая величина натяга определяется потребным давлением на посадочной поверхности. Давление Допускаемые напряжения - student2.ru должно быть таким, чтобы силы трения оказались больше внешних сдвигающих сил.

При нагружении соединения осевой силой Допускаемые напряжения - student2.ru (рис. 2.38а) условие прочности:

Допускаемые напряжения - student2.ru , откуда Допускаемые напряжения - student2.ru ,

где Допускаемые напряжения - student2.ru – коэффициент трения;

Допускаемые напряжения - student2.ru и Допускаемые напряжения - student2.ru – диаметр и длина посадочной поверхности;

Допускаемые напряжения - student2.ru – коэффициент запаса сцепления.

При нагружении соединения вращающим моментом Допускаемые напряжения - student2.ru (рис. 2.38б) условие прочности:

Допускаемые напряжения - student2.ru , откуда Допускаемые напряжения - student2.ru .

Допускаемые напряжения - student2.ru
а б
Допускаемые напряжения - student2.ru
в г  
Рис. 2.38 Расчетные схемы соединений с натягом

При одновременном нагружении соединения вращающим моментом Допускаемые напряжения - student2.ru и осевой силой Допускаемые напряжения - student2.ru (рис. 2.38в) расчет ведут по равнодействующей окружной и осевой силе Допускаемые напряжения - student2.ru :

Допускаемые напряжения - student2.ru .

Условие прочности:

Допускаемые напряжения - student2.ru , откуда Допускаемые напряжения - student2.ru .

Эти формулы без коэффициента концентрации распространимы на обычные соединения, у которых Допускаемые напряжения - student2.ru .

Коэффициент трения в соединениях собранных нагревом:

детали стальные шлифованные, чисто точеные – Допускаемые напряжения - student2.ru = 0,18;

вал оксидирован – Допускаемые напряжения - student2.ru = 0,4;

вал оцинкован или оксидирован – Допускаемые напряжения - student2.ru = 0,32;

покрытие абразивным микропорошком – Допускаемые напряжения - student2.ru = 0,48.

Коэффициенты трения при сборке запрессовкой в 1,8…2 раза ниже, при сборке с охлаждением на 10% выше, при гидрозапрессовке на 10% ниже.

Коэффициент запаса сцепления обычно рекомендуется Допускаемые напряжения - student2.ru = 2.

При нагружении соединения изгибающим моментом Допускаемые напряжения - student2.ru (рис. 2.38г) условие прочности:

Допускаемые напряжения - student2.ru .

Допускаемые напряжения - student2.ru
а б
Допускаемые напряжения - student2.ru
в
Рис. 2.39. Схема для расчета натяга

Расчетный натяг Допускаемые напряжения - student2.ru (мкм) связан с посадочным давлением Допускаемые напряжения - student2.ru (рис. 2.39в):

Допускаемые напряжения - student2.ru ,

где Допускаемые напряжения - student2.ru и Допускаемые напряжения - student2.ru ,

где Допускаемые напряжения - student2.ru – посадочный диаметр;

Допускаемые напряжения - student2.ru – диаметр отверстия охватываемой детали (для сплошного вала Допускаемые напряжения - student2.ru = 0);

Допускаемые напряжения - student2.ru – наружный диаметр охватывающей детали (ступицы);

Допускаемые напряжения - student2.ru и Допускаемые напряжения - student2.ru – модули упругости материала соответственно вала и ступицы;

Допускаемые напряжения - student2.ru и Допускаемые напряжения - student2.ru – коэффициенты Пуассона материалов соответственно вала и ступицы: для стали Допускаемые напряжения - student2.ru = 0,3; для чугуна Допускаемые напряжения - student2.ru = 0,25.

Минимальный натяг Допускаемые напряжения - student2.ru , измеряемый по вершинам микронеровностей, должен быть больше расчетного натяга на величину обмятия микронеровностей Допускаемые напряжения - student2.ru (рис. 2.33в):

Допускаемые напряжения - student2.ru ,

где Допускаемые напряжения - student2.ru ,

Rz1, Rz2, Ra1, Ra2 – параметры шероховатости поверхностей деталей.

Если соединение работает при температуре, значительно отличающейся от температуры сборки ( Допускаемые напряжения - student2.ru = 20°), при разных коэффициентах линейного расширения материалов, то посадку выбирают по натягу:

Допускаемые напряжения - student2.ru ,

где Допускаемые напряжения - student2.ru – температурное изменение натяга:

Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ,

где Допускаемые напряжения - student2.ru , Допускаемые напряжения - student2.ru – коэффициент линейного расширения;

Допускаемые напряжения - student2.ru , Допускаемые напряжения - student2.ru – рабочая температура деталей.

Максимальный натяг, при котором будет возникать пластическая деформация:

Допускаемые напряжения - student2.ru ,

где Допускаемые напряжения - student2.ru – предел текучести материала ступицы.

По рассчитанному натягу подбирается стандартный табличный натяг:

Допускаемые напряжения - student2.ru , Допускаемые напряжения - student2.ru .

Ряд посадок с натягом в порядке возрастания натяга:

Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru .

2.5 Шпоночные соединения

2.5.1 Общие сведения

Шпоночное соединение – разъемное соединение, которое образует вал, шпонка и ступица (зубчатого колеса, шкива, звездочки и др.). Шпонка представляет собой соединительную деталь, устанавливаемую в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей. Основные типы шпонок стандартизованы. Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковыми или концевыми фрезами, в ступицах – протяжками.

2.5.2 Достоинства и недостатки шпоночных соединений

Достоинства шпоночных соединений – простота конструкции и сравнительная легкость монтажа и демонтажа, поэтому их используют практически во всех отраслях машиностроения.

Недостатки шпоночных соединений – сильное ослабление вала и ступицы. Ослабление обусловлено не только уменьшением его поперечного сечения, но и значительной концентрацией напряжения, вызываемой шпоночным пазом, что приводит к снижению усталостной прочности вала.

Главное условие нормальной работы шпонок – отсутствие перекоса шпонки в пазе. Этого можно добиться, если зазор между шпонкой и пазом будет минимальным, что требует повышенной точности изготовления шпонки и паза или ручной подгонки или подбора шпонки. Это ограничивает использование соединений в крупносерийном и массовом производстве. При наличии перекоса значительно уменьшается площадь контакта рабочей поверхности шпонки и паза, и, следовательно, резко падает нагрузочная способность соединения.

Из-за пустот в зазорах между шпонкой и пазами происходит незначительное смещение центров массы относительно геометрического центра, которое приводит к биению, особенно заметному при высоких скоростях вращения. Поэтому не рекомендуется применение шпоночного соединения для быстровращающихся валов ответственного назначения.

2.5.3 Виды шпоночных соединений

Шпоночные соединения подразделяют на напряженные и ненапряженные.

Клиновые шпонки (рис. 2.40) имеют уклон верхней грани 1:100. Такую шпонку устанавливают в паз и ударным способом загоняют на место, обеспечивая напряженное соединение. Клиновая шпонка распирает соединение, вызывая силу прижатия N (рис. 2.40в), которая обеспечивает совместное вращение вала и ступицы за счет сил трения Допускаемые напряжения - student2.ru . Рабочими гранями являются верхняя и нижняя грани клиновой шпонки.

Основные недостатки клиновых шпонок: обязательная индивидуальная подгонка, что недопустимо при массовом производстве; наличие радиального смещения оси насаживаемой детали по отношению к оси вала, что вызывает дополнительное биение. Поэтому они применяются сравнительно редко – в основном в тихоходных передачах низкой точности и только для неподвижных соединений.

Допускаемые напряжения - student2.ru
  а б  
Допускаемые напряжения - student2.ru
в г д
Рис. 2.40. Клиновые шпонки
               

Клиновые шпонки бывают врезные (рис. 2.40в), на лыске (рис. 2.40г) и фрикционные (рис. 2.40д). По форме торцов шпонки бывают без головки (рис. 2.40а) и с головкой (рис. 2.40б), для облегчения демонтажа.

Призматические шпонки (ГОСТ 23360-78) (рис. 2.41) имеют параллельные грани. Они закладываются в паз на валу и не удерживают ступицу от осевого смещения. Рабочими гранями призматической шпонки являются боковые грани. Соединение является ненапряженным, поэтому для обеспечения центрирования и исключения контактной коррозии рекомендуется ступицы устанавливать на вал с натягом.

Призматические шпонки выполняют с плоскими или скругленными концами (рис. 2.41б). При этом в качестве длины рабочей поверхности принимается только длина прямого участка. Паз на валу обычно выполняют концевыми (пальцевыми) фрезами и его делают несколько длиннее шпонки для исключения пригонки ее торцов. Пазы на валу не рекомендуется доводить до ступенек вала, так как их врезание в галтель увеличивает концентрацию напряжений. Сквозные пазы на ступице выполняют протяжками, глухие пазы – долблением.

Допускаемые напряжения - student2.ru
а б
Рис. 2.41. Призматические шпонки

Ширина шпонки b выполняется с отклонением h9.

Ширину шпоночного паза вала рекомендуется выполнять по P9, ширину шпоночного паза ступицы:

При неподвижном соединении нереверсивной передачи – Js9;

При неподвижном соединении реверсивной передачи – P9;

При подвижном соединении – D10.

При передаче крутящего момента боковая поверхность паза вала давит на боковую поверхность шпонки (рис. 2.42), которая в свою очередь передает давление на боковую поверхность паза ступицы. При этом шпонку испытывает сдвиг в сечении по границе вала и ступицы.

Допускаемые напряжения - student2.ru
Рис. 2.42 Расчет призматических шпонок

Сила, которую вызывает крутящий момент:

Допускаемые напряжения - student2.ru .

Площадь поверхности смятия и среза соответственно:

Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru .

Напряжения смятия и среза соответственно:

Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru

где Допускаемые напряжения - student2.ru – рабочая длина шпонки (длина прямого участка):

для шпонок с прямыми концами Допускаемые напряжения - student2.ru , для шпонок со скругленными концами Допускаемые напряжения - student2.ru .

Допускаемые напряжения - student2.ru
Рис. 2.43. Крепление шпонки на валу в подвижном шпоночном соединении

При использовании подвижных шпоночных соединений (например, для подвижных блоков колес в коробках передач), шпонку прикрепляют к валу с помощью винтов (рис. 2.43) во избежания перекоса шпонки в пазе. Расчетная длина шпонки в этом случае будет определяться длиной ступицы: Допускаемые напряжения - student2.ru .

Порядок подбора стандартных шпонок: Назначается сечение шпонки (b×h) в зависимости от диаметра вала. Размеры сечения стандартных шпонок подобраны таким образом, что если шпонка выдержит смятие, то она выдержит и срез. Поэтому минимальную рабочую длину шпонки lр определяют по критерию прочности на смятие:

Допускаемые напряжения - student2.ru .

Сегментные шпонки (ГОСТ 24071-80) (рис. 2.44) представляют собой сегментную пластину, закладываемую в паз на валу соответствующей формы, выполненный с помощью фрезерования. Сегментные шпонки удобны при сборке и разборке, просты в изготовлении, менее чувствительны к точности изготовления из-за большей, чем у призматических шпонок глубины паза. В то же время большая глубина паза сильнее ослабляет вал, поэтому их применяют при сравнительно небольших крутящих моментах и только для неподвижных соединений.

Сегментные шпонки имеют фиксированную длину, поэтому на длинных ступицах можно устанавливать несколько шпонок, при условии, что пазы будут располагаться в одной плоскости.

Толщина шпонки b выполняется с отклонением h9.

Ширину шпоночного паза вала рекомендуется выполнять по N9, ширину шпоночного паза ступицы: для нереверсивной передачи – Js9, для реверсивной передачи – P9.

Сегментные шпонки работают на смятие и срез. Напряжения смятия и среза соответственно:

Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru

Допускаемые напряжения - student2.ru
Рис. 2.44. Сегментные шпонки

Цилиндрические шпонки (ГОСТ 3128-70, ГОСТ 12207-79) представляют собой цилиндрические штифты (рис. 2.45а), устанавливаемые с натягом, отверстия под которые высверливаются на торце вала при сборке. Их можно использовать, только если ступица располагается на конце вала. Обычно это валы малой длины. К недостаткам следует отнести неудобство демонтажа.

Допускаемые напряжения - student2.ru
а б
Рис. 2.45. Цилиндрические шпонки

Диаметр шпонки Допускаемые напряжения - student2.ru , длина Допускаемые напряжения - student2.ru . Посадка с натягом, например Допускаемые напряжения - student2.ru . Если прочности одной шпонки недостаточно, то устанавливают 2-3 шпонки, равномерно распределяя их по окружности (рис. 2.45б).

Цилиндрические шпонки работают на смятие и срез. Напряжения смятия (с учетом серпообразной эпюры распределения давления) и среза соответственно:

Допускаемые напряжения - student2.ru ; Допускаемые напряжения - student2.ru ,

где z – число шпонок.

Подбор шпонки осуществляют по критерию прочности на смятие. Длина шпонки Допускаемые напряжения - student2.ru (и необходимое число шпонок Допускаемые напряжения - student2.ru ):

Допускаемые напряжения - student2.ru .

2.5.4 Материал шпонок и допускаемые напряжения

В качестве материала шпонок обычно применяют среднеуглеродистые стали. Призматические шпонки изготавливают из чистотянутой стали в соответствии с ГОСТ 8787-68. Допускается применение других сталей с Допускаемые напряжения - student2.ru 600 МПа. Целесообразно, чтобы материал призматических шпонок был менее прочным, чем материал вала и ступицы.

Допускаемые напряжения на смятие сильно зависят от посадки шпонки. В неподвижных соединениях: при посадках с натягом (в которых исключен перекос шпонки) Допускаемые напряжения - student2.ru Допускаемые напряжения - student2.ru 110…200 МПа; при переходных посадках Допускаемые напряжения - student2.ru 80…150 МПа. В подвижных соединениях (где зазор значительный) для предупреждения задира и ограничения износа Допускаемые напряжения - student2.ru 20…30 МПа. Допускаемые напряжения на срез Допускаемые напряжения - student2.ru 60…90 МПа. Меньшие значения в указанных диапазонах – для чугунных и алюминиевых ступиц и при резких изменениях нагрузки.

2.6 Шлицевые соединения

2.6.1 Общие сведения

Шлицевое соединение – разъемные соединения для передачи крутящего момента между валом и ступицей насаженной детали.

Шлицевое соединение образуют выступы – зубья на валу и соответствующие впадины – шлицы в ступице. Рабочими поверхностями являются боковые поверхности зубьев. Зубья вала фрезеруют по методу обкатки или накатывают в холодном состоянии профильными роликами. Шлицы ступицы получают протягиванием.

Шлицевые соединения стандартизированы и широко применяются в машиностроении.

2.6.2 Достоинства и недостатки шлицевых соединений

Достоинства шлицевых соединений по сравнению со шпоночными:

· выше нагрузочная способность за счет большей рабочей поверхности и равномерности распределения давления по высоте зуба, возможность применения более коротких ступиц;

· выше надежность при динамических и реверсивных нагрузках;

· выше усталостная прочность;

· лучшее центрирование соединяемых деталей, отсутствие биения при высоких скоростях вращения.

Недостатки шлицевых соединений

· выше стоимость изготовления.

2.6.3 Виды шлицевых соединений

Шлицевые соединения различают:

по характеру соединения – неподвижные для закрепления деталей на валу и подвижные, допускающие перемещение ступицы вдоль вала (например, блока шестерен коробки передач);

по форме зуба – прямобочные (рис. 2.46а), эвольвентные (рис. 2.46б), треугольные (рис. 2.46в);

по способу центрирования (для обеспечения совпадения геометрических осей вала и ступицы) – с центрированием по наружному диаметру D (рис. 2.47а), по внутреннему диаметру d (рис. 2.47б) и по боковым поверхностям зубьев (рис. 2.47в). Зазор в контакте центрирующих поверхностей практически отсутствует, у нецентрирующих поверхностей – довольно значителен.

Допускаемые напряжения - student2.ru
а б в
Рис. 2.46. Виды шлицевых соединений
Допускаемые напряжения - student2.ru
а б в
Рис. 2.47. Способы центрирования шлицевых соединений

Прямобочные шлицы (ГОСТ 1139-80) (рис. 2.46а) имеют простую форму. Обычно они центрируются по наружному диаметру (около 80%), центрирование по внутреннему диаметру применяется реже из-за более сложной формы впадины между зубьями (необходимо делать канавку у основания зуба для уменьшения концентрации напряжений). Центрирование по боковым поверхностям зубьев не обеспечивает точного центрирования, но обеспечивает более равномерное распределение нагрузки между зубьями и применяется для высоконагруженных ответственных валов.

Эвольвентные шлицы (ГОСТ 6033-80) (рис. 2.46б) имеют профиль аналогичный профилю зубьев зубчатых колес. Обладают повышенной прочностью из-за большего количества зубьев, более широкого основания зуба и меньшей концентрацией напряжений.

Эвольвентные шлицы более технологичны. Для нарезания зубьев на валу требуется меньший набор более простых фрез, чем для нарезания прямобочных зубьев, из-за чего профиль получается точнее. Однако протяжки для ступиц более дороги, больше трудоемкость шлифования.

Центрирование – по наружному диаметру и по боковым поверхностям.

Треугольные шлицы (рис. 2.46в) – как правило, неподвижные. Имеют небольшую высоту зуба и применяются в стесненных габаритах. Угол профиля в вершине 36°.

2.6.4 Расчет шлицевых соединений

Шлицевые соединения рассчитываются на смятие:

Допускаемые напряжения - student2.ru ,

где Допускаемые напряжения - student2.ru – крутящий момент;

Допускаемые напряжения - student2.ru – число зубьев;

Допускаемые напряжения - student2.ru – средний диаметр соединения: Допускаемые напряжения - student2.ru ;

Допускаемые напряжения - student2.ru – высота зубьев: Допускаемые напряжения - student2.ru ;

Допускаемые напряжения - student2.ru – длина зубьев;

Допускаемые напряжения - student2.ru – коэффициент, учитывающий неравномерное распределение нагрузки между зубьями и вдоль зубьев: Допускаемые напряжения - student2.ru =0,5…0,7 – в зависимости от точности изготовления соединения;

Допускаемые напряжения - student2.ru – допускаемые напряжения смятия на боковых поверхностях.

Для неподвижных соединений с эвольвентными шлицами с химико-термической обработкой (цементация, азотирование) Допускаемые напряжения - student2.ru ; то же для подвижных соединений Допускаемые напряжения - student2.ru ; если химико-термической обработки нет, то Допускаемые напряжения - student2.ru снижается вдвое.

Для прямобочных шлицов Допускаемые напряжения - student2.ru приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6

Рекомендуемые значения допускаемых напряжений смятия Допускаемые напряжения - student2.ru для расчета шлицевых соединений

Соединение Условия эксплуатации Допускаемые напряжения - student2.ru , МПа, при поверхности зубьев
без термообработки с термообработкой
Неподвижное Тяжелые 35 – 50 40 – 70
Средние 60 – 100 100 – 140
Легкие 80 – 120 120 – 200
Подвижное Тяжелые 15 – 20 20 – 35
Средние 20 – 30 30 – 60
Легкие 25 – 40 40 – 70

3 ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ

3.1 Общие сведения

Винтовые механизмы предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное (реже наоборот). Основным элементом любого винтового механизма является винтовая пара, состоящая из винта и гайки.

Винтовые пары в механизмах могут быть парами скольжения или качения, кроме того, выполняются винтовые механизмы с гидростатическимивинтовыми парами. Они могут быть с ручным или механическим приводом. Наименьшим КПД обладают пары скольжения (примерно 0,3), пары качения и гидростатические пары имеют более высокий КПД (до 0,9).

3.1.1 Достоинства винтовых механизмов:

· Простота конструкции и изготовления;

· Компактность при высокой нагрузочной способности;

· Высокая надежность;

· Большой выигрыш в силе;

· Плавность и бесшумность работы;

· Возможность медленного и точного перемещения.

Недостаткивинтовых механизмов скольжения:

· Повышенный износ из-за трения;

· Большие потери на трение и низкий КПД;

· Невозможность применения при больших скоростях.

3.1.2 Область применения винтовых механизмов:

· Домкраты – грузоподъемные устройства, для подъема груза на небольшую высоту, используемые для выполнения монтажных и ремонтных работ;

· Прессы – нажимные устройства для создания воздействующей силы на обрабатываемый предмет;

· Зажимные устройства – зажимы, прижимы, струбцины, тиски – устройства для фиксации обрабатываемого предмета;

· Натяжные устройства – служат для создания и поддержания постоянным натяжения гибкого тягового органа в машинах непрерывного транспорта, цепных и ременных передачах и т.д.

3.1.3 Исполнениявинтового механизма могут быть:

1. С вращающимся винтом и поступательно движущейся гайкой. Такие передачи применяются, например, в винтовых стяжках – талрепах, в станках для подач рабочего инструмента, в нажимных и натяжных устройствах.

2. С вращающимся и поступательно передвигающимся винтом при неподвижной гайке: домкраты, винтовые прессы, натяжные устройства.

3. С вращающейся гайкой и поступательно перемещающимся винтом, например в механизмах изменения вылета кранов стрелового типа.

4. С поступательно движущимся винтом и вращающейся гайкой. В таких механизмах применяется резьба с большим углом наклона винтовой линии. Такие механизмы используются редко.

3.2 Конструкция винтов и гаек

Основные элементы любой винтовой пары это винт и гайка.

Винты представляют собой стержни с нанесенной на них резьбой (рис. 3.1). Концевые участки винтов имеют участки, предназначенные для крепления других элементов винтовой пары (например, рукояток, маховиков и т.д.) или для установки винта в опорах. Длинные винты делают составными.

Допускаемые напряжения - student2.ru
Рис. 3.1. Примеры конструкции ходовых винтов: а) винт прижимного устройства; б) винт домкрата; в) винт натяжного устройства

Гайки представляют собой втулки с внутренней резьбой и фланцем для осевого крепления (рис. 3.2а). Иногда гайки выполняют разрезными (рис. 3.2б).

Допускаемые напряжения - student2.ru
Рис. 3.2. Гайки винтовых механизмов

Для винтовых механизмов применяют резьбы с малыми углами профиля для уменьшения потерь на трение. Наиболее распространена трапецеидальная резьба со средними шагами (рис. 3.3а).

Допускаемые напряжения - student2.ru
а б
Рис. 3.3. Профили трапецеидальной а) и упорной б) резьб

Для высоконагруженных винтов домкратов и других механизмов с односторонним действием нагрузки целесообразно применять упорную резьбу (рис. 3.3б). Потери на трение в упорной резьбе меньше чем в трапецеидальной, но она имеет более сложный профиль.

Прямоугольная резьба обладает еще более низкими потерями на трение, но применяют ее редко. Недостатком прямоугольной резьбы является трудность изготовления, т.е. невозможность окончательной обработки фрезерованием и шлифованием.

Иногда, в порядке исключения, применяется метрическая резьба для винтовых механизмов с малой нагрузочной способностью (небольшие струбцины) или в измерительных инструментах (например, микрометры).

Основные геометрические параметры резьбы подробно представлены в разделе 2.1 «Резьбовые соединения».

3.3 Материалы винтов и гаек

Материалывинтов должны обладать высокой износостойкостью, хорошей обрабатываемостью, высокой прочностью. Таким требованиям лучше всего отвечают стали. Для слабонапряженных и тихоходных винтов применяют стали 45, 50 (ГОСТ 1050-88), для более ответственных механизмов – стали, подвергаемые закалке – 40Х, 40ХГ (ГОСТ 4543-71), 65Г (ГОСТ 1050-88), для ходовых винтов станков – азотируемые стали 40ХФА, 18ХГТ (ГОСТ 4543-71).

Поскольку в ходовых винтовых парах присутствует скольжение, для уменьшения трения гайки делают из антифрикционных материалов – оловянных бронз БрО10Ф1, БрО6Ц6С3 (ГОСТ 613-79), безоловянной бронзы БрА9Ж3Л (ГОСТ 493-79), чугунов СЧ 12-28, СЧ 15-32, СЧ 18-36 (ГОСТ 1412-70). В отдельных случаях возможно изготовление гайки из стали. Следует иметь в виду, что антифрикционные свойства у бронзы улучшаются с увеличением содержанием олова, а у чугуна – с уменьшением прочности. Кроме того, следует учитывать, что самый дешевый материал – чугун, а стоимость бронзы тем выше, чем больше содержание олова.

Наши рекомендации