Детали, входящие в машину, тем или иным способом соединены между собой. Соединения делят на разъемные и неразъемные.
Рис. 3.1. Схема образования резьбы
К разъемным соединениям относятся резьбовые, шпоночные и шлицевые.
Резьбовые соединения осуществляют с помощью болтов, винтов, шпилек и гаек. Основным элементом резьбовых соединений является резьба, располагаемая по винтовой линии на соединяющих деталях. Винтовая линия amn (рис. 3.1) образуется гипотенузой условного прямоугольного треугольника abc при навивании его на цилиндр. Расстояние между соседними точками винтовой линии, измеренное по образующей цилиндра, называется шагом резьбы S. Он равен высоте прямоугольного треугольника. Если резьба образована одной винтовой линией, она называется однозаходной. Бывают также резьбы многозаходные, образованные двумя и более винтовыми линиями. В зависимости от направления вращения треугольника различают левую и правую резьбу. Наиболее распространена правая резьба.
Резьбу изготавливают нарезкой вручную или на станках, накаткой, отливкой и другими способами. Основными элементами резьбы являются диаметр наружный d, средний d2 и внутренний d1; шаг S, угол профиля а, высота профиля h (рис. 3.2), угол подъема B (см. рис. 3.1) и число заходов.
Рис. 3.2. Элементы резьбы
Линейные размеры резьбы измеряют в миллиметрах (метрическая резьба) и в дюймах (дюймовая резьба). По назначению резьбы делят на крепежные и ходовые. К крепежным относятся метрическая с треугольным профилем (рис. 3.3, а), являющаяся основной крепежной резьбой, трубная треугольная со скругленными вершинами и впадинами (рис. 3.3, б) и круглая (рис. 3.3, в). Ходовые резьбы, применяющиеся в винтовых механизмах, бывают прямоугольные (рис. 3.3,г), трапецеидальные (рис. 3.3, д) и упорные (рис. 3.3, е).
Рис. 3.3. Профили резьбы
Крепежные резьбовые соединения бывают трех типов: болтовые, винтовые и соединения шпилькой.
Болты и винты — это стержни, имеющие на одном конце резьбу, а на другом конце головку. Болтовое соединение (рис. 3.4, а) осуществляют болтом и гайкой; применяется для соединения деталей небольшой толщины (головка болтов — шестигранная).
Винтовое соединение (рис. 3.4,б) выполняют винтом, ввинчиваемым в резьбовое отверстие одной из соединяемых деталей. Винты в отличие от болтов могут иметь как шестигранную, так и квадратную, полукруглую, цилиндрическую и потайную со шлицем головку. Соединение винтом используют в тех случаях, когда одна из деталей имеет значительную толщину, а также для соединения мелких металлических деталей.
Рис. 3.4. Резьбовые соединения
Шпильки (рис. 3.4, в) — стержни с резьбой на обоих концах. Одним концом шпилька завертывается в деталь, а на другой ее конец устанавливается вторая деталь и навинчивается гайка. Шпильки применяют там, где по конструктивным соображениям нельзя устанавливать болты, а применение винтов связано с опасностью разрушения резьбы, например при частой разборке и сборке соединения.
Для предохранения резьбовых соединений от самооткручивания разработаны следующие способы стопорения:
- повышение трения между витками резьбы гайки и болта постановкой контргайки (рис. 3.5, а), пружинной шайбой (рис. 3.5, б) и стопорных винтов (рис. 3.5, в);
- соединение гайки с болтом с помощью шплинта (рис. 3.5, г) или прошивкой проволокой группы болтов (рис. 3.5, д);
- соединение гайки с деталью специальными шайбами (рис. 3.5, е), планкой или приваркой (рис. 3.5, ж).
Детали резьбовых соединений изготавливают из углеродистых сталей. Размеры их стандартизованы.
Рис. 3.5. Способы стопорения резьбовых соединений
Шпоночные и шлицевые соединения применяют для закрепления деталей вращения (зубчатых колес, шкивов, звездочек) на осях и валах. Шпоночное соединение (рис. 3.6) осуществляют шпонкой, которую закладывают в совмещенные пазы вала и втулки. Шпонка не позволяет проворачиваться детали относительно вала и обеспечивает передачу вращающего момента.
В зависимости от формы шпонки бывают клиновые (рис. 3.7, а), призматические (наиболее распространены) (рис. 3.7, б, в) и сегментные (рис. 3.7, г). Сегментные шпонки применяют при небольших диаметрах вала (до 44 мм). Материал шпонок — конструкционная углеродистая или легированная сталь.
Рис. 3.6. Шпоночное соединение
Рис. 3.7. Типы шпонок
Призматические и сегментные шпонки стандартизованы. В зависимости от диаметра вала установлены размеры шпонок (ширина, высота, длина) и размеры пазов для них.
Шлицевые соединения образованы наружными зубьями вала и внутренними зубьями отверстия ступицы (рис. 3.8). По форме профиля зубьев различают прямобочные, эвольвентные и треугольные соединения (размеры первых двух соединений стандартизованы).
Рис. 3.8. Шлицевое соединение
Рис. 3.9. Типы заклепок: а — с полукруглой; б — с полупотайной; в — с потайной головкой
Шлицевые соединения обладают рядом преимуществ перед шпоночными: детали лучше центрируются, прочность шлицевых валов значительно выше, шлицы являются лучшими направляющими при передвижении детали вдоль вала. Наиболее распространены прямобочные и эвольвентные соединения. Треугольные соединения применяют при неподвижных деталях и тонких ступицах.
К неразъемным соединениям относятся заклепочные и сварные. Заклепочные соединения выполняют с помощью заклепок, которые представляют собой круглый стержень с головкой на одном конце. Заклепки бывают с полукруглой, потайной и полупотайной головками (рис. 3.9). Материал заклепок — малоуглеродистая сталь, медь, латунь, алюминиевые сплавы.
По назначению заклепочные швы делят на прочные, применяемые в конструкциях, где требуется прочность (перекрытия, колонны, балки), плотные — в конструкциях, обеспечивающих герметичность (баки, резервуары), и прочно-плотные (паровые котлы, газосборники). По конструкции они бывают внахлестку (рис. 3.10, а) и встык с одной (рис. 3.10, б) и двумя (рис. 3.10, в) накладками; по количеству рядов — однорядные и многорядные с параллельным и шахматным расположением заклепок в рядах. В процессе эксплуатации заклепочные соединения подвергаются срезу, смятию и изгибу.
Сварные соединения находят широкое применение при изготовлении тяжелых металлоконструкций, в ремонтном деле, при единичном и мелкосерийном производстве вместо литья. Соединения сваркой имеют ряд неоспоримых преимуществ перед клепкой: менее трудоемкие, меньше расход металла, возможность получения равнопрочного шва и др.
Рис. 3.10. Типы заклепочных соединений
По конструкции узлов сварные соединения делят на соединения встык (рис. 3.11, а), внахлестку (рис. 3.11, б), тавровые (рис. 3.11, в) и угловые (рис. 3.11, г). Сварные швы делят на стыковые (рис. 3.11, а) и валиковые (рис. 3.11, б, в, г).
Рис. 3.11. Типы сварных соединений
