Профильные соединения

Профильным называется разъемное соединение, у которого ступица насаживается на фасонную поверхность вала. Простейшим таким соединением является соединение вала, имеющего на конце квадратные поперечные сечения с маховичком, рукояткой.

К профильным соединениям относят соединения вала со ступицей по овальному контуру, трехгранному контуру (рис.3.13,а), соединению на лыске (рис. 3.13,б). Достоинствами таких соединений являются лучшее по сравнению со шпоночным центрирование и отсутствие концентраторов напряжений, к недостаткам следует отнести сложность и трудоёмкость и относительно высокую стоимость изготовления фасонных поверхностей.

а б

б

Рис. 3.13 – Профильные соединения

3.3.1.6 Клиновое соединение

Клиновым называют разъемное соединение, затягиваемое или регулируемое с помощью клина. Типичным примером клинового соеди­нения является соединение стержня с втулкой. Со­единение обычно затягивают, забивая клин или перемещая его посредством винта.

Рис. 3.14 – Клиновое соединение стержня с втулкой

Клиновое соединение применяют в виду их простоты конструкции, удобства быстрой сборки и разборки, возможности восприятия больших нагрузок. Уклон клина из условий самоторможения 1:100 или 1:40. При меньших уклонах необходимо клин закреплять, например, шатун педали велосипеда закрепляют с помощью резьбового соединения.

Достоинства клинового соединения:

1 Бы­строта сборки и разборки;

2 Возможность создания больших сил затяжки и возможность восприятия

больших нагрузок;

3 Относитель­ная простота конструкции.

Недостаток клинового соединения – значительное ослабление скрепляемых деталей отверстием под клин.

По назначению клиновые соединения раз­деляют на:

1 Силовые, предназначены для прочного скрепления деталей;

2 Установочные, предназначены для установки и регулирова­ния требуемого взаимного положения деталей.

Силовые соединения применяют для постоян­ного скрепления при редких разборках в маши­нах и при частой сборке и разборке в приспособ­лениях для обработки деталей на станках и в сборных литейных моделях.

Большинство силовых клиновых соединений выполняют с предварительным натягом: клином создается внутренняя сила, действующая и при отсутствии внешней нагрузки. Установочные клиновые соединения обычно выполняют без предварительного натяга с силовым замыкани­ем, преимущественно нагрузкой от сил тяжести.

В клиновых соединениях применяют почти исключительно односкосные клинья. Рабочие по­верхности клиньев выполняют цилиндрически­ми или плоскими с фасками. В крепежных клиновых соединениях уклоны выбирают из условия самоторможения равными 1:100, 1:50, в часто затягиваемых и установоч­ных клиньях – 1: 20, 1: 10, 1: 4.

3.3.1.7 Фланцевое соединение

Фланцевое соединение - соединение болтами (винтами, шпильками) деталей корпусов или труб, снабженных специальными поясками – фланцами.

Рис. 3.15 – Фланцевое соединение: 1 – фланец; 2 - прокладка

3.3.1.8 Шарнирное соединение

Соединение на оси двух или более деталей (пластин, стержней и т.п.) механизма, поворачивающихся друг к другу под углом (петля, крестовый шарнир Гука и т. под.)

Рис. 3.16 – Шарнирные соединения

3.3.1.9 Соединения с натягом

Соединение деталей машин с натягом (прессовое соединение) т.е. разностью посадочных размеров - осуществляют за счет их пред­варительной деформации. С помощью натяга соединяют обычно детали с цилиндри­ческими и реже коническими поверхностями контакта.

Соединение деталей с натягом представляет собой сопря­жение, в котором передача нагрузки от одной детали к другой осуществляется за счет сил трения на поверх­ностях контакта, образующихся благодаря силам упругости. Вследствие этого соеди­нение имеет нежесткую фиксацию деталей в осевом и окружном направлениях.

Соединения используют сравнительно часто для посадки на валы и оси подшипников, зуб­чатых колес, шкивов, звездочек и др.

Способы соединения:

1 При сборке механическим способом охватывае­мую деталь с помощью пресса устанавливают в охватывающую деталь или наоборот. Этот способ ис­пользуется при сравнительно небольших натягах;

2 Тепловой способ соединения применяет­ся при больших натягах и производится путем нагрева охватывающей детали до температуры 300 °С в масляной ванне или охлаждения в жидком азоте охватываемой детали. Вы­бор способа зависит от соотношения масс и конфигурации деталей.

В настоящее время получили распрост­ранение так называемые термомеханичес­кие соединения элементами с памятью формы. Это свойство присуще сплавам, испытывающим обратимое мартенситное превращение, и характеризуется как спо­собность материала, деформированного в мартенситном состоянии, полностью или частично восстанавливать свою форму в процессе последующего нагрева.

Для конструкционных элементов с па­мятью формы используют никель титановый сплав с температурами мартенсит­ного превращения 80 - 150 °С и вос­становления формы - 140 - 60 °С. Сплав практически полностью восстанавливает заданную деформацию и развивает на­пряжение в условиях противодействия процессу формовосстановления до 200 ­- 400 МПа.

Для предупреждения быстрого нагрева деталь устанавливают монтажными кле­щами, губки которых либо изготовляют из материала с большей теплоемкостью, на­пример, меди, либо имеют хлопчатобумаж­ный вкладыш, впитывающий жидкий азот. Допускается сборка такими клещами в течение 2 - 3 мин.

Нагрев детали теплотой окружающей среды приводит к восстановлению её прежних размеров и образованию натяга.

Достоинства соединений с натягом оче­видны: они сравнительно дешевы и просты в выполнении, обеспечивают хорошее цент­рирование сопрягаемых деталей и могут воспринимать значительные статические и динамические нагрузки. Области примене­ния таких соединений непрерывно расши­ряются.

Недостатки соединений: высокая трудо­емкость сборки при больших натягах; сложность разборки и возможность при этом по­вреждения посадочных поверхностей; высокая концентрация напряжений; склонность к контактной коррозии из-за неизбежных осевых микросмешений точек деталей вблизи краев соединения и, как следствие, пониженная прочность соедине­ний при переменных нагрузках; отсутст­вие жесткой фиксации деталей.

Соединения запрессовкойполучают путем создания гарантированного натяга между охватываемой и охватывающей поверхностями при сборке. После сборки вследствие упругих и пластических деформаций на поверхности контакта возникает удельное давление и соответствующие ему силы трения, препятствующие взаимному смещению деталей.

Сборка при соединении запрессовкой может осуществляться одним из трех способов: прессование без нагрева, с нагревом втулки или с охлаждением вала. Наиболее распространены соединения запрессовкой по цилиндрическим поверхностям. Они применяются для соединения зубчатых колес на валиках, при соединении зубчатого венца червячного колеса со ступицей. Для облегчения сборки на деталях выполняют направляющие фаски. Сборка с нагревом втулки может вызвать изменение структуры, коробление детали. Предпочтительнее сборка с охлаждением вала. Для охлаждения используют жидкий азот (минус 196 °С) или сухой лёд (минус 72 °С).

При малых размерах соединяемых деталей часто используют запрессовку на валик с накаткой, что значительно уменьшает стоимость соединения за счёт снижения точности изготовления соединяемых поверхностей. На валу накатывают треугольные выступы (шлицы), при этом часть материала вала выдавливается инструментом и первоначальный диаметр вала увеличивается. Прочность соединения зависит от глубины вдавливания накатанных зубцов в цилиндрическую поверхность сопряженной детали. В процессе запрессовки материал втулки деформируется и заполняет впадины вала. Соединение с накаткой применяют для сборки стальных или латунных валиков с алюминиевыми или пластмассовыми деталями. Этот вид соединения хуже прессовых центрирует детали, но при этом не требуются высокие точность и чистота обработки поверхностей, упрощается сборка. Чем больше натяг и параметры шероховатости поверхности, тем выше надежность соединения.

Достоинствами соединений запрессовкой являются: отсутствие дополнительных креплений, простота конструкции, хорошая центровка сопрягаемых деталей, возможность передачи значительных осевых усилий и крутящих моментов. К недостаткам соединений относятся: высокие точность и стоимость изготовления соединяемых деталей, сложность сборки, влияние величины натяга, коэффициента трения и рабочих температур на прочность соединения.

Прессовое соединение – соединение составных частей изделия с гарантированным натягом в следствие того, что размер охватываемой детали больше соответствующего размера охватывающей детали.

Варианты осуществления соединений: а - нагрев втулки; б - напрессовывание; в - охлаждение вала (при температуре: твердой углекислотой минус 79°С; жидким воздухом минус 196°С). На контактных поверхностях деталей возникает значительное удельное давление, за счет сил трения.

3.3.1.10 Контактное соединение

Контактное соединение – разъемное соединение, выполненное путем соприкосновения соединяемых изделий. Например, штекерный разъем (ШР); электрическая вилка и розетка. Байонетное соединение, например крепление штыка на винтовке. Слово «байонет» происходит от названия французского города Байонны, где по легенде впервые был изобретён штык.

Рис. 3.17 – Байонетное соединение

Дата добавления: 2014-01-04