Клиновые, штифтовые и профильные соединения

Клиновым называется разъемное соединение составных частей изделия с применением детали, имеющей форму клина. Клиновые соединения подразделяют на установочные (рис. 3.31, а), предназначенные для регу­лирования и установки нужного взаимного положения деталей, и силовые (рис. 3.31, б, в), предназначенные для прочного скрепления деталей. Клиновые соединения применяют, например, для регулирования положения подшипников валков прокатных станов, для соединения штока с ползуном в паровых машинах или насосах, соединения протяжек с патроном протяжного станка; рассмотренные ранее соединения клиновыми и тангенциальными шпонками также можно отнести к числу клиновых соединений.

Достоинства клиновых соединений: простота и надежность конструкции, возможность создания и восприятия больших усилий, быстрота сборки и разборки соединения. Недостатки: значительное ослабление сечений соединяемых деталей пазами под клинья, нетехнологичность этих пазов и концентрация напряжений, что существенно сокра тило область применения клиновых соединений в современных конструкциях.

Силовые клиновые соединения бывают ненапряженные, в которых нет напряжений до приложения внешней силы F (рис. 3.31, б), и напряженные, в которых осуществляется предварительный натяг силой О (рис 3.31, в), где натяг осуществляется с помощью буртика на стержне). Ненапряженные соединения применяют при постоянных односторонних нагрузках, напряженные — при знакопеременных нагрузках. Для обеспечения самоторможения соединения необходимо, чтобы угол скоса клина был меньше удвоенного угла трения, т. е. α < 2φ.

Рисунок 3.31 - Клиновые соединения:

(а) установочные, (б) силовые ненапряженные, (в) силовые напряженные

Критерием работоспособности клинового соединения является прочность. В клиновых соединениях рассчитывают стержень по ослабленному сечению и хвостовую часть стержня на срез, поверхность кон­такта клина со стержнем и втулкой на смятие и клин на изгиб; расчетная схема клина на изгиб показана на рис. 3.31, б.

Напряженное клиновое соединение рассчитывают так же, как нена­пряженное, но по расчетной нагрузке F_p = 1,25F.

Штифтовым называется соединение составных частей изделия с применением штифта. Штифтовые соединения применяют для фиксации взаимного положения деталей (рис. 3.32, а, б), при передаче сравнительно небольших вращающих моментов (рис. 3.32, в); для закрепления деталей на конце вала применяется соединение, где штифт выполняет роль круг­лой шпонки (рис. 3.35, г). В качестве распространенного примера можно привести фиксацию двумя штифтами взаимного положения корпуса и крышки редуктора, что необходимо при совместной механической обра­ботке этих деталей и для сборки редуктора.

Рисунок 3.32 - Штифтовые соединения:

(а), (б) для фиксации взаимного положения деталей, (в) при передаче сравнительно небольших вращающих моментов, (г) для закрепления деталей на конце вала

Достоинства штифтовых соединений: их простота, технологич­ность и низкая стоимость. Недостаток некоторых штифтовых со­единений — ослабление сечения вала отверстием и связанная с этим кон­центрация напряжений.

Конструкция и размеры штифтов регламентированы многими стан­дартами. Основные типы стандартных штифтов представлены на рис. 3.33: конический гладкий (а), конический насеченный (б), цилиндриче­ский гладкий (в), цилиндрический насеченный (г), пружинный (д). Кроме того, стандартизованы штифты цилиндрические насеченные с кониче­скими насечками, штифты цилиндрические и конические с внутренней резьбой, штифты конические с резьбовой цапфой (резьба на штифтах служит либо для их закрепления, либо для извлечения из отверстия при разборке); стандартизованы также штифты конические разводные, штифты цилиндрические закаленные и штифты цилиндрические заклепочные (эти штифты с канавками имеют головки и их применяют вместо гвоздей или шурупов).

Гладкие конические и цилиндрические штифты чаще всего применяют в качестве установочных для фиксации взаимного положения соединяемых деталей; отверстия под штифты в этих деталях сверлят и разворачивают совместно. Цилиндрические штифты ставят в отверстия с ' натягом; в движущихся соединениях концы штифтов расклепывают. Конические штифты изготовляют с конусностью 1:50, обеспечивающей са­моторможение; они допускают многократную сборку-разборку и поэтому применяются чаще.

Рисунок 3.33 - Типы стандартных штифтов:

(а) конический гладкий, (б) конический насеченный, (в)цилиндриче­ский гладкий, (г) цилиндрический насеченный, (д) пружинный

Хорошо зарекомендовали себя в качестве крепежных насеченные штифты, так как они не требуют развертывания отверстий при установке, надежно сцепляются при забивании со стенками отверстия, допускают многократную сборку-разборку без заметного ухудшения сцепления.

Пружинные штифты вальцуют из ленты пружинной стали и закаливают. Ввиду большой податливости их можно устанавливать в грубо об­работанные отверстия, причем обеспечивается надежное сцепление привибрационных и ударных нагрузках, допускается многократная разборка и сборка.

Штифты обычно изготовляют из углеродистой или пружинной стали, для соединения пластмассовых деталей применяют штифты из пластмасс.

Критерием работоспособности крепежного штифтового соединения является прочность. В соединении диаметр d_ш штифта можно определить из расчета его на срез по двум поперечным сечениям; в соединении диаметр d_ш и длина l круглой шпонки определяются из расчета на срез по диаметральному сечению (один из размеров задается, например, d_ш = 0,25d_B, где d_B — диаметр вала), а затем проверяют соединение на смятие, причем условная площадь смятия равна половине площади диаметрального сечения круглой шпонки. Насеченные штифты рассчитывают так же, как и гладкие, но с коэффициентом ослабления, равным 1,3...1,5.

Профильным называется соединение, у которого сопрягаемые поверхности составных частей изделия имеют форму определенного профиля. Наиболее распространенным примером такого соединения яв­ляется посадка ручек или маховиков на оси и валы с концами квадратного сечения (рис. 3.34).

Рисунок 3.34 - Посадка ручек или маховиков на оси и валы с концами квадратного сечения

Более совершенны профильные соединения с оваль­ным контуром, которые могут быть цилиндрическими (рис. 3.35, а) или коническими (рис. 3.35, б); последние применяют при передаче не только вращающего момента, но и осевой нагрузки.

Рисунок 3.35 - Профильные соединения с оваль­ным контуром:

(а) цилиндрические, (б) конические

Достоинства профильных соединений по сравнению со шпоночными и шлицевыми следующие: в соединениях с овальным контуром практически отсутствует концентрация напряжений, обеспечивается лучшее центрирование деталей: отсутствие резких переходов в форме сечения снижает опасность появления трещин при термообработке. Недостатком профильных соединений по сравнению со шлицевыми является возникновение действующих на ступицу распорных сил и значительно большие напряжения смятия, в результате чего нагрузочная способность профильных соединений меньше, чем шлицевых.

Расчет профильных соединений заключается в проверке прочности рабочих поверхностей на смятие, прочности и радиальной деформа­ции ступицы.