🗊Презентация Соединения деталей

Тема 5 СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ Вопросы, изложенные в лекции: 5.1 Общие сведения. Классификация. 5.2 Неразъемные соединения 5.3 Разъемные соединения

5.1 Общие сведения. Классификация Соединения  неподвижные связи между элементами машин. Соединение деталей – конструктивное обеспечение их контакта с целью кинематического и силового взаимодействия, либо для образования из них частей (деталей, сборочных единиц) механизмов, машин и приборов. Неразъемными называют соединения, которые невозможно разобрать без разрушения или повреждения деталей. К ним относятся заклепочные, сварные, клеевые соединения, а также соединения с гарантированным натягом. Разъемными называют соединения, которые можно многократно собирать и разбирать без повреждения деталей. К разъемным относятся резьбовые, шпоночные и шлицевые соединения, штифтовые и клиновые соединения.

Классификация соединений: по возможности разборки без разрушения соединяемых деталей – разъёмные и неразъёмные соединения; по возможности относительного взаимного перемещения соединяемых деталей – подвижные и неподвижные соединения; по форме сопрягаемых (контактных) поверхностей – плоское, цилиндрическое, коническое, сферическое, винтовое, профильное соединения; по технологическому методу образования – сварное, паяное, клеёное (клеевое), клёпаное, прессовое, резьбовое, шпоночное, шлицевое, штифтовое, клиновое, профильное соединения.

Требования К соединениям в зависимости от их назначения предъявляются требования прочности, плотности (герметичности) и жесткости. Основным критерием работоспособности и расчета соединений является прочность. Необходимо стремиться к тому, чтобы соединение было равнопрочным с соединяемыми элементами. При оценке прочности соединения стремятся приблизить его прочность к прочности соединяемых элементов, т.е. стремятся обеспечить равнопрочность конструкции. Требование плотности является основным для сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Уплотнение разъемного соединения достигается за счет: 1) сильного сжатия достаточно качественно обработанных поверхностей; 2) введения прокладок из легко деформируемого материала.

5.2 Неразъемные соединения 5.2.1 Заклёпочные соединения Заклепочные соединения состоят из двух или несколь-ких листов или деталей, соединяемых в неразъемную конструкцию с помощью заклепок (рис. 5.1). Заклепкой называют круглый стержень, имеющий сформированную закладную головку 1 на одном конце и формируемую в процессе клепки замыкающую головку 2 на другом его конце. При этом детали сильно сжимаются, образуя прочное, неподвижное неразъёмное соединение.

Рис. 5.2. Основные типы заклёпочных швов: Рис. 5.2. Основные типы заклёпочных швов: а – нахлёсточный; б – стыковой с одной накладкой; в – стыковой с двумя накладками.

Достоинства: - высокая надежность соединения; - удобство контроля качества клепки; - повышенная сопротивляе-мость ударным и вибрационным нагрузкам; - возможность соединения деталей из трудносваривае-мых металлов, например из алюминия; - неизменность физико-хими-ческих свойств материалов соединяемых деталей ; - не дают температурных деформаций; - детали при разборке не разрушаются.

Классификация заклёпочных соединений : 1) по функциональному назначению – прочные, предназначенные только для передачи нагрузки; плотные, обеспечивающие герметичное разделение сред, и прочно-плотные, способные выполнять обе названные функции; 2) по конструктивным признакам шва – нахлёсточное соединение (рис. 5.2, а); стыковое соединение, которое в свою очередь может быть выполнено с одной (рис. 5.2, б) либо с двумя (рис. 5.2, в) накладками; 3) по числу поверхностей среза, приходящихся на одну заклёпку, под действием рабочей нагрузки – односрезные; двухсрезные; и т.д.; многосрезные; 4) по количеству заклёпочных рядов в шве – однорядные; двухрядные; и т.д.; многорядные.

Рис. 5.3. Некоторые виды заклёпок : а) со сферической головкой; б) с потайной головкой; в) с полупотайной головкой; г) полупустотелая с цилиндрической головкой; д) пустотелая (пистон)‏ Рис. 5.3. Некоторые виды заклёпок : а) со сферической головкой; б) с потайной головкой; в) с полупотайной головкой; г) полупустотелая с цилиндрической головкой; д) пустотелая (пистон)‏

Материалы для изготовления заклёпок Требования к материалу заклёпки: 1) высокая пластичность и незакаливаемость при нагревании; 2) температурный коэффициент расширения, близкий таковому соединяемых деталей; 3) отсутствие гальванической пары с материалом соединяемых деталей. Материалы: 1) стали малоуглеродистые – Ст0; сталь 10; сталь 20; сталь 10ГС и др.; 2) медь и её сплавы – медь 0; латуни (Л62 и др.): 3) алюминий и его сплавы (АД1, Д18П,ВАД23 и др.); 4) термопластичные пластмассы (полиамиды, этиленпласты и др.)

РАСЧЕТ ПРОЧНЫХ ЗАКЛЕПОЧНЫХ ШВОВ ПРИ ОСЕВОМ НАГРУЖЕНИИ СОЕДИНЯЕМЫХ ДЕТАЛ ЕЙ В качестве примера рассмотрим простейший заклепочный шов  однородный односрезный внахлестку (рисунок 5.5).   При нагружении шва осевой силой F детали (листы) стре-мятся сдвинуться относительно друг друга. При конструирова-нии прочных швов диаметр заклепки d выбирают исходя из расчетной нагрузки F , действующей на шов. Заклепочное соединение рассчитывают: на смятие поверхностей заклепок и отверстий   (1) где S  меньшая из толщин склепываемых деталей, мм; d0  диаметр отверстия под заклепку, мм; Z  число заклепок; и  расчетное и допустимое напряжение на смятие, Н/мм для мене прочного из контактирующих материалов, т.е. для деталей или для заклепок.

на срез заклепок:   (2)  где n  число плоскостей среза одной заклепки (на рисунке n=1); и  расчетное и допустимое напряжение на срез, Н/мм на разрыв листа по сечению II   ; (3)  где t  шаг шва, мм; m  число отверстий в сечении, в котором определяется (на рисунке m=2);σр и [σ]р  расчетное и допускаемое напряжение на растяжение в Н/мм для соединяемых деталей. На срез края детали одновременно по двум сечениям IIII. Для надежности расчета принимают, что срез может произойти по длине (е - d /2). ,

(4) где F0 =F/Z  усилие, приходящееся на одну заклепку; и  расчетное и допускаемое напряжения на срез в Н/мм для соединяемых деталей.   При условии равнопрочности всех элементов шва: диаметр заклепок для швов внахлестку (см. рисунок) или с одной накладкой  d= (12) ; (5) шаг заклепочного шва  t=(36)d ; (6) расстояние от края детали до оси заклепки при продавленных отверстиях  e=2d ; (7) при сверленных отверстиях e=1,65d ; (8) расстояние между рядами заклепок a≥ 0,6t; (9) толщина накладок S =0,8S (10) Необходимое число заклепок Z определяют расчетом из условий прочности на смятие и срез по формулам (1 и 2).

КОЭФФИЦИЕНТ ПРОЧНОСТИ ШВА  Отверстия под заклепки снижают прочность соединяемых деталей на растяжение. Число, показывающее, во сколько раз прочность на растяжение детали с отверстиями под заклепки меньше прочности на растяжение той же детали без отверстий, называют коэффициентом прочности шва и обозначают буквой  . Сечение детали по длине одного шага t ослаблено отверстием диаметра d (см рисунок 2), следовательно   (11)   Чем больше значение  , тем лучше использован материал склепываемых деталей. Для повышения значения  уменьшают d и увеличивают t, т.е. применяют многорядные двухсрезные швы.

5.2.2 Соединение деталей с гарантированным натягом (прессовые соединения) Соединения деталей с натягом – это напряженные соединения, в которых натяг создается необходимой разностью посадочных размеров вала и втулки. Для закрепления деталей используют силы упругости предварительно деформированных деталей. Соединения с натягом можно разделить на две группы: - соединение деталей по цилиндрическим или коническим поверхностям (здесь отсутствуют какие-либо специальные соединительные детали); - соединения деталей по плоскости с помощью стяжных колец или планок.

Рис. 5.6 - Соединения с гарантированным натягом: а — посадка с зазором; б — посадка с натягом

Достоинства: простота конструкции, возможность передачи больших нагрузок как статических, так и динамических (ударных), обеспечение хорошего центрирования соединяемых деталей; возможность применения при очень больших осевых нагрузках и вращающих моментах. могут воспринимать произвольно направленные силы и моменты, а соединения по цилиндрическим и коническим поверхностям дополнительно обеспечивают хорошее центрирование и не требует специальных крепёжных деталей.

5.2.3 Сварные соединения Сварные соединения – неразъёмные соединения, образованные посредством установления межатомных связей между деталями при расплавлении соединяемых кромок, пластическом их деформировании или при совместном действии того и другого. Они образуются путем местного нагрева деталей в зоне их соединения. В современном машиностроении применяют различные способы сварки, из которых наибольшее распространение получила электрическая. Основные виды электросварки  дуговая и контактная.

Достоинства: невысокая стоимость соединения благодаря малой трудоемкости процесса сварки и простоты конструкции сварного шва; сравнительно небольшая масса конструкции (на 2025 меньше массы клепанной), так как: а) поскольку отсутствуют отверстия под заклепки, требуется меньшая площадь сечений свариваемых деталей; б) соединение деталей может выполняться встык без накладок; в) отсутствуют выступающие массивные головки заклепок. герметичность и плотность соединения; возможность автоматизации процесса сварки; возможность сварки толстых профилей.

Некоторые разновидности технологических процессов получения сварных соединений По наличию источника тепла: холодная сварка, сварка с нагреванием; по применяемому источнику тепла: газовая, электродуговая, электрошлаковая, контактная, электроннолучевая, лазернолучевая и др.; по наличию жидкого металла при образовании соединения: сварка без расплавления – кузнечная, контактная, прессовая, диффузионная и т.п., сварка плавлением – электродуговая, электрошлаковая, газовая и ряд других;

Электродуговая сварка плавлением находит самое широкое применение в промышленности, строительстве и других областях производства, как с применением неплавящихся (уголь, вольфрам) электродов, так и плавящихся. Электродуговую сварку неплавящимся электродом изобрел в конце XIX века (сварка угольным электродом предложена в 1882 г., патент в 1885 г.) Николай Николаевич Бенардос (18421905), а в 1888 усовершенствовал этот метод, применив плавящийся металлический электрод, Николай Гаврилович Славянов (18541897). В настоящее время многие элементы сварного соединения, полученного электродуговой сваркой стандартизованы.

Определения: Металл, затвердевший после расплавления и соединяющий сваренные детали соединения, называют сварочным швом. Формирование сварочного шва сопровождается частичным оплавлением поверхностей деталей, участвующих в образовании сварного соединения. Поверхности свариваемых деталей, подвергающиеся частичному оплавлению при формировании сварочного шва и участвующие в образовании соединения, называются свариваемыми кромками.

Рис. 5.7. Конструктивные типы сварных соединений: Рис. 5.7. Конструктивные типы сварных соединений: а) стыковое; б) угловое; в) тавровое; г) нахлёсточное; д) торцовое

Рис. 5.9. Расположение сварочных швов по отношению к действующей нагрузке: а) лобовой; б) фланговый; в) косой; г) комбинированный. Рис. 5.9. Расположение сварочных швов по отношению к действующей нагрузке: а) лобовой; б) фланговый; в) косой; г) комбинированный.

Угловые швы обычно рассчитываются на срез по опасному (наименьшему) сечению (сечение А-А на рис.). В этом случае касательные напряжения Угловые швы обычно рассчитываются на срез по опасному (наименьшему) сечению (сечение А-А на рис.). В этом случае касательные напряжения

Паяные соединения.

Достоинства и недостатки паяных соединений Достоинства паяных соединений: 1) возможность соединения разнородных материалов; 2) возможность соединения тонкостенных деталей; 3) возможность получения соединения в труднодоступных местах; 4) коррозионная стойкость; 5) малая концентрация напряжений вследствие пластичности припоя; 6) герметичность паяного шва. Недостатки паяных соединений: 1) пониженная прочность шва в сравнении с основным металлом; 2) требования высокой точности обработки поверхностей, сборки и фиксации деталей под пайку.

Клеевые соединения Определение Клеевые соединения  соединения, образованные под действием адгезионных сил, возникающих при затвердевании или полимеризации клеевого слоя, наносимого на соединяемые поверхности. Клеи не являются металлами. Конструкционные клеи, склейка которыми способна выдерживать после затвердевания клея нагрузку на отрыв и сдвиг (клеи БФ, эпоксидные, циакрин и др.). Неконструкционные клеи  соединения с применением которых не способны длительное время выдерживать нагрузки (клей 88Н, иногда резиновый и др.). Большинство клеев требует выдержки клеевого соединения под нагрузкой до образования схватывания и последующей досушки в свободном состоянии. Некоторые клеи требуют нагрева для выпаривания растворителя и последующей полимеризации. Клеевые соединения часто применяют в качестве контровочных для резьбовых соединений. Как правило, клеевые соединения лучше работают на сдвиг, чем на отрыв. Расчет паянных и клеевых соединений ведется на сдвиг или на отрыв - в зависимости от их конструкции.

5.3 Разъемные соединения

5.3.2 Резьбовые соединения Резьбовые соединения - разъемные, собираемые с помощью резьбовых крепежных деталей. Резьба – поверхность, образованная при винтовом движении плоского контура по цилиндрической или конической поверхности или совокупность чередующихся выступов и впадин определённого профиля, расположенных по винтовой линии на поверхности тела вращения (обычно цилиндра или конуса). Применяется - для устранения возможности перемещения соединяемых деталей; - для удержания деталей на определенном расстоянии друг от друга; - для обеспечения плотности стыка соединяемых деталей; - для осуществления поступательного движения (пресса, домкраты, ходовые винты); - для получения точных относительных перемещений.

Достоинства резьбовых соединений: Достоинства резьбовых соединений: 1) возможность создания больших осевых нагрузок при малых усилиях на инструменте; 2) возможность фиксации в затянутом состоянии (самоторможение); 3) удобство сборки и разборки с применением стандартных инструментов; 4) простота конструкции и возможность точного изготовления; 5) наличие широкой номенклатуры стандартных крепёжных изделий (винты, болты гайки); 6) низкая стоимость крепёжных изделий благодаря массовости и высокой степени автоматизации производства; 7) малые габариты в сравнении с соединяемыми деталями. Недостатки резьбовых соединений: 1) высокая концентрация напряжений в дне резьбовой канавки; 2) значительные энергопотери в подвижных резьбовых соединениях (низкий КПД); 3) большая неравномерность распределения нагрузки по виткам резьбы; 4) склонность к самоотвинчнванию при знакопеременных нагрузках; 5) ослабление соединения и быстрый износ резьбы при частых сборках и разборках.

Рис.5.10 – Классификация резьб

Классификация резьб: по эксплуатационному назначению – крепёжная, крепёжно-уплотняющая, ходовая (для преобразования движения), специальная (например, ниппельная); 2) по форме поверхности, несущей резьбу – цилиндрическая и коническая; 3) по форме профиля резьбы в поперечном сечении нарезки (рис. 13.2)  треугольная, трапецеидальная, упорная, прямоугольная, круглая; 4) по расположению – наружная и внутренняя; 5) по величине шага нарезки  нормальная (с крупным шагом нарезки) и мелкая (с уменьшенным шагом нарезки); 6) по направлению нарезки  правая (применяется чаще) и левая; 7) по числу заходов (по количеству параллельных гребешков движущихся вдоль одной и той же винтовой линии) – одно-, двух-, трёх-, и т.д., многозаходная; 8) по исходной метрической системе – метрическая и дюймовая.

Основы образования резьбы В основе образования резьбы лежит принцип получения винтовой линии. Винтовая линия – это пространственная кривая, которая может быть образована точкой, совершающей движение по образующей какой-либо поверхности вращения, при этом сама образующая совершает вращательное движение вокруг оси. Если в качестве поверхности принять цилиндр, то полученная на его поверхности траектория движения точки называется цилиндрической винтовой линией. Если движение точки по образующей и вращение образующей вокруг оси равномерны, то винтовая цилиндрическая линия является линией постоянного шага. На развертке боковой поверхности цилиндра (рис.5.10) такая винтовая линия преобразуется в прямую линию.

Если на поверхности цилиндра или конуса прорезать канавку по винтовой линии, то режущая кромка резца образует винтовую поверхность, характер которой зависит от формы режущей кромки. Образование винтового выступа можно представить как движение треугольника, трапеции, квадрата по поверхности цилиндра или конуса так, чтобы все точки фигуры перемещались по винтовой линии (рис. 5.11). Цилиндрическая резьба – резьба, образованная на цилиндрической поверхности. Коническая резьба – резьба, образованная на конической поверхности. Правая резьба – резьба, образованная контуром, вращающимся по часовой стрелке и перемещающимся вдоль оси в направление от наблюдателя. Левая резьба – резьба, образованная контуром, вращающимся против часовой стрелке и перемещающимся вдоль оси в направление от наблюдателя.

Рис. 5.11

Для однозаходной резьбы (рис. 5.12,а) величина хода винта Рh равна шагу Р. Для двух- (рис. 5.12,б) и трехзаходных (рис. 5.12,в) винтов, когда осуществляется одновременная навивка соответственно двух и трех проволок указанного сечения, величина хода соответственно равняется 2Р – для двухзаходного винта и ЗР – для трехзаходного.

Классификация резьбовых соединений Резьбовое соединение – соединение деталей с помощью резьбы, обеспечивающее их относительную неподвижность или заданное перемещение одной детали относительно другой. Конструктивно резьбовые соединения очень разнообразны, но все могут быть отнесены к одному из следующих двух типов: - резьбовые соединения, осуществляемые непосредственным свинчиванием соединяемых деталей, без использования специальных соединительных деталей; - резьбовые соединения, осуществляемые при помощи специальных соединительных деталей: болтов, винтов и шпилек с гайками и шайбами. На рис. 5.13 деталь 1 — резьба цилиндрическая, наружная; деталь 2 — резьба цилиндрическая внутренняя. Наружная резьба – резьба, образованная на наружной, охватываемой поверхности, которая носит название болт или винт. Внутренняя резьба – резьба, образованная на внутренней, охватывающей поверхности, которая носит название гайка.

Геометрические параметры резьбы. d - номинальный диаметр резьбы (наружный диаметр болта или винта), этот диаметр входит в обозначение резьбы и во всех документах указывается в миллиметрах, например, М5, М8, М24 (буква М указывает, что резьба метрическая); d1 – внутренний диаметр резьбы гайки – диаметр цилиндра, касающегося вершин гребней резьбы в гайке (номинальные значения d и d1 одинаковы для винта и гайки, зазоры во впадинах образуются за счет предельных отклонений размеров диаметров); d3 – внутренний диаметр резьбы винта – диаметр цилиндра, касающегося дна впадин между гребнями резьбы; d2 – средний диаметр резьбы – диаметр цилиндра, на котором толщина выступов резьбы равна ширине впадин между ними; p – шаг резьбы – расстояние между одноимёнными точками двух соседних гребней резьбы; ph – ход резьбы – расстояние между одноимёнными точками двух соседних гребней резьбы, принадлежащих одному гребню нарезки; α – угол профиля резьбы - угол между ее смежными боковыми сторонами в плоскости осевого сечения; ψ – угол подъёма резьбы - угол подъема развертки винтовой линии по среднему диаметру.

Резьба метрическая

Ось резьбы – прямая, относительно которой происходит винтовое движение плоского контура, образующего резьбу. Боковые стороны профиля – прямолинейные участки профиля, принадлежащие винтовым поверхностям. Вершина профиля – участок профиля, соединяющий боковые стороны выступа. Впадина профиля – участок профиля, соединяющий боковые стороны канавки. Углы наклона сторон профиля β и γ – угол между боковыми сторо-нами профиля и перпендикуляром к оси резьбы. Для резьб с симметрич-ным профилем углы наклона сторон равны половине угла профиля α/2. Рабочая высота профиля Н – высота соприкосновения сторон профиля наружной и внутренней резьб в направлении, перпендикулярном к оси резьбы. Сбег резьбы – участок неполного профиля в зоне перехода резьбы к гладкой части. Длина резьбы – длина участка поверхности, на котором образована резьба, включая сбег резьбы и фаску. Длина резьбы с полным профилем – длина участка на котором резьба имеет полный профиль. Длина свинчивания – длина соприкосновения винтовых поверхностей наружной и внутренней резьб в осевом направлении.

Рис. 5.14 - Профили резьб: а - метрическая; б - дюймовая; в - трубная цилиндрическая; г - метрическая коническая; д - трубная коническая; е - круглая; ж - прямоугольная; з - трапецеидальная; и - упорная  

Силы в РС

N – составляющая нормального давления между витками гайки и болта в направлении перпендикулярном к линии профиля резьбы. Тогда момент завинчивания ' – приведенный угол трения. ' =arcsin f' КПД – отношение полезной работы на винте к затраченной работе на гайке при повороте винта на угол

Таблица 13.1. Влияние профильного угла резьбы /2 на величину приведённых коэффициента и угла трения. Таблица 13.1. Влияние профильного угла резьбы /2 на величину приведённых коэффициента и угла трения.

КПД винтовой пары тогда запишем: При ведущем вращательном движении

Затяжка резьбовых соединений Надежность соединений зависит от технического уровня конструкции в целом, качества крепежных деталей, условий сборки, длительного сохранения необходимого усилия предварительной затяжки в период эксплуатации. Существует несколько способов затяжки резьбовых соединений: затяжка до определенного момента, затяжка до определенного угла, затяжка до предела упругости и другие. Наиболее распространена затяжка соединений до определенного вращающего момента затяжки (далее – момента затяжки, Мкр, Нм), который обычно указывается в чертежах или технологии сборки. Класс 1-й (особо ответственные соединения) Мкр ±5 % и класс 2-й (ответственные) Мкр +5…-15% имеют объём контроля затяжки 100%. Класс 3-й (общего назначения) Мкр +5…-35% и класс 4-й (малоответственные соединения) Мкр +5…-65% контролируют периодически согласно техдокументации.

Основные силовые параметры резьбовых соединений: минимальная разрушающая Рр, Н пробная нагрузка N, Н. Усилие предварительной затяжки Q, Н (далее – усилие затяжки), на которое производится затяжка резьбового соединения, обычно принимается в пределах 75…80% , в отдельных случаях и 90%, от пробной нагрузки.

Номинальный крутящий момент рассчитывается по формуле Мкр = 0,001Q∙[0,16Р + μр ∙0,58d2 + μт ∙0,25(dт + d0)], где μр – коэффициент трения в резьбе; μт  -  коэффициент трения на опорном торце; dт – диаметр опорной поверхности головки болта или гайки,  мм; d0 – диаметр отверстия под крепежную деталь, мм; Р – шаг резьбы, мм; d2 – средний диаметр резьбы, мм. Наибольшее влияние на затяжку соединений оказывают условия контактного трения в резьбе и на опорной поверхности, зависящие от состояния контактных поверхностей, вида покрытия, наличия смазочного материала, отклонение от перпендикулярности опорного торца и оси резьбы, скорости завинчивания и др.

Зависимость между моментом, приложенным к гайке, и осевой силой Подавляющее большинство резьбовых соединений с предварительной за­тяжкой. Затяжка создается при сборке с целью, чтобы после приложения рабо­чей нагрузки не происходило раскрытия стыка или сдвига соединяемых деталей. При завинчивании гайки (рис. 5.15) к ключу прикладывают вращающий момент Tкл=Fкл∙Lр, (1) Где Fкл — усилие на конце ключа; Lp — расчетная длина ручки ключа.

Момент движущих сил равен сумме моментов сил сопротивления, т. е. Tкл=T+TT, (2) где Т — момент в резьбе; ТT — момент сил трения на опорном торце гайки. Момент в резьбе определяют по формуле где F3 — сила затяжки болта (осевая сила, растягивающая болт); Ψ— угол подъема винтовой линии; d2 — средний диаметр резьбы; φ’ — приведенный (с учетом влияния угла профиля α) угол трения в резьбе: φ’ =φ/cos(α /2), φ – угол трения материалов пары винт – гайка. Момент сил трения на опорной поверхности Здесь f≈0,15- коэффициент трения между поверхностью гайки (головки) и детали; D — диаметр захвата гаечного ключа (опорного торца гайки); d0=d1+(1÷1,5) мм — диаметр отверстия в детали под болт.

Подставляя полученные выражения Т и ТT в формулы (1) и (2) для момента завинчивания, получим момент на ключе Длина стандартных ключей: L = 15d при f≈0,15;  Fз/Fкл=70÷80, где Fкл – усилие рабочего.

Стопорение резьбовых соединений

Стопорение резьбовых соединений

Прочностной расчёт РС. Обозначение прочностных характеристик стальных крепёжных резьбовых деталей стандартизовано и состоит из двух цифр, разделённых точкой (в некоторых документах точка не ставится): первая цифра представляет предел прочности материала b, выраженный в МПа и поделённый на 100; вторая цифра (стоящая после точки) равна отношению предела текучести t материала к его пределу прочности умноженному на 10. В стандарте представлены 12 классов прочности: 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 6.9; 8.8; 10.9; 12.9; 14.9. Пример обозначения стандартного болта в спецификации к сборочному чертежу: Болт М10-6g100.58.ГОСТ 7798-70. При особых требованиях к материалу в обозначение вводится марка стали, например: Болт М10-6g100.58-4Х13. ГОСТ 7798-70 (необходима повышенная кислотостойкость болта).

При затяжке резьбового соединения и в процессе его последующей работы в деталях соединения действуют самые разнообразные напряжения. Так, например, под действием осевой силы в болтовом соединении сечение тела болта нагружено растягивающими напряжениями, в переходной области между телом и головкой возникают касательные напряжения, а в витках резьбы напряжения изгиба, смятия и среза одновременно. Таким образом, прочность элементов резьбового соединения является основным критерием работоспособности. Часто наблюдается обрыв тела винта в области первых одного-двух витков резьбы, считая от опорного торца гайки. У соединений с мелкими резьбами возможен срез витков резьбы. При затяжке резьбового соединения и в процессе его последующей работы в деталях соединения действуют самые разнообразные напряжения. Так, например, под действием осевой силы в болтовом соединении сечение тела болта нагружено растягивающими напряжениями, в переходной области между телом и головкой возникают касательные напряжения, а в витках резьбы напряжения изгиба, смятия и среза одновременно. Таким образом, прочность элементов резьбового соединения является основным критерием работоспособности. Часто наблюдается обрыв тела винта в области первых одного-двух витков резьбы, считая от опорного торца гайки. У соединений с мелкими резьбами возможен срез витков резьбы. Стандартные болты, винты шпильки, гайки с крупными шагами спроектированы по условиям равнопрочности, то есть таким образом, что разрушение по любому из видов напряжений может произойти приметно при одной и той же нагрузке на соединение. Это условие позволяет предварительный (проектный) расчёт соединения выполнять в упрощенном варианте.

Расчетные схемы и формулы

Более сложными расчетными схемами резьбовых соединений являются статически неопределимые схемы. В таких схемах долю нагрузки, приходящейся на каждый болт (винт, шпильку), определить непосредственно из уравнений статики (уравнений равновесия) не представляется возможным. Расчёт таких резьбовых соединений выполняется с учётом дополнительных условий, наиболее часто таким дополнительным условием является условие совместности деформаций, учитывающее как деформацию резьбовых деталей соединения, так и деформацию соединяемых деталей. Наиболее часто встречающимися задачами такого рода можно считать задачи: Более сложными расчетными схемами резьбовых соединений являются статически неопределимые схемы. В таких схемах долю нагрузки, приходящейся на каждый болт (винт, шпильку), определить непосредственно из уравнений статики (уравнений равновесия) не представляется возможным. Расчёт таких резьбовых соединений выполняется с учётом дополнительных условий, наиболее часто таким дополнительным условием является условие совместности деформаций, учитывающее как деформацию резьбовых деталей соединения, так и деформацию соединяемых деталей. Наиболее часто встречающимися задачами такого рода можно считать задачи: 1) расчет группового соединения, воспринимающего моментную нагрузку; 2) проверка способности соединения воспринимать переменную нагрузку; 3) проверка соединения на нераскрытие стыка; 4) проверка соединения на восприятие температурной нагрузки.

5.3.3 Шпоночные соединения Шпоночные соединения – это разборные подвижные или неподвижные соединения двух деталей, с применением специальных закладных деталей шпонок. Шпоночные соединения – служат для закрепления деталей (зубчатых колёс, звёздочек, муфт…) на валах. Передают крутящий момент с втулки на вал или наоборот. Шпоночные соединения отличаются относительной простотой изготовления и монтажа. Геометрические параметры шпоночного соединения. Значения b,h,t1,t2- назначают по таблицам ГОСТ в зависимости от диаметра вала d. Материалы для шпонок – Сталь-45, Сталь-40Х

Классификация шпоночных соединений: по степени подвижности: подвижное  с направляющей шпонкой; со скользящей шпонкой; неподвижное; по усилиям, действующим в соединении: напряжённые, такие, в которых напряжения создаются при сборке и существуют независимо от наличия рабочей нагрузки, все напряжённые соединения являются неподвижными; ненапряжённые, в которых напряжения возникают только при воздействии рабочей нагрузки; по виду применяемых шпонок: с призматической шпонкой, неподвижные или подвижные, в подвижном соединении скользящая и направляющая шпонки призматические; с сегментной шпонкой; с цилиндрической шпонкой; с клиновой шпонкой, соединение напряжённое; с тангенциальной шпонкой, соединение напряжённое;

Достоинства и недостатки шпоночных соединений Достоинства: 1) простота и надёжность конструкции; 2) лёгкость сборки и разборки; 3) простота изготовления и низкая стоимость. Недостатки: 1) ослабление сечений вала и ступицы шпоночным пазом; 2) высокая концентрация напряжений в углах шпоночного паза; 3) для большинства соединений децентровка (смещение оси ступицы относительно оси вала) на половину диаметрального зазора.

Соединение призматической шпонкой

Размеры призматических шпонок Поперечное сечение шпонки имеет форму прямоугольника. Размеры сечения призматических шпонок стандартизованы для различных диаметров валов. Ориентировочные размеры шпоночного соединения призматической шпонкой:

Проверочный расчёт шпоночного соединения.   - площадь смятия. - расчётная длина шпонки . Если вал и втулка закалены до высокой твёрдости, то шпонку проверяют на срез: .

сегментные шпонки

Тангенциальная шпонка

5.3.4 Шлицевые (зубчатые) соединения  

Профильные, призматические и фрикционные соединения.