материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

В процессе изготовления машин некоторые их детали соединяют между собой, при этом образуются неразъёмные или разъёмные соединения. [1]

Неразъёмными называют соединения, которые невозможно разобрать без нарушения или повреждения деталей. К ним относятся заклёпочные, сварные, клеевые соединения, соединения, полученные пайкой, а также условно посадки с натягом.

Разъёмными называют соединения, которые можно разбирать и вновь собирать без повреждения деталей. К разъёмным относятся резьбовые, шпоночные, шлицевые и другие соединения.

Сварные соединения образуются путём местного нагрева деталей в зоне сварки. Наибольшее распространение получили электрические виды, основными из которых являются дуговая и контактная сварка.

Различают следующие разновидности дуговой сварки:

  • автоматическая сварка под флюсом (этот вид сварки высокопроизводителен и экономичен, даёт хорошее качество шва, применяется в крупносерийном и массовом производстве для конструкций с длинными швами);
  • полуавтоматическая сварка под флюсом (применяется для конструкций с короткими прерывистыми швами);
  • ручная сварка (применяется в тех случаях, когда другие виды дуговой сварки нерациональны, этот вид сварки малопроизводителен, качество шва зависит от квалификации сварщика).

Контактная сварка применяется в серийном и массовом производстве для нахлёсточных соединений тонкого листового металла (точечная, шовная контактные сварки) или для стыковых соединений круглого и полосового металла (стыковая контактная сварка).

Достоинства сварных соединений:

  • невысокая стоимость соединения благодаря малой трудоёмкости сварки и простоте конструкции сварного шва;
  • сравнительно небольшая масса конструкции (на 15-25% меньше массы клёпаной):
    • из-за отсутствия отверстий под заклёпки требуется меньшая площадь свариваемых деталей;
    • соединение деталей может выполняться без накладок;
    • отсутствуют выступающие массивные головки заклёпок;
  • герметичность и плотность соединения;
  • возможность автоматизации процесса сварки;
  • возможность сварки толстых профилей.

Недостатки сварных соединений:

  • прочность сварного шва зависит от квалификации сварщика (устраняется применением автоматической сварки);
  • коробление деталей из-за неравномерности нагрева в процессе сварки;
  • недостаточная надёжность при значительных вибрационных и ударных нагрузках.

Соединения с натягом осуществляются подбором соответствующих посадок, в которых натяг создаётся необходимой разностью посадочных размеров насаживаемых одна на другую деталей. Взаимная неподвижность соединяемых деталей обеспечивается силами трения, возникающими на поверхности контакта деталей.

Соединения деталей с натягом условно относят к неразъёмным соединениям, хотя, особенно при закалённых поверхностях, они допускают разборку и новую сборку деталей. Для этого используют:

  • механическое сопряжение;
  • тепловые посадки;
  • охлаждение охватываемой детали.

Достоинства соединений с натягом:

  • простота конструкции и хорошее базирование соединяемых деталей;
  • большая нагрузочная способность.

Недостатки соединений с натягом:

  • сложность сборки и, особенно, разборки;
  • рассеивание прочности соединения в связи с колебаниями действительных посадочных размеров в пределах допусков.

Резьбовые соединения являются наиболее распространёнными разъёмными соединениями. Их образуют болты, винты, шпильки, гайки и другие детали, снабжённые резьбой.

Резьбы классифицируют в зависимости от:

  • формы поверхности, на которой образуется резьба:
    • цилиндрические;
    • конические;
  • формы профиля резьбы:
    • треугольные;
    • упорные;
    • трапецеидальные;
    • прямоугольные;
    • круглые;
  • направления винтовой линии резьбы:
    • правые (винтовая линия поднимается слева вверх направо);
    • левые (имеют ограниченное применение);
  • числа заходов резьбы (определяется с торца винта по числу сбегающих витков):
    • однозаходные;
    • многозаходные;
  • назначения резьбы:
    • крепёжные (применяют в резьбовых соединениях; имеют треугольный профиль, который характеризуется большим трением, предохраняющим резьбу от самоотвинчивания, а также высокой прочностью и технологичностью);
    • крепёжно-уплотняющие (применяют в соединениях, требующих герметичности; выполняют треугольного профиля, но без радиальных зазоров; как правило, все крепёжные резьбовые детали имеют однозаходную резьбу);
    • для передачи движения (применяют в винтовых механизмах; имеют трапецеидальный (реже – прямоугольный) профиль, который характеризуется меньшим трением).

Достоинства резьбовых соединений:

  • высокая нагрузочная способность и надёжность;
  • наличие большой номенклатуры резьбовых деталей для различных условий работы;
  • удобство сборки и разборки;
  • малая стоимость, обусловленная стандартизацией и высокопроизводительными процессами изготовления.

Недостатки резьбовых соединений:

  • наличие большого количества концентраторов напряжений, которые снижают сопротивление усталости при переменных напряжениях.

Шпоночные соединения состоят из вала, шпонки и ступицы охватывающей детали.

Шпонка представляет собой брус, вставляемый в пазы вала и ступицы, для передачи вращающего момента между валом и охватывающей деталью.

Шпоночные соединения подразделяют на:

  • ненапряжённые (при сборке соединений в деталях не возникает предварительных напряжений):
    • с призматическими шпонками (рабочие грани – боковые, не удерживают детали от осевого смещения вдоль вала) по форме торцов различают:
      • со скруглёнными торцами (рисунок 1, исполнение 1);
      • с плоскими торцами (рисунок 1, исполнение 2);
      • с одним плоским, а другим скруглённым торцом (рисунок 1, исполнение 3);
    • с сегментными шпонками (рабочие грани – боковые, применяют при передаче небольших вращающих моментов, просты в изготовлении, удобны при монтаже и демонтаже – шпонки свободно вставляют в паз и вынимают) (рисунок 2);
  • напряжённые (при сборке соединений в деталях возникают предварительные (монтажные) напряжения):
    • с клиновыми шпонками (имеют форму односкосных самотормозящих клиньев с уклоном 1:100, не требуют стопорения ступицы от продольного перемещения вдоль вала, хорошо воспринимают ударные и знакопеременные нагрузки) (рисунок 3);
    • с тангенциальными шпонками (состоят из двух форму односкосных клиньев с уклоном 1:100 каждый, работают узкими гранями, вводятся в пазы ударом, применяются для передачи больших вращающих моментов с переменным режимом работы, в соединении ставят две пары тангенциальных шпонок под углом 120°) (рисунок 4).

Соединения призматическими шпонками

Рисунок 1 – Соединения призматическими шпонками

Соединение сегментной шпонкой

Рисунок 2 – Соединение сегментной шпонкой: 1 – винт установочный; 2 – кольцо замковое пружинное

Соединение клиновой шпонкой

Рисунок 3 – Соединение клиновой шпонкой

Соединение тангенциальными шпонками

Рисунок 4 – Соединение тангенциальными шпонками

Достоинства шпоночных соединений:

  • простота конструкции;
  • сравнительная лёгкость монтажа и демонтажа.

Недостатки шпоночных соединений:

  • шпоночный паз ослабляет вал и ступицу охватывающей детали не только уменьшением сечения, но, главное, значительной концентрацией напряжений изгиба и кручения;
  • трудоёмкость изготовления.

Шлицевые соединения образуются выступами – зубьями на валу и соответствующими впадинами – шлицами в ступице охватывающей детали. Рабочими являются боковые стороны зубьев. Упрощенно шлицевые соединения можно рассматривать как многошпоночные.

Шлицевые соединения различают:

  • по характеру соединения:
    • неподвижные (для закрепления охватывающей детали на валу);
    • подвижные (допускают перемещение детали вдоль вала);
  • по способу центрирования ступицы относительно вала:
    • по наружному диаметру (наиболее технологично);
    • по внутреннему диаметру (при высокой твёрдости материала ступицы);
    • по боковым поверхностям зубьев (более равномерно распределение нагрузки по зубьям);
  • по форме зубьев:
    • прямобочные (имеют постоянную толщину зубьев) (рисунок 5);
    • эвольвентные (имеют повышенную прочность, используются для передачи больших вращающих моментов) (рисунок 6);
    • треугольные (применяют только в неподвижных соединениях для тонкостенных ступиц, пустотелых валов, при передаче небольших крутящих моментов) (рисунок 7).

Прямобочное шлицевое соединение

Рисунок 5 – Прямобочное шлицевое соединение

Эвольвентное шлицевое соединение

Рисунок 6 – Эвольвентное шлицевое соединение

Треугольное шлицевое соединение

Рисунок 7 – Треугольное шлицевое соединение

Достоинства шлицевых соединений (по сравнению со шпоночными соединениями):

  • обеспечивают лучшее базирование соединяемых деталей и более точное направление при осевом перемещении;
  • уменьшается число деталей соединения (шлицевое соединение образуют две детали, шпоночное – три-четыре);
  • при одинаковых габаритах допускают передачу больших вращающих моментов за счёт большей поверхности контакта;
  • обеспечивается высокая надёжность при динамических и реверсивных нагрузках;
  • вал зубьями ослабляется незначительно;
  • уменьшается длина ступицы.

Недостатки шлицевых соединений (по сравнению со шпоночными соединениями):

  • более сложная технология изготовления;
  • более высокая стоимость.

Перечень ссылок

  1. Куклин Н.Г., Куклина Г.С. Детали машин: Учебник для машиностроительных специальностей техникумов. – 4-е издание, переработанное и дополненное. – М.: Высшая школа, 1987. – 383 с., ил.

Вопросы для контроля

  1. Какие существуют основные разновидности соединений?
  2. Какие существуют разновидности сварных соединений?
  3. Каковы достоинства и недостатки сварных соединений?
  4. Какие существуют способы сборки и разборки соединений с натягом?
  5. Каковы достоинства и недостатки соединений с натягом?
  6. Какие существуют разновидности резьбовых соединений?
  7. Каковы достоинства и недостатки резьбовых соединений?
  8. Какие существуют разновидности шпоночных соединений?
  9. Каковы достоинства и недостатки шпоночных соединений?
  10. Какие существуют разновидности шлицевых соединений?
  11. Каковы достоинства и недостатки шлицевых соединений?
 < Понятие о взаимозаменяемости деталей Содержание Оси, валы, опоры >