Общие сведения о клиновых соединениях

Клиновым называют разъемное соединение, затягиваемое или регулируемое с помощью клина. Типичным примером клинового соединения является соединение стержня со втулкой, показанное на рисунке 20. Стержень имеет поперечный клиповый паз с углом, равным углу клина. Втулка имеет паз постоянного сечения. Соединение обычно затягивают, забивая клин или перемещая его посредством винта. Взаимное направление и фиксация стержня и втулки осуществляются по цилиндрической поверхности ж торцу (рисунок 20, а) или по конической поверхности (рисунок 20, б).

 

а) б)

а) – сопряжение по цилиндрической поверхности и торцу, б) – по конической поверхности

 

Рисунок 20 – Клиновое соединение

 

Достоинства клинового соединения:

а) быстрота сборки и разборки;

б) возможность создания больших сил затяжки и возможность восприятия больших нагрузок;

в) относительная простота конструкции.

По назначению клиновые соединения разделяют на:

а) силовые, предназначенные для прочного скрепления деталей,

б) установочные, предназначенные для установки и регулирования требуемого взаимного положения деталей. Наиболее характерными областями применения силовых клиновых соединений являются соединения тяг, поршневых штоков с крейцкопфами (ползунами), половинок маховиков, вала и ступицы (клиновыми шпонками), а также соединения в приспособлениях для обработки деталей на станках и в сборных литейных моделях. Типовыми примерами установочных клиновых устройств являются башмаки (рисунок 21) и клинья для выверки и установки машин. В курсе «ДМ и ОК» в основном рассматривают силовые клиновые соединения.

 

Рисунок 21 – Установочное клиновое устройство – башмак для выверки машин

 

Большинство силовых клиновых соединений выполняют с предварительным натягом: клином создается внутренняя сила, действующая и при отсутствии внешней нагрузки. Клиновые соединения, нагружаемые постоянными силами (весом) или плавно меняющимися односторонними нагрузками — преимущественно установочные клиновые соединения, — выполняют без предварительного натяга с силовым замыканием, т. е. замыканием внешней нагрузкой. В силовых клиновых соединениях клин работает на изгиб, а в установочных — преимущественно на сжатие.

Для соединения массивных деталей, например половинок маховиков, применяют специальные тяги с клиньями.

В клиновых соединениях применяют почти исключительно односкосные клинья, так как двухскосные сложнее в изготовлении и не имеют каких-либо преимуществ. Рабочие поверхности клиньев выполняют цилиндрическими или плоскими с фасками (см. рисунок 20, а) Первые предпочтительнее, так как вызывают меньшую концентрацию напряжений в стержне, но сложнее в изготовлении. В силовых клиновых соединениях уклоны выбирают равными 1:100, 1:40, 1:30. Установочные клинья имеют уклоны 1:10, 1:6, 1:4.

Примерные соотношения размеров клиньев (рисунок 22) в соединении стержня диаметром d со втулкой: толщина клина (из условия равнопрочности стержня на растяжение и на смятие клином) b = (0,25÷0,3) d; высота сечения клина h≥2,5b.

В сдвоенных клиновых соединениях, например в соединениях стержней с помощью втулки и в соединениях половинок маховиков, один клин может быть заменен чекой, так как затяжка может быть осуществлена вторым клином. Чека в отличие от клина имеет параллельные рабочие стороны и выступы, препятствующие ее выпаданию. Толщина чеки b= (0,2÷0,25) d.

Клеммовые соединения

Конструкция и применение

Клеммовые соединения применяют для закрепления деталей на валах и осях, цилиндрических колоннах, кронштейнах и т. д. Один из примеров клеммового соединения (закрепление рычага на валу) изображен на рисунке 22.

 

 

Рисунок 22 – Примеры кллеммового соединения

 

По конструктивным признакам различают два основных типа клеммовых соединений: а) со ступицей, имеющей прорезь (рисунок 22, а);б) с разъемной ступицей (рисунок 22, б). Разъемная ступица несколько увеличивает массу и стоимость соединения, но при этом становится возможным устанавливать клемму в любой части вала независимо от формы соседних участков и других расположенных на валу деталей.

При соединении деталей с помощью клемм используют силы трения, которые возникают от затяжки болтов. Эти силы трения позволяют нагружать соединение как моментом (), так и осевой силой F_a. Ранее отмечалось, что передача нагрузки только силами трения недостаточно надежна. Поэтому не рекомендуют применять клеммовые соединения для передачи больших нагрузок.

Достоинства клеммового соединения: простота монтажа и демонтажа, самопредохранение от перегрузки, а также возможность перестановки и регулировки взаимного расположения деталей как в осевом, так и в окружном направлениях (регулировка положения рычагов и тяг в механизмах управления и т. п.).

 

Рекомендуемая литература

1. Гузенков П.Г. Детали машин. – М.: Высшая школа,1986.

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высшая школа, 2001.

3. Иванов М.Н. Детали машин. – М.: Высшая школа, 1991.

4. Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. – М.: Машиностроение, 2004.

5. Решетов Д.Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1989.

 

Раздел 3 Передачи

Тема 10 Механические передачи. (0,5/1/1 часа)

План лекции:

1. Общие сведения

2. Функции механических передач

3. Понятие о передаточном числе

4. Регулирование частоты вращения ведомого вала

5. Сведения о контактных напряжениях

6. Характер и причины отказов под действием контактных напряжений

 

В общем случае в машине можно выделить три составные части (рис. 26): двигатель, передачу и исполнительный элемент.

 

Рисунок 26 – Составные части машины

 

Механическая энергия, приводящая в движение машину, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя. Передачу механической энергии от двигателя к исполнительному элементу машины осуществляют с помощью различных передаточных механизмов (в дальнейшем – передач): зубчатых, червячных, ременных, цепных, фрикционных.

Для достижения необходимых по условиям работы силовых и кинематических параметров на исполнительном элементе и применяют передачи.

В зависимости от принципа действия механические передачи разделяют на:

– передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные);

– передачи трением (фрикционные, ременные).

Передавая механическую энергию, передачи одновременно могут выполнять одну или несколько из следующих функций.

1. Понижение (или повышение) частоты вращения от вала двигателя к валу исполнительного элемента (рис. 27). Основные параметры на ведущем и ведомом валах: мощность Р ₁, Р ₂(кВт), вращающий момент Т ₁, Т ₂(Н·м), частота вращения n ₁, п₂ (мин^–1).

Вращающий момент Т (Н·м) на любом валу можно вычислить по мощности Р (кВт) и частоте вращения п (мин^–1):

, (36)

Рисунок 27 – Параметры на ведущем и ведомом валах

Как видно, понижение частоты вращения приводит к повышению вращающего момента, а повышение частоты вращения — к понижению момента.

Важной характеристикой передачи является передаточное число и, определяемое как отношение частот вращения n ₁ведущего и п₂ ведомого валов или (без учета скольжения в контакте) как отношение диаметров d₂ ведомого и d ₁ведущего элементов передачи:

, (37)

При этом и ³ 1, следовательно, частота вращения ведомого вала меньше частоты вращения ведущего вала в передаточное число раз:

, (38)

Понижение частоты вращения называют редуцированием, а закрытые передачи, понижающие частоты вращения, — редукторами. Устройства, повышающие частоты вращения, называют ускорителями или мультипликаторами. В дальнейшем будем рассматривать только понижающие передачи, как имеющие преимущественное применение.

Соотношение мощностей и моментов. Мощность Р₂ на ведомом валу меньше, чем мощность Р ₁на ведущем вследствие потерь в передаче, оцениваемых КПД h:

, (39)

Вращающий момент на ведомом валу возрастает практически в передаточное число раз (в соответствии с уменьшением частоты его вращения):

, (40)

2. Изменение направления потока мощности. Примером может служить зубчатая передача заднего моста автомобиля. Ось вращения вала двигателя большинства автомобилей составляет с осью вращения колес угол 90°. Для передачи механической энергии между валами с пересекающимися осями применяют коническую передачу (рис. 28).

Рисунок 28 – Коническая передача

3. Регулирование частоты вращения ведомого вала. С изменением частоты вращения изменяется и вращающий момент: меньшей частоте соответствует больший момент. Для регулирования частоты вращения ведомого вала применяют коробки передач и вариаторы.

Коробки передач обеспечивают ступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала в зависимости от числа ступеней и включенной ступени. Для двухступенчатой коробки передач, схема которой представлена на рис. 29, имеем:

, (41)

 

Рисунок 29 – Коробка скоростей

Вариаторы обеспечивают бесступенчатое в некотором диапазоне изменение частоты вращения ведомого вала.

В лобовом вариаторе (рис. 30) изменение частоты вращения ведомого вала достигают передвижением малого катка вдоль вала, т.е. изменением расстояния R_i до оси ведомого вала. Передаточное число и_i находится в диапазоне от и_min до и_max:

, (42)

Откуда диапазон регулирования:

, (43)

Для лобового вариатора D» 2,5.

4. Преобразование одного вида движения в другой (вращательного в поступательное, равномерного в прерывистое и т.д.).

5. Реверсирование движения (прямой и обратный ход).