Система автоматизированного производства

Усложнение конструкций изделий с целью повышения механизации и автоматизации, выполняемых ими работ, увеличение их разнообразия вызывают резкое возрастание объёма проектно-конструкторских работ (ПКР). Увеличивается число вариантов проектов, которые необходимо анализировать, становится всё труднее оценивать конкретный вариант проекта. Рутинные работы по поиску информации о стандартных элементах, материалах, ранее спроектированных конструкциях, а также работы по вычерчиванию типовых деталей стали доминирующими. Всё это привело к тому, что время проектирования возросло настолько, что в ряде случаев оно стало превосходить сроки эксплуатации изделий. Автоматизированное проектирование (АП) изменило и упорядочило технологию проектирования. В этом случае конструктор ставит задачу для ЭВМ и принимает окончательное решение, а машина обрабатывает весь объём информации и делает первичный отбор.

Для такого общения человека с ЭВМ создана и создаются системы автоматизированного проектирования (САПР).

Объектами проектирования в САПР являются изделия (детали, узлы, комплексы), технологические процессы и организационно-технические системы.

Целями создания САПР являются: повышение технико-экономического уровня проектирования объектов, сокращения сроков, уменьшение стоимости и трудоёмкости проектирования.

Взаимозаменяемость и стандартизация

Взаимозаменяемостью называется такой принцип конструирования и производства деталей, который обеспечивает возможность правильной сборки независимо изготовленных деталей и узлов без предварительного подбора или подгонки по месту.

Различают полную и неполную взаимозаменяемость. Полная взаимозаменяемость предполагает правильное соединение сопрягаемых деталей, поступивших на сборку. Для её обеспечения требуется высокая точность изготовления деталей. Неполная взаимозаменяемость обеспечивает правильное соединение деталей, изготовленных с меньшей точностью, однако при этом подобранные детали собираются так, что неточности их взаимно компенсируются, и при этом обеспечивается требуемый характер сопряжения.

Взаимозаменяемость способствует увеличению производительности труда и снижению себестоимости выпускаемой продукции, облегчает условия ремонта машин и механизмов путём замены вышедших из строя деталей и узлов запасными. Взаимозаменяемость является основой прогрессивного массового выпуска изделий.

Базой для осуществления взаимозаменяемости является стандартизация. Стандартизация – регламентирование конструкций и типоразмеров широко применяемых деталей, узлов и агрегатов. Стандартизация ускоряет проектирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин и способствует увеличению надёжности изделий. Преимущества стандартизации реализуются в полной мере при централизованном изготовлении стандартных изделий на специализированных заводах. Это разгружает машиностроительные заводы от трудоёмкой работы изготовления стандартных изделий и упрощает снабжение ремонтных предприятий запасными частями. Под стандартными понимают детали, формы, и размеры которых предусмотрены стандартом. Наряду с государственными стандартами (ГОСТ), существуют стандарты отдельных отраслей (ОСТ) и предприятий (СТП).

Основой стандартизации являются ряды чисел, подчиняющиеся определённым закономерностям. ГОСТ устанавливает пять основных рядов предпочтительных чисел: Р5, Р10, Р20, Р40, Р80 со знаменателем , где n = 5, 10, 20, 40, 80. Примеры основных рядов предпочтительных чисел в интервале 1…10.

Р5: 1; 1, 6; 2, 5; 4; 6, 3; 10;

Р10: 1; 1, 25; 1, 6; 2; 2, 5; 3, 15; 4; 5; 6, 3 8; 10;

Численные значения членов всех рядов округлены с погрешностью не более ± 1%. Каждый более низкий ряд (например, Р5) получается изъятием членов через один из ближайшего более высокого ряда (Р10).

На базе основных рядов разработаны ряды нормальных линейных размеров с несколько большим округлением чисел по сравнению с остальными. В отличие от основных рядов ряды нормальных размеров обозначают с добавлением индекса а:

Ра5: полностью совпадает с Р5;

Ра10: 1; 1, 2; 1, 6; 2; 2, 5; 3, 2; 4; 5; 6, 3; 8; 10.

Стандарт охватывает размеры в интервале 0, 001…20000 мм. Применение стандартных линейных размеров целесообразно для поверхностей, подвергаемых точной механической обработке, особенно для посадочных поверхностей, что способствует стандартизации режущего, контрольного и мерительного инструмента и облегчает настройку станков. Применять стандартные ряды для осевых размеров и для необрабатываемых поверхностей (литьё, штамповка) нерационально. В этих случаях применение стандартных рядов только усложняет процесс проектирования и изготовление деталей.

Номинальные размеры и точность

Изготовления деталей

Размеры детали определяются расчётом на прочность, жёсткость или устанавливаются конструктивно, исходя из общих требований к изделию, возможности монтажа. Затем эти размеры округляют до нормальных размеров. Нормальные размеры, указанные на чертежах, называют номинальными.

При изготовлении детали неизбежны погрешности, поэтому получить абсолютно точные номинальные размеры невозможно. Действительные размеры детали будут отличаться (отклоняться) от номинальных размеров. Чем больше отклонение действительного размера от номинального, тем меньше точность изготовления детали и наоборот.

Учитывая, что с повышением точности уменьшается производительность труда и удорожается изготовление изделия, а c уменьшением точности снижается качество его работы, на практике точность изготовления выбирают такой, чтобы она обеспечивала необходимую долговечность работы изделия, взаимозаменяемость деталей и узлов и чтобы стоимость изготовления их не выходила за пределы допустимого.

Точность изготовления назначается в виде допустимых отклонений действительных размеров от номинальных. Для этой цели установлены системы допусков и посадок.

В нашей стране с 1977 года действует единая система допусков и посадок (ЕСКД), в которой даны основные термины и определения, поля допусков, посадки и основные отклонения. Все механизмы и машины состоят из деталей, которые в процессе работы совершают относительные движения или находятся в состоянии относительного покоя. Каждая деталь – это комбинация простейших геометрических тел, называемых элементами, ограниченных простейшими поверхностями: плоскими, цилиндрическими, коническими и т.д. Две детали, элементы которых входят друг в друга, образуют соединение и называются сопрягаемыми деталями, а поверхности соединяемых элементов – сопрягаемыми поверхностями. Остальные поверхности называются несопрягаемыми. В соединении элементов двух деталей один из них называется охватывающим, другой – охватываемым. Для цилиндрических соединений они носят название соответственно отверстие и вал. Эти термины условно применимы и к другим охватывающим и охватываемым поверхностям.

Номинальный размер соединения d (рис. 1) служит началом отсчёта отклонений и соответствует нулевой линии.

Действительным размером называют размер, полученный измерением с допускаемой погрешностью

Размеры, между которыми может находиться действительный размер, называются предельными. Один из них называется наибольшим предельным размером (D_max, d_max), другой – наименьшим предельным размером (D_min, d_min). Алгебраическую разность между действительным и номинальным размерами называют действительным отклонением. Оно может быть положительным и отрицательным.

Верхнее предельное отклонение (ES – для отверстия, es – для вала):

ES = D_max─ d, еs = d_max─ d , (1)

Нижнее предельное отклонение (EI – для отверстия, ei – для вала):

EI = D_min ─ d, ei= d_min ─ d. (2)

Отверстие, имеющее нижнее отклонение, равное нулю (EI = 0), называется основным. Вал, имеющий верхнее отклонение, равное нулю (es = 0), называется основным.

Разность между наибольшим и наименьшим размерами называют допуском (IT) размера (всегда положительное число):

для отверстия

IT = TD = D_max− D_min= ES − EI , (3)

для вала

IT = Td = d_max− d_min= es− ei. (4)

Поле допуска − поле, ограниченное верхними и нижними отклонениями, − определяется числовым значением допуска размера и его положением относительно номинального размера (нулевой линии).

Поле допуска принято обозначать буквой (или двумя буквами) латинского алфавита: прописной для отверстия и строчной для вала (например, H5, F7, h8 и т.д.).

При увеличении допуска на размер требование к точности снижается, и производство детали упрощается и удешевляется. При одном и том же допуске деталь большего размера изготовить сложнее, чем деталь меньшего размера. Поэтому допуск размера IT назначают в зависимости от диаметра, вводя единицу допуска

(5)

(в формуле (2.5) диаметр d в мм).

Тогда допуск размера

IT = a∙ i , (6)

где а − число единиц допуска.

В зависимости от числа а единиц допуска i стандартом установлено 19 квалитетов степеней точности − степеней градации значений допусков: 01; 0; 1; 2; 3; …..15; 16; 17. Например, IT3 означает допуск по 3-му квалитету.

В общих чертах можно указать на следующее применение квалитетов:

− 01…3-ий квалитеты предназначены для калибров, измерительных инструментов;

− 4-ый и 5-ый квалитеты − для особо точных соединений (применяются сравнительно редко);

− 6-ой 7-ой квалитеты − для ответственных соединений в механизмах, где к посадкам предъявляются высокие требования в отношении зазоров и натягов для обеспечения механической прочности деталей, точных перемещений, плавного хода, герметичности соединений и обеспечении точности сборки деталей;

− 8-ой…10-ый квалитеты − для посадок, обеспечивающих среднюю точность сборки;

− 11-ый…13-ый − в тех случаях, когда необходимы большие зазоры и допустимы их колебания;

− 14-ый…17-ый квалитеты − для несопрягаемых (свободных) размеров.

Величины верхнего и нижнего предельных отклонений указываются на чертежах тремя способами:

1) мелкими цифрами (в мм) за номинальным размером (отклонения, равные нулю, не проставляются). Отклонения могут иметь одинаковые или разные знаки, например:

2) условным обозначением поля допуска, состоящим из буквы и цифры, обозначающей квалитет, например:

12G8, 20h10;

3) одновременным указанием поля допуска и цифровых значений отклонений (в скобках), например:

Характер соединения (сопряжения) деталей определяется посадкой.

Она зависит от действительного размера вала и отверстия. Если диаметр отверстия больше диаметра вала, то в соединении между ними будет зазор S (рис. 2 а), обеспечивающий свободное осевое и окружное перемещение одной детали относительно другой:

S = D − d (7)

Если размер отверстия меньше размера вала, то в соединении образуется натяг N (рис. 2 б):

N = d − D (8)

Все посадки разделяют на три группы: с зазором, с натягом и переходные.

Посадка с зазором (подвижная посадка) характеризуется наличием зазора в соединении. При графическом изображении этой посадки поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала (рис. 3). К посадкам с зазором относятся также посадки, в которых нижняя граница поля допуска отверстия совпадает с верхней границей поля допуска вала. Эту посадку применяют в подвижных соединениях (в подшипниках скольжения, в соединениях, подвергаемых частой разборке-сборке).

Наиболее часто употребляемыми посадками с зазорами являются:

Посадка с натягом (неподвижная посадка) – посадка, которая в сопряжение обеспечивает натяг (поле допуска вала расположено над полем допуска отверстия) (рис. 4). Их применяют для неподвижного соединения деталей без дополнительного крепления.

Наиболее часто назначают посадки с натягом:

Переходные посадки – посадки, которые в зависимости от соотношения действительных размеров отверстия и вала могут быть как с зазором, так и с натягом (рис. 5). Их применяют для центрирования сопрягаемых деталей без дополнительного крепления.

Наиболее часто назначают переходные посадки:

Существуют две системы образования посадок: система отверстия и система вала. В основе системы отверстия лежит независимость размера отверстия от размера и вида посадки, т.е. предельные отклонения данного размера отверстия одинаковые для всех посадок. Различные посадки создаются путём изменения предельных отклонений вала.

Отверстие в этой системе является основным и его поле допуска обозначается буквой H (рис. 6 а).

Посадка в системе отверстия обозначается: в числителе – поле допуска отверстия, в знаменателе – поле допуска вала (см. все предыдущие размеры посадок).

При образовании посадок в системе вала, принимают размер вала, независящим от вида посадок, а различие посадок получают за счёт изменения предельных отклонения отверстий (рис. 6 б). Поле допуска вала основной детали в этой системе обозначают буквой h.

Пример обозначения посадок в системе вала:

Преимущественное применение получила система отверстия, так как при ней значительно сокращается номенклатура режущего и мерительного инструмента.

Посадки назначают из расчёта или накопленного опыта.

Вопросы для самопроверки

1. Опишите типичный цикл жизни нового изделия.

2. Назовите основные элементы конструкций.

3. Работоспособность и критерии, характеризующие конструкции.

4. Проектирование. Работы, выполняемые в процессе проектирования.

5. Конструирование. Стадии конструирования.

Взаимозаменяемость и стандартизация. Виды, назначения. Разновидности стандартов.

6.Система автоматизированного проектирования

7. Назначение предпочтительных рядов чисел.

8. Чем определяется точность изготовления детали?

9. Назовите основные термины и определения, связанные с размерами детали.

10. Сколько установлено квалитетов точности и от чего они зависят?

11. Какими способами указываются отклонения размеров на чертежах?

12. Что характеризуют посадки, и на какие три группы они делятся?

13. Назовите две системы образования посадок. Какая предпочтительнее и почему?

СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Под соединением понимают жёсткое скрепление отдельных деталей механизма или машины. Оно осуществляется с помощью заклёпок, болтов, винтов, шпонок, сварки и т.д. Применение различных соединений упрощает технологический процесс и уменьшает стоимость изготовления изделий, поскольку во многих случаях проще и экономичнее выполнить сложное изделие из нескольких простых деталей, а затем их соединить, чем сделать его из одного куска металла.

Выбор того или иного вида соединения определяется экономическими соображениями, конструктивными особенностями соединяемых деталей, условиями работы изделия и т.д. Все виды соединений должны обладать прочностью, жёсткостью и быть надёжными при эксплуатации, применимостью способа для соединения деталей различной формы и размеров, изготовленных из различных материалов. Соединения бывают неразъёмные и разъёмные.

Неразъёмные соединения

Неразъёмным называется соединение, разборка которого невозможна без повреждения входящих деталей. К неразъёмным соединениям относятся соединения сваркой, заклёпками, пайкой, склеиванием, с натягом, развальцовкой и др.

Сварные соединения

Соединение частей в одно целое при сварке получается за счёт местного нагрева соединяемых частей до расплавленного или пластического состояния. Достоинства. Сварное соединение является самым совершенным из неразъёмных соединений. Сваркой можно соединять как металлические, так и неметаллические детали. Его преимуществами являются: равнопрочность по отношению к соединяемым деталям; экономияматериала и уменьшения веса конструкции по сравнению с заклепочным соединением; высокая производительность и простота процесса сварки. Недостатками сварных соединений являются появления температурных напряжений и концентрация напряжений, а также возможность коробления при сваривании тонкостенных элементов; возможность существования скрытых (невидимых) дефектов (трещин, непроваров, шлаковых включений), снижающих прочность соединений; недостаточная надёжность при значительных вибрационных и ударных нагрузках.

Способы сварки. Наиболее распространёнными способами сварки являются: электродуговая, контактная, автоматическая, газовая, в защитной среде инертных газов и в вакууме, электронным лучом, давлением в вакууме (диффузионная сварка) сварка ультразвуком, холодная сварка и сварка трением.

Виды сварных соединений. По взаимному расположению соединяемых элементов сварные соединения разделяются на следующие группы: стыковые (рис. 7 а), внахлёстку (рис. 7 б), тавровые (рис. 7 в), угловые (рис. 7 г). В зависимости от расположения шва относительно линии действия силы F (рис.8) швы называются: лобовой, располагающийся нормально к направлению действующего усилия F; фланговый, располагающийся параллельно направлению силы F (рис. 3.2 а); косой, располагающийся под углом к направлению силы F (рис. 3.2 б).

Расчёт сварных швов. Так как соединение обычно разрушается по месту сварки, то основным критерием работоспособности сварных швов является их прочность.

Рассчитывают соединения в предположении равномерного распределения напряжений по сечению швов.

Стыковые швы. Стыковые сварные швы (рис.9 а) в зависимости от направления внешних сил испытывают деформации растяжения или сжатия. Расчёт стыковых соединений на статическую нагрузку ведётся по формуле:

(9)

где σ – расчётное напряжение в сварном шве, Па;

F – сила, нагружающая сварной шов, Н;

l − длина сварного шва, м;

s – расчётная толщина шва, равная наименьшей толщине свариваемых деталей;

− допускаемое напряжение сварного шва при растяжении, Па.

Нахлёсточные соединения. Экспериментальные исследования и практика показали, что фланговые и лобовые (угловые) (рис.9 б) швы разрушаются по сечению, проходящему по биссектрисе прямого угла. Площадь расчётного сечения

A= lk_рcos45˚ =0, 7k_рl, (10)

где l – общая длина (периметр) сварного шва;

k_р – расчётный катет шва.

С учётом (10) условие прочности для угловых швов имеет вид

, (11)

где [τ ΄ ] – допускаемое напряжение в сварном шве при срезе (сдвиге).

При проектировании сварных швов обычно определяют длину сварного шва из условий (9) и (11).

Допускаемые напряжения для сварных швов при статической нагрузке определяют по табл. 1.

Таблица 1

Допускаемые напряжения для сварных швов

при статической нагрузке

Виды технологического процесса и тип электрода	Допускаемые напряжения
[σ _р΄ ]	[σ _с΄ ]	[τ ΄ ]
Ручная сварка, электроды Э34	0, 6[σ ]	0, 75[σ ]	0, 5[σ ]
Ручная сварка, электроды Э42 и Э50	0, 9[σ ]	[σ ]	0, 6[σ ]
Автоматическая и полуавтоматическая сварка под слоем флюса; сварка в среде защитного газа, ручная сварка электродами высшего качества (Э42А, э50А)	[σ ]	[σ ]	0, 65[σ ]

При переменных нагрузках допускаемые напряжения должны быть понижены путём умножения на коэффициент γ , значения которого принимают: для стыковых швов при переменной знакопостоянной нагрузке γ =1, при знакопеременной нагрузке

(12)

для угловых швов при всех видах переменной нагрузки

(13)

В формулах (12), (13) F_max и F_min – наибольшая и наименьшая по абсолютной величине силы, значения которых подставляют в формулы со своими знаками.

Заклёпочные соединения

Заклёпочным называют неразъёмное соединение деталей (обычно листовых) с помощью заклёпки – сплошного или полого стержня с закладной головкой. Основные типы заклёпок показаны на рис. 10.

Достоинства и недостатки. Достоинствами заклёпочных соединений (по сравнению со сварными) являются возможность соединения несвариваемых деталей, меньшие повреждения соединяемых элементов при разборках. Они хорошо работают при вибрационных и ударных нагрузках. Недостатками являются большая трудоёмкость и большой расход металла, малая производительность и высокая стоимость.

Конструкции заклёпочных швов. Различают три основных типа заклёпочных соединений: внахлёстку (рис. 11 а), с одной накладкой (рис. 11б) и двумя накладками (рис. 11 в); однорядные, двухрядные и многорядные (но не более шести рядов). Количество рядов считается по одну сторону стыка в перпендикулярном ему направлении. В зависимости от числа склёпываемых слоев металла (в том числе и накладок) шов имеет различное число срезов заклёпок.

Так, шов внахлёстку или встык с одной накладкой (рис. 11 б) будет односрезным, шов в стык с двумя накладками (рис. 11 в) – двухсрезным.

Расчёт заклёпочных соединений. Основными параметрами заклёпочных швов являются (рис. 11а) шаг t, диаметр заклёпок d (диаметр отверстия), толщина склёпываемых деталей δ ₁ и δ ₂ и количество заклёпок z. Заклёпочное соединение может разрушиться в результате следующих видов деформации (рис. 12):

− среза заклёпок в плоскости соединения деталей;

− смятия заклёпок соединяемыми деталями и смятия материала листа под заклёпками;

− разрыва деталей по наиболее опасному их (ослабленному отверстиями) сечению I-I;

− среза листа заклёпками (по линиям m – n и m₁– n₁), если расстояние l до края детали и между рядами будут малы.

При расчётах на прочность заклёпочных соединений принимают некоторые допущения. Считают, что в швах все заклёпки нагружаются равномерно силой F/z. При этом полагают, что напряжения в поперечных сечениях деталей распределяется так же равномерно.

Условие прочности заклёпки на срез определяется по формуле

, (14)

где i – число срезов в соединении (в стыковом соединении с двумя накладками (рис. 11в) i = 2).

Условие прочности заклёпок и материала листа на смятие определяется по формуле:

; (15)

Условие прочности деталей по опасному сечению определяется по формуле

(16)

Рис. 11. Виды заклёпочных соединений: а – нахлёсточное; б – стыковой с одной накладкой; в – стыковой с двумя накладками

Для предотвращения прорезания листа по линиям m – n должно выполняться следующее условие:

. (17)

где (l – 0, 5d) – длина опасного сечения.

В формулах (14)…(17) принимают допускаемые напряжения: на срез [τ _ср]=(0, 5…0, 6)[σ _р], на смятие – [σ _см]=(2…2, 5)[σ _р], где допускаемое напряжение при растяжении принято [σ _р]=(0, 4…0, 5)σ _Т, (σ _т – предел текучести материала рассчитываемой детали (заклёпки или листа). Для продавленных отверстий допускаемые напряжения принимают меньшие значения, а для сверленых или рассверленных (после продавливания) отверстий – большие значения.

В формулах (15), (16) и (17) δ – меньшая толщина соединяемых листов.

Диаметр заклёпки d выбирается в зависимости от толщины склёпываемых листов. Затем по формулам (14) и (15) определяют количество заклёпок, их взаимное (рядовое или шахматное) расположение, шаг заклёпочного шва и расстояние заклёпок от краёв листов, используя формулы (16) (17).

Заклёпки изготовляются из сталей различных марок, из сплавов цветных металлов (алюминия, меди и др.), а также жароупорных и специальных сплавов. При выборе материала заклёпок стремятся исключить образования гальванических пар и гальванических токов в соединениях.

Разъёмные соединения

Разъёмным называется такое соединение деталей, разъём которых возможен без повреждения их и крепёжных деталей. Разъёмные соединения применяют, когда необходима повторная сборка соединяемых деталей. Используются следующие виды разъёмных соединений: резьбовые, шпоночные, шлицевые, штифтовые, зажимные и штыковые.

Резьбовые соединения

Резьбовыми называются соединения, осуществляемые с помощью деталей, снабжённых резьбой: винты, болты, шпильки и гайки (рис. 13). Винт, свинчиваемый с гайкой, называют болтом (рис. 13 б).

Достоинства. Они являются самыми распространённым видом разъёмных соединений. Резьбовые соединения имеют сравнительно простую конструкцию и очень удобны как для сборки, так и разборки соединения. Они полностью взаимозаменяемы, выгодны для массового производства и не очень дороги. С их помощью можно образовывать самотормозящие и несамотормозящие, подвижные и неподвижные компактные соединения. К недостаткам этих соединений следует отнести: неравномерность нагружения сопряжённых витков, значительная концентрация напряжений в резьбовых деталей, низкий КПД.

Рис.13. Основные виды соединений: а – винтом; б – болтом; в - шпилькой

Параметрами, определяющими резьбу, являются (рис. 14):

d – наружный диаметр резьбы винта, принимаемый за номинальный диаметр резьбы;

d₁ – внутренний диаметр резьбы, определяемый из условия прочности или жёсткости;

d₂ – средний диаметр резьбы;

p – шаг резьбы;

α – угол профиля резьбы;

γ – угол наклона рабочей грани(грани, подвергаемой смятию при действии осевой силы F;

ψ – угол наклона винтовой линии по среднему диаметру резьбы,

Резьбы получают (формируют) резанием (отсюда название «резьба»), накатыванием (обработка давлением), литьём и прессованием композиционных материалов, порошков.

Классификация резьб. По форме профиля резьбы (рис.15) разделяют на: а – метрические ( α = 60º; γ = 30º ); б – прямоугольные ( α = 0º; γ = 0º );

в - трапецеидальные ( α = 30º; γ = 15º ); и г – упорные ( α = 33º; γ = 3º ). Резьбы бывают цилиндрические и конические (образованы соответственно на цилиндрической или конической поверхностях); наружные и внутренние.

По назначению резьбы разделяют на три группы: крепёжные, крепёжно-уплотняющие и резьбы, предназначенные для передачи движения.

Конструктивные формы головок болтов и винтов (рис. 16) и гаек (рис. 17) разнообразны, использование их в конструкциях определяется преимущественно условиями работы соединений, технологией изготовления крепёжных деталей и их сборкой. Существуют стандарты на болты, винты, гайки и шайбы наиболее распространённых форм. Для предотвращения повреждений поверхностей соединяемых деталей при завинчивании гаек используют шайбы (рис. 17).

Материалы крепёжных деталей . Основные механические характеристики (предел прочности σ _в, предел текучести σ _Т и относительное остаточное удлинение δ ) материалов болтов, шпилек, гаек и шайб нормированы соответствующим ГОСТом. Выбор материала определяется условиями работы, технологией изготовления деталей и др. В массовом производстве крепёжные детали изготовляют из углеродистых сталей обыкновенного качества (Ст3, Ст4, Ст5), качественных конструкционных сталей (сталь10…сталь45), автоматных сталей (А12, А20, А30), легированных конструкционных сталей (15Х, 35Х, 45Х), бронз, латуней, пластмасс и др. Для защиты крепёжных деталей из углеродистых сталей от коррозии на них наносят окисные плёнки или гальванические покрытия толщиной 6…12 мкм.

Критерии работоспособности и расчёты резьбовых соединений. Опыт эксплуатации машин и конструкций показал, что отказ соединений обычно происходит из-за разрушения резьбовых деталей и разгерметизации стыков.

Разрушение соединений происходит, как правило, из-за поломок болтов и шпилек по резьбовой части. Иногда встречаются поломки болтов под головкой и срез витков резьбы в гайке (корпусе) и на болте (шпильке).

Для предотвращения разрушения соединений вследствие среза резьбы и отрыва головок болтов стандартные гайки изготовляют высотой Н=0, 8d, а высоту головок болтов (винтов) принимают h=(0, 5…0, 6)d.

Потеря плотности стыков происходит, как правило, из-за чрезмерной внешней нагрузки или недостаточной силы затяжки болтов.

Таким образом, прочность и плотность соединений являются основными критериями их работоспособности.

Расчёт на прочность элементов резьбы . Практически резьбы на прочность рассчитывают по напряжения среза и проверяют на смятие.

В общем случае условие прочности резьбы на срез и смятие имеют вид:

, (18)

, (19)

где F – осевая нагрузка, действующая на резьбовое соединение;

А_ср, А_см – соответственно площадь среза и смятия.

Площадь среза _ср= zs`π d_p, где z – число витков в гайке; s`=pψ - высота среза; ψ – коэффициент полноты резьбы, зависящий от её типа; d_р – расчётный диаметр, равный d₁ при одинаковом материале, болта и гайки или d – при менее прочном материале гайки. Площадь смятия

Высота гайки H определяется из условия равнопрочности стержня винта и резьбыи обычно принимается H≈ 0, 8d. Число витков гайки, как правило, не превышает 10.

Основные случаи нагружения и расчёта резьбовых соединений. Расчёт незатянутых болтов при действии осевой нагрузки. Расчётная схема показана на рис. 19. Стержень болта работает на растяжение и под действием силы F может разрушиться по внутреннему диаметру d₁. В качестве основной расчётной зависимости является условие прочности стержня на растяжение:

(20)

После подстановки значения площади поперечного сечения стержня болта находят значение внутреннего диаметра болта

(21)

Затем по найденному внутреннему диаметру резьбы подбирают стандартный болт.

Предыдущая 12 13 14 15 16 17 18 192021 22 23 24 25 26 27 Следующая