1

Заняття 3.Продовження вивчення

Розділ 1. Основи «Деталей машин і механізмів».

Тема 2. Основні поняття та визначення деталей, машин і механізмів.З’єднання деталей.

1. Машина, класифікація машин.Машина як об’єкт техніки є знаряддям виробництва, що замінює ручну працю людини. Вона

озброює людину в її діяльності, спрямованій на перетворення сил та предметів природи длявиробництва матеріальних благ. За своєю сутністю машина є найважливішим речовим елементомпродуктивних сил, матеріальною основою сучасного машинного виробництва. Машинистворюються людиною щоб полегшити фізичну i розумову працю, підвищити її продуктивність.Сучасна машина може частково або повністю замінити людину в її трудових та фiзіологiчнихфункціях.

Машина (від лат. Machina - пристрій, засіб, знаряддя) – технічний об’єкт, який складаєтьсяіз взаємопов’язаних функціональних частин (деталей, вузлів, пристроїв, механізмів та ін.), щовикористовує енергію для виконання покладених на нього функцій. Традиційно, під машиноюрозуміють технічну систему, яка виконує або допомагає у виконанні якогось виду роботи. Простамашина — механізм, який перетворює напрям або величину сили без споживання енергії.

Машини використовуються для виконання певних дій з метою зменшення навантаження налюдину або повної заміни людини при виконанні конкретного завдання і є основою дляпідвищення продуктивності праці.

Історично, спочатку машину класифікували як пристрій що містив рухомі (тобто механічні)частини і служив для перетворення механічної енергії. Проте з появою і розвитком електронікиз'явились технічні об'єкти без рухомих частин, наприклад – електронна обчислювальна машина.

Класифікація:Ø За призначеннямØ За ступенем універсальностіØ За ступенем автоматизації

За призначеннямПрактично будь-яку машину можна зарахувати до однієї з трьох груп:· Енергетичні машини — це машини, що перетворюють один вид енергії в інший, до

них відносяться:– двигуни, машини, котрі перетворюють різні види енергії у механічну роботу

(електродвигуни, парові машини, гідротурбіни, двигуни внутрішньогозгоряння);

– генератори, машини, які перетворюють механічну енергію в будь-який іншийвид енергії (електрогенератори, поршневі компресори, механізми насосів).

· Робочі машини – це машини що використовують механічну чи іншу енергію дляперетворення і переміщення предметів обробки та вантажів. До них відносяться:

– технологічні машини і апарати – млини, печі, верстати, преси тощо, котріпризначенні для змінювання розмірів, форми, властивостей або стану предметаобробки (сировини).

– транспортні та підйомні машини – канатні дороги, конвеєри, ракети, крани,екраноплани тощо, котрі призначені для переміщення вантажів та людей упросторі.

· Інформаційні (контрольно-інформаційні) машини – це машини, що призначені дляперетворення, обробки та передачі інформації (ЕОМ, музичні інструменти, апаратизв'язку та інші пристрої передачі, обробки і зберігання інформації).

Тенденцією розвитку сучасних машин є створення комбінованих машин – машиннихагрегатів. Машинним агрегатом називається технічна система, що складається з однієї або

2

декількох уніфікованих агрегатів, сполучених послідовно або паралельно, і призначена длявиконання певних необхідних функцій. Зазвичай до складу машинного агрегату входять: двигун,передавальний механізм (їх може бути декілька або не бути зовсім) і робоча або енергетичнамашина. В наш час до складу машинного агрегату часто включають інформаційну машину.

Використання інформаційних машин для керування енергетичними та робочими машинамипривело до появи кібернетичних машин, здатних адаптуватися під зміни оточуючого середовищана основі використання систем штучного інтелекту: (роботи, маніпулятори, машини-автомати тагнучкі виробничі системи). Поєднання різних робочих машин в одній конструкції привело допояви машин-комбайнів, а комбінування різних енергетичних машин дало поштовх до розвиткугібридних конструкцій.

За ступенем універсальностіМашини за ступенем універсальності поділяють на три групи: універсальні, спеціалізовані,

спеціальні.За ступенем автоматизаціїЗа ступенем автоматизації усі машини поділяються на машини з ручним керуванням,

автомати і напівавтомати.

2. Ланка, кінематична пара.Ланка – деталь (або сукупність деталей), що не мають рухливості одна відносно одної у

машині або механізмі і рухається як одне ціле. З позиції структурного аналізу механізму чимашини у теорії машин і механізмів важливо мати інформацію не про кількість деталей, а прокількість ланок, що об'єднують деталі з однаковим характером руху та види рухомих поєднань міжланками. Отже, будь-який механізм можна розглядати як систему ланок, рухомо-сполучених міжсобою.

Ланки механізму бувають рухомими і нерухомими. За нерухому приймають ту ланку,відносно якої вивчають закономірності руху інших ланок. Наприклад, у верстатах – це станина, уредукторах – це корпус, в автомобілях – це кузов або рама.

У залежності від характеру руху і призначення ланки мають певні назви.· Нерухома ланка називається стійкою.· Кривошип (корба) – це обертова ланка механізму, що здійснює повний оберт навколо нерухомої осі.· Шатун (гонок) – це ланка механізму, що має рухомі поєднання лише з рухомими ланками.· Коромисло – це ланка механізму, що здійснює коливальні рухи при неповному оберті навколо нерухомої осі.· Повзун – це ланка, що утворює поступальне рухоме сполучення зі стійкою.· Куліса – це рухома ланка механізму, що є напрямною для каменя.· Камінь – це ланка, що утворює поступальне рухоме з'єднання з кулісою.· Зубчасте колесо – це ланка у вигляді колеса із замкненою на ньому системою виступів, що взаємодіють з

відповідними виступами іншого колеса.У сучасному машинобудуванні застосовують машини і механізми з твердими (жорсткими),

пружними (гнучкими), рідкими і газоподібними ланками. До пружних ланок відносяться пружини,мембрани та інші елементи, пружна деформація яких суттєво впливає на роботу механізму. Догнучких ланок відносять паси, ланцюги, канати. До рідких і газоподібних відносяться масло, вода,газ, повітря та інші робочі середовища.

Кінематична пара – рухоме сполучення двох жорстких (твердих) ланок, що накладаєобмеження на їх відносний рух умовами зв'язку. Кожна з умов зв’язку усуває один ступіньсвободи, тобто можливість одного з 6 незалежних відносних рухів у просторі. В прямокутнійсистемі координат можливі 3 поступальних рухи (в напрямку 3-х осей координат) і 3 обертальних(навколо цих осей).

3. Основні вимоги до машин та їх деталей.Механізмом називають систему тіл, призначену для передачі руху одного або декількох тіл

в потрібному русі інших тіл.Машиною називають механізм або сукупність механізмів, які служать для полегшення чи

заміни фізичної або розумової праці людини і підвищення її продуктивності.Всі машини складаються з деталей, які об’єднуються в вузли.

3

Деталлю називають частину машини, виготовлену без застосування збірних операцій(шпонка, болт, зубчасте колесо і ін.).

Вузол – велика збірна одиниця (коробка передач, муфта, редуктор і ін.), яка є складовоючастиною виробу (приводу, машини).

В машинобудуванні розрізняють деталі і вузли загального і спеціального призначення.Деталями і вузлами загального призначення називають такі, які зустрічаються майже у всіхмашинах (болти, вали, зубчасті колеса, підшипники, муфти і ін.). Вони становлять значнубільшість і вивчаються в курсі “Деталі машин”. До деталей і вузлів спеціального призначеннявідносять такі, які зустрічаються тільки в одному або декількох типах машин (шпинделі станків,поршні, шатуни, колінчасті вали і ін.).

Всі деталі і вузли загального призначення діляться на три основні групи:1) з’єднувальні деталі і з’єднання, які можуть бути нерозбірні (заклепкові, зварні і ін.) і

розбірні (шпонкові, різьбові і ін.);2) передачі обертового руху (зубчасті, черв’ячні, пасові і ін.);3) деталі і вузли обслуговуючі передачі (вали, підшипники, муфти і ін.).Деталі машин здебільшого мають складну конфігурацію, працюють в різних умовах і далеко

не завжди можна дістати точну формулу для їх розрахунку. При розрахунку деталей машиншироко застосовуються різноманітні наближенні і емпіричні формули, в які вводять поправочнікоефіцієнти, встановлені дослідним шляхом і підтверджені практикою конструювання іексплуатації машин.

Деталі і вузли загального призначення виготовляють щорічно в дуже великих кількостях (водному автомобілі біля п’яти тисяч типодеталей), тому всяке удосконалення методів, правил інорм проектування забезпечує більший економічний ефект.

Вимоги до машин і деталейВ відповідності з сучасними тенденціями до більшості машин, що проектуються

пред’являють наступні загальні вимоги:– високе виробництво;– економічність виготовлення і експлуатації;– рівномірність ходу;– високий коефіцієнт корисної дії;– автоматизація робочих циклів;– компактність, надійність і довговічність;– зручність і безпечність обслуговування;– транспортабельність;– відповідність зовнішнього вигляду вимогам технічної естетики.

При конструюванні і виготовленні машин повинні строго дотримуватись Державні стандарти(ДСТ).

Застосування в машині стандартних деталей і вузлів зменшує кількість типорозмірів,забезпечує взаємозаміну, дозволяє швидко і дешево виготовляти нові машини, а в періодексплуатації полегшує ремонт. Виготовлення стандартних деталей і вузлів машин відбувається вспеціалізованих цехах і на заводах, що підвищує їх якість і знижує ціну.

Однією з головних вимог, які висуваються до машин і їх деталей, є технологічністьконструкції, яка значно впливає на вартість машини.

Технологічною називають таку конструкцію, яка характерна мінімальними затратами привиготовленні і експлуатації.

Технологічність конструкції характеризується:1) застосування в новій машині деталей з мінімальною механічною обробкою. При цьому

широко використовується штамповка, точне лиття, фасонний прокат, зварювання;2) уніфікацією даної конструкції являється застосування однакових деталей в різноманітних

вузлах машини;3) максимальним застосуванням стандартних конструкційних елементів деталей (різьб,

канавок, фасок і ін.), а також стандартних квалітетів і посадок;4) застосування в новій машині деталей і вузлів, які раніше застосовувались у виробництві.

4

4. Короткі дані про стандартизацію та взаємозамінність.Сучасне виробництво машин, механізмів, вузлів, деталей та їх ремонт ґрунтуються на

принципі взаємозамінності. Серійне виготовлення деталей відбувається в одних цехах, аскладання машин, вузлів і приладів, як правило, - в інших.

Під час складання застосовуються різні кріпильні деталі, вироби із неметалевих матеріалів,підшипники кочення та інші вироби, виготовлені в різний час на різних спеціалізованих підприєм-ствах. Незважаючи на це, складання здійснюється без додаткових підгінних і доводочнихоперацій, а зібрані машини і їх частини задовольняють необхідним вимогам. Це можливо завдякитому, що вузли і деталі виготовляють взаємозамінними.

Раніше взаємозамінність розглядалася лише як принцип складання деталей і вузлів. В нашчас взаємозамінність поширюється вже й на такі характеристики виробів, як стійкість протиспрацювання, твердість, внутрішня напруга, тобто на якісні показники, які визначають надійність ідовговічність робити машин, вузлів і деталей.

Взаємозамінність називається властивість деталей, складальних одиниць, агрегатів займатисвоє положення в машині без додаткових операцій обробки і виконувати при цьому задані функціївідповідно до технічних вимог.

Взаємозамінність забезпечує можливість складання або заміни при ремонті будь-якихнезалежно виготовлених деталей у складальні одиниці, тобто у вироби, складові частини якихпотрібно з'єднати за допомогою операцій.

Особлива роль в здійсненні взаємозамінного виробництва деталей і вузлів машин належитьстандартизації, як основному засобу забезпечення якості продукції, її надійності. Дотриманнястандартів сприяє розвитку спеціалізації виробництва. При цьому скорочується номенклатурапродукції, що випускається і складаються умови для комплексної механізації і автоматизаціївиробництва. Все це веде до збільшення продуктивності праці, поліпшенню якості продукції тазниженню її собівартості.

Деталі, які входять у складальні одиниці, повинні бути стандартизовані. Отже,взаємозамінність базується на стандартизації.

Раніше дбали про взаємозамінність, щоб мати можливість швидко замінити деталі, яківийшли, з ладу, новими, що сприяло здешевленню ремонту та експлуатації. Згодомвзаємозамінність, стала застосовуватися також при виробництві тракторів, автомобілів, комбайнівта інших машин. 3аводи, які виготовляють сучасні трактори, автомобілі, комбайни,використовують взаємозамінні деталі і складальні одиниці разом з десятком іншихспеціалізованих заводів.

Розрізняють взаємозамінність повну і непевну, зовнішню і внутрішню, за функціями і загеометричними параметрами.

В умовах лісогосподарського виробництва під час експлуатації і ремонту машинвзаємозамінність грає важливу роль, тому що при наявності взаємозамінних запасних частинможна швидко усунути несправності, що виникають. Порушення принципу взаємозамінностіпризводить до збільшення строків і вартості ремонту машин.

В міру вдосконалення конструкцій лісогосподарської техніки, підвищення її надійності ідовговічності роль взаємозамінності посилюється.

Ремонт лісогосподарської техніки економічно ефективний лише тоді, коливикористовуються взаємозамінні запасні частини. Спеціалізація ремонтних підприємств іорганізація централізованого відновлення спрацьованих деталей, вузлів і агрегатів дозволяєвикористовувати у повній мірі переваги взаємозамінності при ремонті машин.

Домашнє завдання:

5. З¢єднання деталей: нероз¢ємні – зварні, заклепочні; роз’ємні – різьбові,шпонкові, шліцьові, їх класифікація і порівняльна оцінка.

6. Кріпильні деталі та способи стопоріння.

5

5. З¢єднання деталей: нероз¢ємні – зварні, заклепочні; роз’ємні – різьбові,шпонкові, шліцьові, їх класифікація і порівняльна оцінка.

Будь–яка машина складається з багатьох деталей та окремих складальних одиниць. Ці деталі таскладальні одиниці пов'язані між собою тим чи іншим способом. Зв'язки елементів машини поділяютьна рухомі (шарніри, підшипники) та нерухомі (різьбові, зварні).

Використання рухомих зв'язків елементів обумовлене кінематикою машини. Нерухомі зв'язкизастосовують для забезпечення можливості розбирання машини на деталі та складальні одиниці.Потреба розбирання спричиненаспрощенням виготовлення, складання, ре-монту та транспортування.

Нерухомі зв'язки деталей умашинобудуванні називають з'єднаннями.Всі види з'єднань поділяють на роз'ємні танероз'ємні.

Роз'ємні з'єднання (різьбові, шпонкові,зубчасті (шліцьові), клемові та ін.)дозволяють багаторазово з’єднувати іроз’єднувати деталі без пошкодження абопластичного деформування як з’єднуваних,так і з’єднуючих деталей.

Нероз'ємні з'єднання (зварні,заклепочні, паяні, клеєні та ін.) неможливороз’єднати без пошкодження абопластичного деформування деталей даногоз’єднання. Використання нероз'ємнихз'єднань обумовлене технологічними таекономічними вимогами.

Проміжне місце між роз'ємними танероз'ємними займають пресові з'єднання. Вдеяких випадках ці з'єднання проектуютьсяяк нероз'ємні, і розкладання їх можеспричинити пошкодження спряженихповерхонь та послаблення посадки деталей.Але при малих натягах, характерних,наприклад, для посадки кілець підшипниківкочення, ці пошкодження незначні, навітьдля багаторазового напресовування.

З'єднання деталей машин є дужеважливими елементами конструкцій, бо багато аварій або порушень нормальних режимів роботи ма-шини обумовлені незадовільною міцністю та надійністю з'єднань.

Зварювання – технологічний процес з'єднання деталей, який здійснюється при місцевомунагріванні стику деталей до розплавленого або пластичного стану із їх подальшим взаємнимдеформуванням. Утворення такого типу з'єднання базується на використанні сил молекулярногозчеплення.

Нині є багато різних способів з'єднання деталей зварюванням (близько 70 способів). В основуїхньої класифікації покладено дві ознаки: агрегатний стан матеріалу в зоні зварювання та вид енергії,яка використовується для утворення з'єднання.

У машинобудуванні переважне використання знаходять такі способи: ручне дугове зварюванняметалевим електродом, автоматичне дугове зварювання металевим електродом під шаром флюсу,електрошлакове зварювання та контактне зварювання – стикове, шовне та точкове. Перші триспособи належать до зварювання плавленням, а останній – до зварювання, що здійснюєтьсядеформуванням нагрітого до пластичного стану матеріалу деталей, які підлягають з'єднанню.

Ручне дугове зварювання металевим електродом здійснюється за допомогою електричної дуги,що виникає між деталлю та електродом. Виділена при цьому теплота оплавляє краї деталей ірозплавляє електрод, матеріал якого витрачається на формування зварного шва. Ручне дугове

З’єднання деталей машин:а) різьбове, б) заклепочні, в) зварні, г) шпонкове,

ґ) шліцьове, д) штифтове, є) з’єднання з натягом.

6

зварювання використовується переважно для з'єднань із короткими або складними за конфігурацієюзварними швами, а також в індивідуальному та малосерійному виробництві. Цей спосіб зварюваннявживається для з'єднання деталей завтовшки 1–60 мм і більше.

Автоматичне дугове зварювання металевим електродом під флюсом відрізняється від ручноготим, що воно виконується зварювальною машиною автоматично і під шаром флюсу. До складу флюсувходять шлакоутворюючі (для захисту шва від впливу зовнішнього середовища), легуючі тарозкислювальні компоненти. Таке зварювання забезпечує високу продуктивність та якість зварнихшвів. Цей метод економічно найдоцільніший для неперервних прямолінійних та кільцевих швівзначної довжини, особливо в великосерійному та масовому виробництві. При цьому можливезварювання деталей завтовшки 2–130 мм і більше.

Електрошлакове зварювання металевим електродом відрізняється від дугового зварювання тим,що в ньому джерелом нагрівання є теплота, що виділяється при проходженні струму від електроду додеталі через шлакову ванну. Цей спосіб дуже продуктивний при зварюванні сталевих листів завтовшки40–50 мм. На сьогодні таким способом зварюють сталеві та чавунні вироби завтовшки до 1 м,наприклад станини прокатних станів, корпуси пресів.

Контактне зварювання основане на нагріванні стику з'єднуваних деталей теплотою, якавиділяється при проходженні через стик електричного струму. Нагрівання стику деталей здійснюєтьсядо температури пластичного стану матеріалу (або до оплавлювання) із подальшим деформуванням(стисканням) деталей. Контактне шовне зварювання використовують для утворення герметичних швів,а контактне точкове – для виготовлення конструкцій, в яких герметичність швів не обов'язкова.Контактним зварюванням з'єднують деталі, виготовлені із тонколистових елементів.

При дуговому зварюванні конструкційних вуглецевих та низьколегованих сталей застосовуютьелектроди у формі сталевого стержня з товстим захисним покриттям, яке при плавленні виділяє великукількість шлаку та газу, що утворює захисне середовище для шва. Цим забезпечують підвищенняякості зварного шва, механічні властивості якого різко погіршуються під впливом кисню та азотуповітря.

Крім розглянутих вище, широко використовують спеціальні способи зварювання. Для з'єднаннядеталей із високолегованих сталей, різних сплавів та кольорових металів успішно застосовуютьзварювання в середовищі інертних газів (аргону, гелію). Ті самі матеріали, а також тугоплавкі метали інеметалеві матеріали, наприклад кераміка, достатньо добре зварюються у вакуумних камерахелектронним променем або дифузійним зварюванням.

Є ще спеціальні види зварювання: лазерне, радіочастотне, ультразвукове, вибухом (дляпокриття). Велику перспективу має застосування плазмового процесу.

Зварні з'єднання є найдосконалішими з нероз'ємних з'єднань, оскільки вони у значній мірінаближають з'єднані деталі до цілісних. Міцність з'єднань при статичних і ударних навантаженнях невідрізняється практично від міцності деталей із суцільного металу.

Зварювання використовують не тільки як спосіб з'єднання деталей, а й як технологічний методвиготовлення самих деталей. Зварені деталі в багатьох випадках із успіхом заміняють деталі ковані,штамповані або виготовлені литтям. Зварюванням виготовляють станини, рами і основи машин,корпуси редукторів, зубчасті колеса, шківи, зірочки, маховики, вали колінчасті, барабани, ферми,колони, різні резервуари, труби, балки, кузови автомобілів, корпуси вагонів, річкових та морськихсуден.

Переваги зварних з'єднань. Зварні з'єднання забезпечують значну економію металу і значнознижують трудомісткість їх виготовлення. Тому останні суттєво дешевші за клепані чи литі. А щеекономія металу досягається внаслідок усунення додаткових з'єднувальних деталей (накладок, косинокі та. ін.) і кращого використання металу через відсутність отворів, які ослабляють робочі перерізи.Маса зварних конструкцій, у порівнянні з чавунними, знижується майже наполовину, а в порівнянні зісталевими литими - до третини. Але ще вагомішими є висока продуктивність і простота процесузварювання через використання засобів автоматизації. Зварювання особливо доцільне привиготовленні конструкцій складної форми, окремі деталі яких одержують за допомогою штампуваннявальцюванням, куванням та відливкою.

Недоліки зварних з'єднань: поява залишкових напружень у зварних елементах після закінченняпроцесу зварювання, а звідси викривлення деталей після зварювання; погане сприйняття змінних іособливо вібраційних навантажень; складність і трудомісткість контролю якості зварних швів;знижений опір корозії; можливість існування скритих (невидимих) дефектів (тріщин, непроварів,

7

шлакових включень), які знижують міцність з'єднання та ін.Заклепочні з’єднання – це з’єднання деталей за допомогою заклепок – кріпильних деталей з

високо пластичного матеріалу. Таке з’єднання нероз’ємне і нерухоме. Застосовують для виробів злистового полосового матеріалу або профільного прокату в конструкціях, що працюють в умовахударних чи вібраційних навантажень (авіація, водний транспорт), при невеликих товщина матеріалів.

Типи заклепок та їх призначення. У заклепці розрізняють стержень, закладну та замикаючуголовки (мал., а). Замикаюча головка утворюється при розклепуванні стержня заклепки. Привиготовленні заклепок між стержнем і головкою заклепки роблять закруглення (галтель), що збільшуєміцність заклепки.

На малюнках (б–е) зображено найпоширеніші типи стержньових заклепок, застосовуваних дляклепання у відкритих місцях конструкцій, де можливий двосторонній підхід до місця клепання, тобтодо закладної і замикаючої головок. На малюнках. (с, ж, з) наведено спеціальні заклепки з осердям івибухові, застосовувані головним чином для одностороннього клепання в закритих місцяхконструкцій, тобто там, де клепати стержньовими заклепками неможливо.

Заклепки з півкруглою головкою забезпечують міцніше з’єднання порівняно із заклепками, щомають потайну головку, через що перші застосовують частіше, а другі – лише тоді, коли необхідноотримати клепання приховане.

Заклепка з осердям складається з пістона й осердя, що виготовляються з легких алюмінієвихсплавів. Пістон виконано у вигляді втулки, у центральний отвір якої вставлено осердя, що являє собоюступінчастий стержень із закладною та замикаючою головками. З боку закладної головки осердя маєтонку шийку по якій відбувається розрив стержня у момент закінчення клепання. Вибухові заклепкивідрізняються від звичайних наявністюзаглиблення в торці стержня, в яке закладаєтьсявибухова речовина. їх застосовують тоді, коли впроцесі клепання звичайною заклепкоюнеможливо зробити замикаючу головку.

Місце з’єднання двох листів або деталей задопомогою заклепок називається заклепочнимшвом. Заклепки розміщуються вздовж шваодним, двома, трьома і більше рядами. Залежновід цього шви називають однорядними,дворядними, багаторядними. У дворядних ібагаторядних швах заклепки можуть бутирозміщені паралельними рядами або в шаховомупорядку. За способом з’єднання листів або

8

деталей між собою розрізняють шов внапусток (мал., а), коли край одного листа накладають на крайдругого листа; шов у стик з однією накладкою (мал..,б), коли з’єднувані листи своїми торцями щільноприлягають один до одного, а на них з одного боку вздовж стику накладають штабу-накладку і до неїприкріплюють кожний з листів. Шов у стик з двома накладками (мал., в) утворюється при клепанні знакладками з обох боків зклепуваних листів.

Залежно від призначення нероз’ємного з’єднання застосовують такі види заклепочних швів:Ø міцний шов (застосовують при клепанні металевих конструкцій, опор, мостів та ін.);Ø щільний шов (використовують для забезпечення герметичності, якої досягають за рахунок

установлення прокладок між зклепуваними листами або за допомогою спеціальної операції,що називається чеканенням);

Ø міцно-щільний шов (застосовують тоді, коли треба створити міцні і водночас герметичніз’єднання, наприклад для виготовлення парових котлів, резервуарів з високим внутрішнімтиском та ін.).

Щоб одержати міцний і доброякісний шов, заклепки треба правильно розмістити по довжиніз’єднання. Якщо їх розмістити щільно, то зклепувані листи будуть ослаблені великою кількістюотворів; при рідкому розміщенні міцність і герметичність шва будуть недостатні.

Розміри заклепок вибирають залежно від призначення заклепочного шва, товщини зклепуванихлистів і форми замикаючої головки.

Конструкції та розміри заклепок нормальної точності і підвищеної якості стандартизовані.В наш час заклепочні з’єднання витісняються більш економічними зварними та клеєними.Різьбовими з’єднаннями називають роз’ємні з’єднання, які виконуються за допомогою

кріпильних деталей – гвинтів, болтів, шпильок, гайок або різьби, нанесеної безпосередньо на деталях,які з’єднуються. Різьба – це розміщені по гвинтовій лінії виступи на основній поверхні гвинтів тагайок.

Різьбові з’єднання поширені в машинобудуванні. Вони використовуються в загальному,автомобільному, гірничому, авіаційному машинобудуванні. У сучасних машинах до 60% деталеймають різьбу: до них відносять кріпильні деталі, корпусні деталі, вали, шківи, зубчаті колеса та ін.Широке використання різьбових з’єднань визначається такими перевагами: можливістю створеннявеликих осьових сил; можливістю фіксування деталей у довільному положенні; зручними формами імалими габаритами різьбових деталей; простотою і можливістю точного виготовлення. Недоліки:наявність значної кількості концентраторів напруги (різьбових западин), що зменшує їх втомнуміцність.

За формою основної поверхні, на якій створена різьба, розрізняють циліндричні і конічні різьби;останні використовуються для герметичних з’єднань.

Профіль різьби - це контур перерізу різьби в площині, яка проходить через вісь циліндра. Заформою профілю розрізняють трикутні, прямокутні, трапецоїдні, круглі та інші різьби.

За напрямком гвинтової лінії розрізняють праву і ліву різьби.За кількістю паралельних гвинтових ліній (заходів) розрізняють одно-, дво-, багатозахідні різьби.За призначенням розрізнюють різьби кріпильні і різьби для гвинтових механізмів.Кріпильні різьби застосовують у деталях різьбових з'єднань. Залежно від форми поверхні, на

якій нарізана різьба, розрізняють циліндричні та конічні різьби. В основному використовуються ци-ліндричні кріпильні різьби. Конічну різьбу застосовують у випадках, коли треба забезпечитигерметичність з'єднання.

Кріпильні різьби бувають; метричні, трубні та круглі. Різьби стандартизовані.

а – метрична різьба б – трубна різьба в – кругла різьба

9

Метрична різьба є основною кріпильною різьбою. Вона має назву метричної тому, що всі їїрозміри задаються в міліметрах. Метрична різьба має трикутний профіль витків із кутом профілю α =60°. Вершини витків та впадин притуплені по прямій або по дузі кола, по вершинах та впадинах ут-ворений зазор Така конструкція полегшує обробку різьби, зменшує концентрацію напружень тазапобігає пошкодженням різьби в умовах виконання складальних робіт.

Трубна різьба використовується для герметичного з'єднання труб та арматури. Ця різьба має кутпрофілю витків α = 55°, вершини та впадини витків закруглені і відсутній зазор між вершинами тавпадинами, що надає з'єднанню деталей високу щільність.

Трубна різьба має малий крок витків, оскільки нарізується на трубі з малою товщиною стінки. Заномінальний діаметр трубної різьби беруть внутрішній діаметр труби. Зовнішній діаметр такої різьби вдійсності більший номінального на дві товщини стінки труби.

Трубну різьбу можна нарізувати також на конічній поверхні для досягнення високої щільностіз'єднання.

Нині замість трубних різьб часто застосовують метричні різьби з малим кроком витків.Кругла різьба зручна для виготовлення накатуванням або витисканням на тонкостінних

металевих та пластмасових деталях, а також відливанням на чавунних, скляних, пластмасових таінших виробах. Профіль витків круглої різьби утворюється спряженими дугами кіл, а кут профілю α =30°.

Круглі різьби мають обмежене застосування, і в основному вони використовуються для деталей,що часто згвинчуються та відгвинчуються в умовах забруднення (пожежна арматура, вагонні стяжки,цоколі електроламп та ін.).

Різьби гвинтових механізмів: прямокутна, трапецоїдна симетрична, трапецоїдна несиметричнаабо упорна.

Різьби гвинтових механізмів:а - різь прямокутна, б - різь трапецеподібна симетрична, в - різь трапецеподібна несиметрична.

Різьба прямокутна використовується в мало навантажених передачах гвинт-гайка. Вонанарізається на токарно-гвинторізних верстатах характеризується низькою продуктивністю і точністю.Поширена мало, не стандартизована.

Трапецоїдна різьба з симетричним профілем використовується для передачі реверсивного рухупід навантаженням. Ця різьба є основною різьбою для передачі гвинт-гайка у гвинтових механізмахметалорізальних верстатів, домкратах, реверсивних натискних пристроях. Трапецоїдна різьбазабезпечує малі втрати на тертя, зручна у виготовленні, більш міцна порівняно з прямокутноюрізьбою.

Упорну різьбу з несиметричним трапецоїдним профілем використовують для гвинтів з великимодностороннім осьовим навантаженням у пресах, натискних пристроях прокатних станів, длявантажних гаків та ін.

Вибір типу і профілю різьби визначається необхідними значеннями міцності, сили тертя;технологічністю виготовлення. Кріпильні різьби повинні мати високу міцність, велику силу тертя, яказапобігає самовідгвинчуванню кріпильних деталей. Різьби гвинтових механізмів повинні бути змалими силами тертя, що забезпечує високий к.к.д. і зменшує інтенсивність спрацювання.

Шпонкою називають деталь, яку вставляють у пази вала 1 маточини (втулки) з метою утворенняз'єднання, здатного передавати обертовий момент від вала до маточини (зубчастого колеса, шківа, муфтиі т. ін.) або, навпаки, від маточини до вала. Шпонки таким чином перешкоджають відносномуповороту або зсуву деталей.

На малюнку зображені деталі шпонкового з'єднання: 1 – шпонка, 2 – вал і 3 – втулка (або маточина

10

шківа, зубчастого колеса).Завдяки простоті та надійності конструкції, порівняльно низькій

вартості, а також зручності складання шпонкові з'єднання широкозастосовують у машинобудуванні. До недоліків шпонкових з'єднань належатьпослаблення вала та маточини шпонковими пазами, які зменшують попе-речний переріз і спричинюють значну концентрацію напружень, що сприяєвтомному руйнуванню валів.

Конструктивно шпонки поділяються на:- призматичні із заокругленими (мал., а, в) і плоскими (мал., б, г)торцями; ці шпонки не мають нахилу і їх закладають у паз на вал (мал., в, г –шпонки з отворами для їхнього закріплення);- сегментні (мал., ґ), які являютьсобою сегментну пластину, щозакладається заокругленим боком у пазвідповідної форми, який фрезеруєтьсяна валові; ці шпонки найчастішезастосовуються для конічних кінціввалів;- клинові без головки (мал., д, е)та з головкою (мал., є); ці шпонкимають похил 1:100 і встановлюються упази з натягом. Умови робота цихшпонок однакові, а головка служитьдля витягування шпонки з паза.

Призматичні, сегментні таклинові шпонки стандартизовані.

Призматичні шпонки запризначенням розрізняють: звичайні,що призначені для з'єднань маточин звалами і напрямні, які застосовуються утих випадках, коли маточини повиннімати можливість переміщатися вздовжвалів; ковзні. Напрямні шпонкиприкріплюють до вала гвинтами.

Призматичні шпонки відносятьсядо врізних, тобто таких, що знаходяться в пазі вала. Для спрощення і полегшення складанняшпонкових з'єднань між шпонкою і маточиною, передбачається радіальний проміжок (по висотішпонки). Приблизно половина їхньої висоти розміщення в пазі вала і половина - в пазі маточини.

Сегментні шпонки врізні, як і призматичні, працюють боковими гранями. При необхідності подовжині маточини на валові ставлять дві (і навіть три) сегментні шпонки. Ці шпонкинайтехнологічніші через простоту виготовлення цих шпонок і пазів до них, а також зручностіскладання з'єднань.

Критерієм роботоздатності ненапружених шпонкових з'єднань є опір зминанню боковихповерхонь шпонок, які сприймають навантаження.

Для виготовлення шпонок всіх видів використовують спеціальний точний прокат для шпонок ізсталей за ГОСТ 380–88 та ГОСТ 1050–88 з границею міцності не менше ніж 500 МПа.

Шпонкові з'єднання стандартизовані, тому їхні розміри вибирають залежно від діаметра вала завідповідними стандартами.

Шліцьові (зубчасті) з’єднання. У випадку, коли не можна забезпечити міцність шпонковихз'єднань деталей із валами (через обмежену довжину маточини), використовують шліцьові (зубчасті)з’єднання.

Шліцьове з'єднання утворюється за наявності зубців на валові і внутрішніх зубців в отворіматочини.

Всі розміри зубчастих з'єднань і допуски на них стандартизовані. За формою профілю шліців(зубців) з'єднання поділяються на три типи: прямобічні, евольвентні та трикутні. Найпоширеніші

Шпонкове з’єднання

Конструкції шпонок

11

зубчасті з'єднання з прямобічними і евольвентними профілями зубців. З'єднання з трикутним профілемзубців застосовують в основному як нерухомі, при невеликих обертових моментах.

У прямобічних зубчастих з'єднаннях застосовують три способи центрування отвору маточин назубчастому валі:а – по зовнішньому діаметру шліців

D, при цьому по внутрішньомудіаметру d буде радіальна щілина;

б - по внутрішньому діаметру d, прицьому по діаметру D буде радіальнащілина;

в - по бокових гранях зубців b, тодіщілини будуть по обох діаметрах d іD (відповідно мал., а, б, в).

З'єднання евольвентнимишліцами виконують з центруваннямпо бокових гранях (мал., а) та позовнішньому діаметру вала (мал., б).Перевага надається першому способуцентрування. Евольвентні зубцівиготовляються на зубонарізнихверстатах з високою точністю. Високаміцність (завдяки значній кількостішліців і западин) забезпечує їхшироке застосування. Евольвентнізубці поряд з прямобічнимизастосовують і в рухомих з'єднаннях.

З'єднання з трикутнимизубцями не стандартизовані, їхзастосовують в основному як нерухомі при тонкостінних втулках і обмежених габаритних розмірах подіаметру. Ці з'єднання мають велику кількість дрібних зубців (до 70). Часто буває, коли внаслідоктехнологічних труднощів трикутні зубці заміняють дрібними евольвентними зубцями.

Порівняно зі шпонковими переваги шліцьового з'єднання такі:- деталі краще центруються на валах;- зменшується кількість деталей з'єднання (всього дві деталі), а в шпонковому - три, чотири;- при однакових ґабаритах допускають передачу великих обертових моментів за рахунок збільшення

поверхні контакту;- забезпечується висока надійність, особливо при динамічних та реверсивних навантаженнях внаслідок

рівномірного їхнього розподілу між шліцами;- зубці мало ослабляють вал, а тому шліцьовий вал можна розраховувати на міцність так само, як і

гладкий;- довжина маточини суттєво зменшується.

Недоліком шліцьових з'єднань в порівнянні зі шпонковими є складна технологія виготовлення, а,отже, і вища вартість.

Основними критеріями роботоздатності зубчастих з'єднань є опір робочих поверхонь зубцівзминанню і стійкість проти спрацювання.

6. Кріпильні деталі та способи стопоріння.Кріпильні деталі – деталі для нерухомого скріплення елементів конструкцій і машин.

Розрізняють кріпильні деталі: нарізні – гвинти, болти, шурупи, саморізи та дюбеля, шпильки (ззовнішньою різьбою), гайки, вкладиші (з внутрішньою різьбою) і гладенькі – заклепки, шплінти,штифти тощо. Є також допоміжні кріпильні деталі: шайби, гайкові замки, прокладки, що їхвстановлюють під гайки або головки болтів. Вони запобігають зминанню поверхонь, їхньомупошкоджуванню при загвинчуванні, саморозгвинчуванню при вібрації й ударах, перекривають зазориміж стрижнями болтів і отворами в елементі конструкції. Кріпильні деталі виготовляють із сталейрізних марок, мідних і алюмінієвих сплавів, пластмас (капрону, нейлону), а також гуми або картону

Прямобічні шліцьові з'єднання

Евольвентні та трикутні шліцьові з'єднання

12

(допоміжні деталі), їх застосовують у різьбових з'єднаннях, заклепочних та в з'єднаннях з натягом.Типи і розміри всіх кріпильних деталей масового виробництва стандартизовані.

До кріпильних виробів також умовно відносять: шпагат, в'язальнийдріт, костилі, нагелі, скоби та інше.

В залежності від області використання поділяються на кріпильнідеталі для бетонних, стальних, дерев'яних конструкцій тощо.

Вибір кріпильних виробів виконується за результатами розрахунку насилу та вид навантаження (осьове, поперечне, тангенціальне, змішане).

Кріпильні різьбові деталі, їхні конструкції та матеріали. Дляз'єднання деталей використовують болти (гвинти з гайками), гвинти абошпильки.

Використання болтів для з'єднання деталей не вимагає нарізування вцих деталях різьби. Це особливо важливо в тих випадках, коли матеріалдеталі не може забезпечити достатню міцність різьби. Однак у з'єднанніболтом повинен бути передбачений простір для головки гвинта та гайки, атакож має місце деяка незручність виконання складальних операцій, бо призагвинчуванні або відгвинчуванні гайки треба утримувати головку гвинтавід прокручування. Болтове з'єднання дещо збільшує масу виробу і в деякіймірі спотворює його зовнішній вигляд.

Гвинти та шпильки треба використовувати в тих випадках, коли законструкцією з'єднання застосування болтів неможливе або нераціональне.Гвинти та шпильки вимагають певної глибини загвинчування в одну іздеталей з'єднання. Якщо при експлуатації з'єднання виникає потреба убагатократному з'єднуванні та роз'єднуванні деталей, то для запобіганняможливому руйнуванню різьби деталі перевага надається з'єднаннюшпилькою або болтовому з'єднанню.

У деяких випадках під гайку або головку гвинтаставлять плоску круглу шайбу. Постановка такоїшайби зменшує пошкодження та зминання гайкоюповерхні деталі (якщо деталь виготовлена з м'якогоматеріалу – алюмінію, пластмаси, дерева) призагвинчуванні гайки чи гвинта. Плоскі круглі шайбивикористовують також у випадку збільшеногодіаметра отвору під болт або гвинт або коли отвір немає круглої форми.

Геометричні форми та розміри гвинтів, гайок,шпильок дуже різноманітні і достатньо описані увідповідних довідниках та стандартах різьбовихкріпильних деталей. Деякі види широкозастосовуваних гвинтів, що відрізняютьсяконструкцією головок, показані та різніформи гайок показані на малюнках.

Для виготовлення кріпильнихрізьбових деталей використовують сталі:вуглецеві звичайної якості, якісніконструкційні та леговані конструкційні.

Вибір матеріалів кріпильних деталейпов'язаний з особливостями умов роботиз'єднань, вимогами до габаритів та масиз'єднання.

Під час вибору матеріалу гайкирекомендують брати до уваги таку вказівку:напруження від навантаженнявипробування повинно відповідатимінімальній границі міцності матеріалу

Болт з накрученою гайкою

Гвинт та саморізи

Заклепки

З'єднання за допомогою болта, гвинта та шпильки

13

болта, з яким комплектується гайка.Стопоріння різьбових з'єднань. Запобігання самовідгвинчуванню різьбових деталей є

важливим заходом у підвищенні надійності з'єднань деталей.У з'єднаннях деталей із кріпильними різьбами забезпечується самогальмування, оскільки кут

тертя між витками різьби гвинта та гайки значно перевищує кут підйому гвинтової лінії. Крім цього,самовідгвинчуванню чинять опір сили тертя між деталями та опорними поверхнями гайки чи головкиболта (гвинта). Але самогальмування різьбового з'єднання надійно реалізується тільки при статичномунавантаженні. При дії змінних (вібраційних чи ударних) навантажень різко знижується коефіцієнттертя між витками, умови самогальмування порушуються і спостерігається самовідгвинчуваннярізьбових деталей, що може спричинити руйнування з'єднання або навіть аварійний стан у роботімашини.

Щоб запобігтисамовідгвинчуванню, слідвикористовувати стопорні пристрої,робота яких базується або на створеннідодаткових сил тертя, або навикористанні спеціальних замковихзасобів.

Пристрої, що базуються настворенні додаткового тертя, показані намалюнку (а–г). Контргайка (мал., а)створює додатковий натяг і додатковісили тертя в різьбі. Пружинна шайба(мал., б) підтримує натяг і додаткові силитертя в різьбі на деякій ділянцісамовідгвинчування (до 1–1,5 обертагайки). Крім цього, пружність шайбизначно зменшує вплив вібрації на тертя врізьбі. В гайках із завальцьованимкільцем з поліаміду (мал., в) додатковестопоріння здійснюється за рахунок сил зчеплення здеформованого при загвинчуванні гайки кільця тавитків різьби гвинта. Знаходять застосування також гайки на малюнку (г), додаткове тертя в яких ство-рюється у верхній частині гайки, здеформованої на еліпс після нарізування різьби.

У замкових пристроях для запобігання самовідгвинчуванню використовують стопорінняшплінтами (мал., д), загнутими стопорними шайбами (мал., е, є) та іншими способами.

На практиці використовують такі способи стопоріння різьбових з'єднань, як зварювання (гайкаабо головка гвинта приварюються до деталі з'єднання) або пластичне деформування з руйнуваннямвитка різьби кернуванням

Матеріал кріпильних деталей визначається переважно умовами роботи (часто міцністюдеталей) і технологією виготовлення. Кріпильні деталі в масовому виробництві виготовляютьсяобробкою тиском із пластичних сталей 10, 15, 15Х та ін. У спеціальних конструкціях, до якихставляться жорсткі вимоги щодо маси, корозійної стійкості і теплостійкості, застосовують кріпильнідеталі із пластмаси, титанових і берилієвих сплавів, а також із корозійностійких, жаростійких тажароміцних сталей.

Щодо шайб, то їх виготовляють зі сталей марок Ст1, Ст2, Ст3, 08, 10, 18, 20, 25, пластмас,текстоліту, поліамідів та нейлону. Пружинні шайби виготовляють зі сталей марок 65, 70, 75, 65Г,30Х13, бронзи БрК3Мц1 та ін.

Для захисту кріпильних деталей із вуглецевих сталей від корозії їх покривають окиснимиплівками або наносять гальванічні покриттяДля кріпильних різьб основний вид руйнування це – зріз витків. Отже, критерієм роботоздатностікріпильних різьб є міцність, пов'язана з напругами на зріз.