5.1.2. Соединения резьбовыми шпильками

При сборке соединений с резьбовыми шпильками процесс ещё более усложняется. Сначала в одну из деталей ввёртывают с натягом резьбовые шпильки, затем на них надевают сопряжённую деталь, на выступающие концы шпилек надевают шайбы, повышают и затягивают гайки. В шпилечном резьбовом соединении очень важным является постановка шпилек с натягом. Этот натяг при ввертывании шпилек обеспечивают следующим способами: 1) натягом по резьбе (наиболее распространён), 2) плотной посадкой на сбег резьбы шпилек, 3) упором бурта шпильки в плоскость разъёма деталей, 4) посадкой резьбы шпильки на клей, 5) завинчиванием шпильки в гладкое отверстие (только для Al и Mg сплавов), 6) затяжкой шпилек со спиральной проволочной вставкой.

Для завинчивания шпилек используют специальные патроны, захватывающие шпильки за гладкую или резьбовое отверстие и применяют ручной или механизированные инструменты

Резьбовые шпильки не следует располагать близко к точным отверстиям и плоскостям, так как при их затяжке происходит выпучивание стенок детали и возникают погрешности формы точных поверхностей.

Для предотвращения деформации сопряжённых деталей затяжку крепления деталей в групповом соединении осуществляют постепенно согласно схемам (рис.5.5):

Рис. 5. 5

Требуемая затяжка ответственных резьбовых соединений обеспечивается:

- ограничением крутящего момента;

- поворотом гайки на определенный, заранее устанав-

ливаемый угол;

- затяжкой с замером удлинения стержня шпильки и

болта.

Для ограничения крутящего момента при ручной затяжке применяют предельные и динамометрические ключи. При использовании механизированных инструментов (электро - и пневматических гайковёртах) заданный момент затяжки может обеспечиваться муфтами тарирования, реле тока, самоостановкой двигателя в конце затяжки. Данный метод не гарантирует точность выдерживание осевой силы затяжки, так как на постоянную затяжку влияет постановка коэффициента трения на резьбе и на торце, неточность изготовления резьбы и опорных торцов и другое.

Более точно величину предварительной затяжке обеспечивают поворотами гайками на определённый угол. Гайку вначале затягивают гаечным ключом, чтобы создать плотность в соединении, затем её ослабляют и вновь завёртывают до прикосновения торца с опорной плоскостью. После этого гайку с помощью гаечного ключа и накладного градуированного диска поворачивают на определённый угол , который рассчитывается по формуле:

,

где - длина болта (шпильки) между опорной плоскостью;

- шаг резьбы;

- модуль упругости материала болта и сопрягаемой детали;

- поперечное сечение болта и сопрягаемой детали;

- сила затяжки.

Наиболее точную силу затягивания измеряют по измеренному удлинёнию болта по формуле:

.

Величину измеряют специальным микрометром. Данный метод применяют при сборке ответственных резьбовых соединений (двигателестроение, турбостроение, тяжелое машиностроение).

При большом диаметре болтов и резьбовых шпилек (>50мм), затяжку часто производят после предварительного нагрева стержня болта (шпильки) до определённой температуры пропусканием через сквозное отверстие струи нагретого воздуха или пара.

Равномерность затяжки резьбового соединения зависит от метода затяжки и качества изготовления крепежных деталей.

Производительность сборки резьбовых соединений зависит от типа сборочных инструментов. Время завертывания обычным гаечным ключом сокращается в 2-3 раза при использовании торцовых коловоротных ключей, в 10-15 раз при использовании гайковёртов.

Повыше производительности труда сборщиков и облегчение их работы достигается применением специальной технологической оснастки (стационарные и поворотные приспособления для закрепления базовой детали собираемых изделий и др.).

Средства автоматизации применяют при узловой и общей сборке небольших изделий в массовом и серийном производстве. Здесь используется одно- и многошпиндельное (карусельное) полуавтоматическое оборудование и автоматизированные линии. Весьма перспективно применение робототехнических комплексов в ГАП.

При контроле резьбового соединения проверяют наличие и правильность положения поставленных деталей и момент затяжки (в процессе сборки). Перед автоматической сборкой резьбовые элементы подвергают 100% контролю.

5.1.3. Клиновые (конические) соединения

Эти соединения обеспечивают сборку с полной выборкой поперечного зазора. Они надёжны в работе, хорошо центрируют сопрягаемые детали, но не обеспечивают их точного положения в продольном направлении.

Неподвижные конические соединения получают приложением осевой силы, создающей натяг, обеспечивающий передачу крутящим моментом. Конические соединения позволяют регулировать натяг в процессе работы и обеспечивают удобство сборки и разборки по сравнению с цилиндрическими соединениями с натягом. К преимуществам этих соединений относят возможность большого числа переборок без повреждения сопрягаемых поверхностей. Для разборки неподвижного конического соединения достаточно сместить одну из сопрягаемых деталей вдоль оси. Эти соединения обеспечивают хорошую герметичность и самоцентрирование деталей.

Рис. 5 6

Натяг в неподвижных конических соединениях регулируют: запрессовкой с регламентированной силой (рис.5.6, а); запрессовкой вала тарированным ударом (рис.5.6, б); запрессовкой на расчётное осевое перемещение h (рис.5.6, в); тепловой сборкой; 5) затяжкой гайки с определённым крутящим моментом или затяжкой на определенное осевое перемещение h (рис.5.6, г).

Первый способ не обеспечивают высокой точности в виду значительного колебания коэффициента трения. Наиболее точен способ на рис.5.6, в, то есть основанный на расчётном осевом перемещении h.

В конструкциях машин для передачи крутящего момента часто применяют конические кольца, установленные в кольцевом зазоре между валом и ступицей и затягиваемые гайкой.

К сопряжённым поверхностям конуса (клина) предъявляют повышенные требования по точности обработки (проверка на кране, на качку, а также по глубине посадки охватывающего конуса на валу).

5.1.4. Штифтовые соединения

Штифтовые соединения применяют для точной фиксации сопряжённых деталей между собой и собранных узлов с базовой деталью изделия (рис. 5.7). План обработки в первом случае: раздельная предварительная обработка обеих деталей (обе половины разъемного корпуса); чистовая обработка плоскости разъёма деталей; сверление отверстий под крепёжные детали; сборка обеих деталей; сверление и развёртывание отверстий под штифты; постановка штифтов; окончательная обработка собранного корпуса. При повторной сборке обеспечи-

Рис. 5.7

вается точное взаимное положение обрабатываемых поверхностей.

План обработки во втором случае: предварительное крепление узлов на базовой детали изделия; сверление и развёртывание отверстий под штифты; постановка контрольных штифтов. Штифты выполняют цилиндрическими и коническими. Их ставят с небольшим натягом. Отверстия под штифты сверлят по разметке или кондуктору. В отдельных случаях штифты служат не только для точной фиксации сопряженных деталей, а для передачи сдвигающих сил перпендикулярно их оси

5.1.5. Шпоночные соединения

Шпоночные соединения используются в изделиях мелкосерийного и единичного производства. Конструкторские недостатки (ослабление валов шпоночным пазом, малая несущая способность) ограничивают их применение в малонагруженных конструкциях.

Наиболее распространены призматичные и сегментные шпонки; клиновые шпонки применяются редко, так как при сборке они смещают ступицу на валу в радиальном направлении. Сегментные шпонки меньше перекашиваются в пазу, чем призматические, однако они больше ослабляют сечение вала.

Сборку шпоночного соединения производят, первоначально плотно устанавливая шпонку в пазу. Длинные (направляющие) шпонки крепят в пазу винтами.

В массовом производстве сборку ведут по принципу взаимозаменяемости; в серийном производстве допускается подгонка и подбор шпонки по ширине паза. После посадки шпонки на вал осуществляют на него насаживание с зазором или натягом ступицы сопряжённой детали. Последняя предохраняется от осевого перемещения гайкой, винтом и др. способами.

Рабочее место сборщика должно быть оснащено сборочными и контрольными приспособлениями, ручными и приводными прессами, подъёмно-транспортными устройствами (если изделие имеет большой вес). Для разборки соединений в их конструкции предусматриваются резьбовые отверстия для отжимных болтов, возможность применения съёмников и т.д.

В процессе сборки шпоночного соединения проверяют плотность посадки шпонок оси вала, параллельность расположения шпонок оси вала, плавность перемещения ступицы по валу, выявляют окружной зазор в соединении. Соединение с клиновыми шпильками проверяют на радиальное и осевое биение ступицы.

5.1.6. Шлицевые соединения

Рис. 5.8

В зависимости от профиля зубьев шлицевые соединения делят на прямобочные (рис. 5.8, а), эвольвентные (рис. 5.8, б, г) и треугольные (рис. 5.8, в).

Прямобочные (рис. 5.8, а) шлицевые соединения, имеющие чёткое число зубьев (6,8,10,16 и 20) нашли большое применение в машиностроении. ГОСТ устанавливает три серии прямобочных шлицевых соединений: лёгкую, среднюю и тяжёлую. Неподвижные соединения легкой серии, имеющие небольшую высоту зубьев, используются в конструкциях для передачи небольшого вращающего момента при безударной нагрузке. Неподвижные и подвижные соединения средней серии передают средние вращающие моменты при безударной или импульсирующей нагрузке. Соединения тяжёлой серии отличается наибольшим числом и высотой шлицев и их применяют при напряжённых условиях работы. В этих соединениях центрирование соединительных деталей осуществляет по внутреннему диаметру d (рис. 5.8, а), по наружному диаметру D (рис. 5.8, в, г) и боковых сторонах зубьев b (рис. 5.8, в).

Центрирование по d обеспечивает наибольшую точность и его применяют при центрировании подвижных соединений. Центрирование по D применяют для неподвижных соединений и подвижных, воспринимающих небольшие нагрузки; центрирование по b не обеспечивают высокой точностью центрирование и его применяют при передачи знакопеременных нагрузок и большой вращающий момент.

Эвольвентные шлицевые соединения (рис. 5.8, б, г) с углом профиля 30^o (ГОСТ 6038-80) по сравнению с прямобочными передают большие вращающие моменты, обеспечивают лучшее центрирование деталей, имеют повышенную циклическую прочность и долговечность. В этих соединений центрирование проходит по боковым поверхностям (рис. 5.8, б,) – наиболее распространено, или по наружному диаметру D (рис. 5.8, в).

Эвольвентные шлицевые соединения стандартизованы для модулей 0,5 - 10мм – для D до 500мм, чисел зубьев 6 – 82 и угла профиля α= 30^o.

Треугольные соединения (рис. 5.8, в) не стандартизованы; их применяют вместо посадок с натягом или при тонкостенных втулках для передачи небольших вращающих моментов. Такие соединения центрируют по боковым поверхностям зубьев. Угол впадины α_в = 60^o, 72 и 90^o.

Лёгкосъёмные и подвижные шлицевые соединения собирают с приложением небольших сил или от руки. Перед сборной поверхности шлицов проверяют на отсутствие забоин, заусенцев и других дефектов поверхность шлицов смазывают.

В тугоразъёмных шлицевых соединениях целесообразно охватывающую деталь перед запрессовкой нагреть до температуры 80 -120⁰C. Зазоры в легкоразъёмных и подвижных шлицевых соединениях вызывают перекос сопрягаемых деталей. После установки охватывающей детали проверяют биение её поверхностей, лёгкость перемещения по шлицам и на качку. В тяжело нагруженных и ответственных соединениях для снижения напряжений смятие (σсм) боковые поверхности шлицев проверяют на прилегание по краске. Элементы подвижных шлицевых соединений обычно подвергают термической обработке.

При автоматизации сборки шлицевых соединений необходимо выдерживать заданую точность углового и линейного положения сопрягаемых деталей.