Материал: Расчет соединений деталей машин. Кирпичев И.Ю
ФГБОУВПО «Воронежский государственный
технический университет»
И.Ю. Кирпичев
Расчет соединений деталей машин
Утверждено Редакционно-издательским советом
университета в качестве учебного пособия
Воронеж 2011
УДК 532(075.8) + 621.221-82(075.8)
Кирпичев И.Ю. Расчет соединений деталей машин: учеб. пособие / И.Ю. Кирпичев. Воронеж: ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2011. 162 с.
В учебном пособии рассмотрены основные правила оформления конструкторской документации в виде сборочных чертежей.
Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование», специальности 150202 «Оборудование и технология сварочного производства», дисциплине «Детали машин и основы конструирования».
Предназначено для студентов очной формы обучения.
Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD и содержится в файле «Соединения-2011».
Табл. 4. Ил. 122. Библиогр.: 6 назв.
Научный редактор канд. техн. наук, доц. Ю.Б. Рукин
кафедра
«Строительной техники и инженерной
механики» Воронежского государственного
архитектурно-строительного университета
(зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.А.
Жулай); канд.
техн. наук, доц. Р.А. Жилин
© Кирпичев И.Ю.,
2011
© Оформление.
ФГБОУВПО «Воронежский
государственный
технический
университет»,
2011
Рецензенты:
Введение
Проектирование машин и их деталей – творческий процесс, усовершенствуемый по мере приобретения опыта работы. Студенты при изучении курса “Детали машин и основы конструирования” постигают азы основ конструирования и расчета деталей, механизмов и машины в целом.
В учебном пособии рассмотрены некоторые основные виды соединения деталей машин, порядок их расчета, достоинства и недостатки, область применения, приведены задачи для самостоятельного решения.
Детали объединяются в машину посредством соединений.
Соединения состоят из соединительных деталей и прилегающих частей соединяемых деталей, форма которых подчинена задаче соединения. В отдельных конструкциях специальные соединительные детали могут отсутствовать. Все соединения делятся на:
1) Неразъёмные, разборка которых возможна лишь при разрушении соединяющих или соединяемых деталей;
2) Разъёмные, позволяющие разборку без разрушения.
Выбор типа соединения определяет конструктор.
1. Соединения с натягом
1.1. Алгоритм расчета
Соединения деталей машин с натягом осуществляется за счет сил упругости от предварительной деформации деталей. Характерные примеры соединений с натягом: венцы зубчатых и червячных колес на центрах колес, подшипники качения на валах, пальцы кривошипа в соответствующих отверстиях (гнездах) шатуна, кулачки на осях, диски турбины на валах и т.д.
После сборки диаметр посадочной поверхности становится одинаковым для обеих деталей. При этом на посадочной поверхности возникают давление q и соответствующие ему сила трения под действием усилий, которые могут вызывать смещение втулки относительно вала. Нагрузочная способность прессового соединения прежде всего зависит от натяга. Натягом называется отрицательная разность сопряженных диаметров отверстия и вала d = A – B < 0. Расчетный натяг очень невелик. Неизбежные колебания размеров в пределах поля допуска при изготовлении деталей приводит к рассеянию натяга, а следовательно, и к рассеянию нагрузочной способности соединения. В СТ СЭВ 145-75 приведены значения допусков в зависимости от квалитета (степени точности изготовления деталей). При образовании посадок допуски отверстия и вала не должны отличаться более, чем на один-два квалитета. Больший допуск, как правило, назначают для отверстия. Посадка H6/р5 (система отверстия), например, означает, что допуск на изготовление отверстия (H6) берут по квалитету 6, а допуск на изготовление вала (p5) – по квалитету 5. Обозначение p определяет посадку с натягом и указывает значение верхнего и нижнего отклонения диаметра вала, которое зависит и от интервала номинальных размеров. В таблице 1 приведены предельные отклонения диаметров отверстий. Нижнее отклонение диаметра отверстия при изготовлении отверстия всегда равно нулю. В таблице 1.2 приведены предельные (верхнее и нижнее) отклонения диаметров валов при посадках с натягом в системе отверстия. Пользование таблицами пояснено при решении задач.
Таблица 1.1
Предельные (верхние и нижние) отклонения
диаметров отверстий для наиболее употребляемых квалитетов в системе отверстия
Номинальный размер, мм |
Отношение, мкм, для поля допуска |
||||||||
Н4 |
Н5 |
Н6 |
Н7 |
Н8 |
Н9 |
Н10 |
Н11 |
Н12 |
|
Свыше 30 до 50 |
+7 0 |
+11 0 |
+16 0 |
+25 0 |
+39 0 |
+62 0 |
+100 0 |
+160 0 |
+250 0 |
» 50 » 80 |
+8 0 |
+13 0 |
+19 0 |
+30 0 |
+46 0 |
+74 0 |
+120 0 |
+190 0 |
+300 0 |
» 80 » 120 |
+10 0 |
+15 0 |
+22 0 |
+35 0 |
+54 0 |
+87 0 |
+140 0 |
+220 0 |
+350 0 |
» 120 » 180 |
+12 0 |
+18 0 |
+25 0 |
+40 0 |
+63 0 |
+100 0 |
+160 0 |
+250 0 |
+400 0 |
» 180 » 250 |
+14 0 |
+20 0 |
+29 0 |
+46 0 |
+72 0 |
+115 0 |
+185 0 |
+290 0 |
+460 0 |
Примечание. В серых рамках указаны предпочтительные поля допусков |
|||||||||
Таблица 1.2
Предельные (верхние и нижние) отклонения диаметров
валов при посадках с натягом для 4 – 8-го квалитетов
(система отверстия)
Номи-нальный размер, мм |
Отклонение, мкм, при квалитете |
|||||||||||||
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
||||||||||
n4 |
p5 |
r5 |
s5 |
p6 |
r6 |
s6 |
t6 |
s7 |
u7 |
u8 |
x8 |
z8 |
||
Свыше 30 до 40
» 40 » 50 |
+24
+17 |
+37
+26
|
+45
+34 |
+54
+43 |
+42
+26 |
+50 +34 |
+59 +43 |
+64 +48 |
+68 +43 |
+85 +60 |
+99 +60 |
+119 +80 |
+151 +112 |
|
+50 +34 |
+59 +43 |
+68 +43 |
+68 +43 |
+95 +70 |
+109 +80 |
+175 +136 |
+175 +136 |
|||||||
» 50 » 65
» 65 » 80
» 80 » 100
» 100 » 120
|
+28
+20
+33 +23 |
+45
+32
+52 +37 |
+54 +41 |
+66 +53 |
+51
+32
+59 +37 |
+60 +41 |
+72 +53 |
+85 +66 |
+83 +53 |
+117 +87 |
+133 +87
|
+168 +122 |
+218 +172 |
|
+56 +43
+66 +51 |
+72 +59
+86 +71 |
+62 +43
+73 +51 |
+78 +59
+93 +71 |
+94 +75
+113 +91 |
+89 +59
+106 +71 |
+132 +102
+159 +124 |
+148 +102
+173 +124 |
+192 +145
+232 +178 |
+256 +210
+312 +258 |
|||||
+69 +54 |
+94 +79 |
+76 +54 |
+101 +79 |
+126 +104 |
+114 +79 |
+179 +144 |
+198 +144 |
+264 +210 |
+310 +310 |
|||||
» 120 » 140 |
+39 +27 |
+61 +43 |
+81 +63 |
+110 +92 |
+68 +43 |
+88 +63 |
+117 +92 |
+147 +122 |
+132 +92 |
+210 +170 |
+233 +180 |
+311 +248 |
+428 +365 |
|
» 140 » 160 |
+83 +65 |
+118 +100 |
+90 +65 |
+125 +100 |
+159 +134 |
+140 +100 |
+230 +190 |
+253 +280 |
+343 +280 |
+478 +415 |
||||
» 160 » 180 |
+86 +68 |
+126 +108 |
+93 +68 |
+133 +108 |
+171 +146 |
+148 +108 |
+250 +210 |
+273 +210 |
+373 +310 |
+528 +465 |
||||
» 180 » 200 |
|
|
+97 +77 |
+142 +122 |
|
+106 +77 |
+151 +122 |
+195 +166 |
+168 +122 |
+282 +236 |
+308 +236 |
422 +350 |
+592 +520 |
|
Примечание. В серых рамках указаны предпочтительные поля допусков |
||||||||||||||
Таблица 1.3
Физико-механические свойства некоторых материалов
Материал |
Временное сопротивление, МПа |
Предел текучести, МПа |
Предел выносливости, МПа |
Модуль упругости, МПа |
Коэффициент Пуассона |
sв |
sт |
s-1 |
E×105 |
m |
|
Сталь: Ст3 20 30 45 60Г 40Х 30ХГСА
Чугун: Сч15 Сч35
Латунь Л68
Бронза: БрОФ10-1 БрОЦС5-5-5 БрАЖ9-4
|
380-470 420-500 500-600 610-750 710 730-1050 1100-1700
147 340
320
250 200 550 |
200-240 240 300 360 420 650-900 850-1500
- -
90
- 40-50 200
|
120-160 120-160 170-210 190-250 250-320 240-340 340-500
- -
120
- - - |
2.0 2.0 2.0 2.0-2.1 2.1 2.1 2.0
0.8-1.5 1.3
1.1
0.9 1.0 1.0-1.1 |
0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
0.23-0.27
0.33 0.33 0.33
|
Таблица 1.4
Коэффициент трения f при посадках с натягом
(охватываемая деталь из стали)
Способ сборки соединения |
Значения f при материале охватывающей детали |
||||
сталь |
чугун |
алюми-ниевые и магниевые сплавы |
латунь |
пластмассы |
|
Механическая запрессовка |
0,06-0,13* |
0,07-0,12 |
0,02-0,06 |
0,05-0,10 |
0,4-0,5 |
Тепловая сборка |
0,14-0,16 0,07-0,16** |
0,07-0,09 |
0,05-0,06 |
0,05-0,14 |
- |
* Поверхности сопрягаемых деталей предварительно смазаны. ** Значения f при сборке охлаждением охватываемой детали Примечание. Коэффициент трения при выпрессовке (в начальный момент сдвига) на 20-40% выше, чем при запрессовке |
|||||
Стандартную посадку выбирают из условия неподвижности соединения под действием нагрузки без каких-либо дополнительных креплений для обеспечения передачи заданной нагрузки. При расчете соединений с натягом необходимо удовлетворить как требование неподвижности, так и условию прочности деталей.
Для обеспечения неподвижности соединений среднее (номинальное) контактное давление qm должно быть таким, чтобы силы трения превышали внешние сдвигающие силы. При нагружении соединения осевой силой F (см рис. 1.1), вращающим моментом T и при совместном действии F и T среднее контактное давление рассчитываю по формулам соответственно:
-
;
(1а)
;
(1б)(1)
.
(1в)
В этих формулах k – коэффициент запаса сцепления (обычно в зависимости от ответственности соединения принимают k = 1.5-3); при решении контрольных задач коэффициент запаса принять k = 2;
f – коэффициент трения (если он не задан по условию задачи, то принять по табл. 1.4);