Орлов - Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. Книга 3

В книге изложены принципы конструирования крепежных соединений, их стопорения, уплотнений подвижных и неподвижных сочленений деталей, пружин сжатия, растяжения и кручения, соединений трубопроводов, полимерных  изделий; даны типовые конструктивные узлы фиксаторов, креплений осей, сферических сочленений, штоков и других деталей.

Материал третьей книги публикуется впервые.

Книга предназначена для конструкторов-машиностроителей. Она будет полезна также студентам машиностроительных вузов.

КРЕПЕЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

ВИДЫ КРЕПЕЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В машиностроении применяют три основные вида резьбовых крепежных соединений: 1) болтами с гайками (рис. 1,1); 2) ввертными болтами (рис. 1, Л, III); 3) шпильками (рис. 1, IV, V).

1. Соединение болтами применимо только при возможности выполнения сквозных отверстий в стягиваемых деталях. Монтаж болтовых соединений не особенно удобен: требуется страховка болта от проворачивания при затяжке гайки. Желательна фиксация болта в осевом направлении при затяжке. При монтаже приходится манипулировать двумя деталями — болтом и гайкой.

2. Соединение ввертными болтами применяют при глухом - нарезном отверстии, когда невозможно применить болт с гайкой, или при сквозном нарезном отверстии, когда возможна установка болта только с одной стороны соединения. Ввертные болты по конструкции аналогичны болтам с навертной гайкой. Деталь с нарезным отверстием должна быть выполнена из материала, который хорошо держит резьбу (например, стали, ковкого и высокопрочного чугуна, титанового сплава, бронзы). В деталях из мягких сплавов (алюминиевых, магниевых, цинковых и т. д.) требуется введение  промежуточных нарезных втулок (футорок) из более твердого металла. Нежелательно выполнение нарезных отверстий в деталях из серого чугуна для часто разбираемых соединений (резьба в сером чугуне склонна к выкрашиванию и быстро изнашивается), а также в деталях из коррозионно-стойких сталей (нарезание резьбы сопряжено с большими трудностями из-за вязкости сплава). При износе резьбы деталь с нарезным отверстием выходит из строя, исправить ее можно только установкой нарезных втулок (если это допускает конструкция детали).

Соединение имеет определенное ограничение по высоте стягиваемых деталей: осуществить правильную затяжку длинных болтов затруднительно из-за неустранимого скручивания стержня болта при затяжке. При сборке и разборке манипулируют одной деталью — болтом, что представляет определенное преимущество перед болтовым соединением, где приходится манипулировать болтом и гайкой.

3. Соединение шпильками в основном применяет для деталей из  мягких (алюминиевых и магниевых сплавов) или хрупких (серого чугуна) материалов, а также при глухих или сквозных нарезных отверстиях в случаях, когда невозможна установка ввертных болтов.

Ввертный конец шпильки устанавливают в нарезном гнезде наглухо и притом по большей части с натягом. В этих условиях резьбовое соединение детали даже из мягких металлов получается достаточно надежным.

При срыве или повреждении резьбы деталь с нарезными отверстиями выходит из строя; исправить ее можно только установкой нарезных втулок. При обрыве шпильки удаление ввертного её конца из гнезда затруднительно.

Сборка и разборка соединения имеет особенности: детали можно соединять и разъединять только в направлении, перпендикулярном  плоскости стыка, приподнимая снимаемую деталь на полную высоту шпилек. Этим соединение существенно отличается от байтового соединения и соединения ввертными болтами, где возможен, при удаленных болтах, сдвиг деталей параллельно плоскости стыка. При сборке и разборке манипулируют одной деталью — гайкой. Соединение шпильками вызывает определенные неудобства при сборке: выступающие концы шпилек затрудняют доступ к соседним деталям. Особенно ощущается этот недостаток в многошпилечных соединениях с «частоколом» длинных шпилек.

Кроме описанных основных видов соединений возможны и  промежуточные. К ним относится, например, нередко применяемое соединение, изображенное на рис. 1, VI. Болт закрепляют с помощью гайки в гладком отверстии одной детали; другую деталь притягивает гайкой,  навертываемой на свободный конец болта. Постоянное закрепление болта в одной детали и наличие свободного навертного конца болта делает похожим это соединение на шпилечное; крепление болта в гладком отверстии с помощью гайки — на болтовое соединение.

Сравнивая различные типы крепежных соединений с точки зрения компоновки, можно отметить как положительную особенность, что ввертные болты и шпильки допускают гораздо большую свободу в выборе форм деталей, чем болты.

Соединение болтами требует наличия фланцев, которые лимитируют размеры и определяют форму внешних контуров деталей. Соединение на шпильках и на ввертных болтах расширяет свободу формообразования. При соединении на шпильках можно сохранить фланцевую форму или значительно видоизменить одну из корпусных деталей и при тех же координатах расположения крепежных деталей изменить (сделать большими) размеры одной из деталей с целью увеличения ее жесткости.

Возможности формоизменения детали при соединении на ввертных болтах аналогичны. Крепежные детали рядового назначения изготовляют чаще всего из стали 45, ответственного назначения (шатунные болты, силовые шпильки и т. д.) — из хромистых сталей типа 40Х, хромансиля типа ЗОХГС, жаропрочных сталей типа ЗОХМ, 50ХФА, 25Х12М1Ф из коррозионно-стойких сталей типа 30X13, 40X13.

Шпильки со стержнем диаметром, равным диаметру резьбы,  изготовляют обычно из прутков с повышенной чистотой (качеством) поверхности и повышенной точностью размеров (серебрянка). Поверхность гладкой части стержня оставляют необработанной. Болты из непластичных сталей изготовляют из круглого проката с высадкой головки в горячем состоянии, а из пластичных сталей — в холодном.

В серийном и массовом производстве резьбу нарезают методами вихревого нарезания и фрезерования. Наиболее производительным, и вместе с тем обеспечивающим наивысшую прочность резьбы является метод накатывания резьбы.

Болты и шпильки с утоненными стержнями изготовляют из круглых заготовок обтачиванием. Диаметры стержней крепежных деталей ответственного назначения уменьшают уковкой стержня на ротационно-ковочных машинах.