Начертательная геометрия и машиностроительное черчение

Для сборки и разборки болтовых соединений необходимо применять удобный, высокопроизводительный и безопасный инструмент, который может быть ручным и механизированным.

Шпилечные соединения. Шпильки, в отличие от винта и болта, не имеют головки, а резьба нарезана на обоих концах. Крепление осуществляется за счет того, что шпилька ввертывается в корпус базовой детали, а на выступающую ее часть накладывают деталь, подлежащую закреплению, и навинчивают гайку (встречаются шпильки и с гайками на обоих концах).

Во избежание вращения шпильки при затяжке гайки она должна быть ввернута в базовую деталь плотно и до конца. Следовательно, в резьбовом соединении шпильки с базовой деталью должен быть натяг, а с гайкой — зазор. Шпилька должна быть настолько плотно посажена в базовую деталь, что при свинчивании или навинчивании гайки сама шпилька не должна вывинчиваться. Это требование обеспечивается, если правильно выбран способ соединения, посадки, а операции выполняются правильными приемами сборки.

Основные требования к установке шпилек — это их перпендикулярность по отношению к плоскости базовой детали, которая достигается точностью сверления и качеством нарезаемой в отверстии резьбы. Наилучшей гарантией точности сверления и нарезания резьбы является применение для этого специальных кондукторов.

Другим немаловажным требованием является точное совпадение осей шпилек и отверстий в закрепляемых деталях. Ввинчивают шпильки с помощью шпильковертов с электрическим или пневматическим приводом, для чего используются те же устройства, что и для заворачивания шурупов. Вместе с тем приходится пользоваться и ручными немеханизированными приспособлениями. Одно из них, получившее название «солдатик», для завертывания коротких шпилек.

Это очень простое устройство, представляющее собой высокую натяжную гайку, которая наворачивается на свободный конец шпильки и стопорится специальным винтом. Винт, упираясь в торец шпильки, создает необходимый натяг в резьбе. Ключом, надетым на наружные грани высокой гайки, завертывают шпильку в базовую деталь. После окончания завертывания шпильки стопорный винт отворачивается на пол-оборота, и высокая гайка сворачивается со свободного конца шпильки.

Правильно поставленная шпилька должна сидеть плотно и при отворачивании гайки не вывинчиваться из детали. Находят применение для завинчивания шпилек и различные эксцентриковые ключи, например, с ведущими роликами или резьбовой втулкой. В головку такого ключа вмонтированы три ролика, которые входят в три специальные выреза в корпусе ключа, удерживаемые от выпадения обоймой. Такие, ключи могут изготавливаться с трещоткой.

При отсутствии специальных приспособлений и инструментов шпильку можно ввернуть и вывернуть с помощью двух гаек, которые навинчивают на свободный конец шпильки. Вращая ключом верхнюю гайку, шпильку можно ввернуть в гнездо. При отворачивании ключ надевается на нижнюю гайку. Главным недостатком этого способа является то, что при отвинчивании гаек, с помощью которых осуществлялась установка шпильки, может ослабиться посадка шпильки.

Если шпилька до конца не заворачивается в гнездо и свободный ее конец выступает над базовой поверхностью на длину, большую, чем требуется, необходимо ее вывернуть, прогнать резьбу шпильки плашкой, а в базовой детали метчиком, или заменить шпильку другой, у которой меньше средний диаметр резьбы.

Иногда шпильки ломаются, концы их остаются в отверстиях базовых деталей. В таких случаях поступают одним из следующих способов. Запиливают выступающий конец под ключ и вывинчивают, если длина выступающего конца позволяет это сделать. В случае, когда сломанный конец шпильки выступает на небольшое расстояние или совсем не выступает, в нем сверлят отверстие, в которое забивают зубчатый бор, вращением которого с помощью ключа выворачивают шпильку.

Можно удалить шпильку и методом электроискрового сверления с помощью переносных установок. В тех случаях, когда базовая деталь выполнена из алюминия, стальную шпильку можно вытравить азотной кислотой, которая растворяет сталь и слабо действует на алюминий.

При выполнении резьбовых креплений нашли широкое применение штифты. Они предназначаются для фиксации соединяемых деталей и разгрузки болтов от боковых усилий. Конструкция их может быть цилиндрической или конической. Конические штифты бывают гладкими, разводными и с резьбой на одном конце. Конусность штифтов 1: 50, они применяются в соединениях, испытывающих толчки или вибрации.

Цилиндрические штифты изготовляют гладкими или с насечкой. Гладкие штифты удерживаются в отверстии в результате натяга, созданного при посадке. Насеченные штифты удерживаются в отверстиях острыми гранями канавок. Такие штифты способны не только фиксировать детали по отношению друг к другу, но и передавать значительные нагрузки, выполняя функцию мелких осей.

Шпоночные соединения позволяют закреплять на валах или осях машин и механизмов такие детали, как муфты, полумуфты, шкивы, зубчатые колеса, шкивы, маховики (их принято называть охватывающими деталями) с помощью шпонок разных конструкций. Для установки шпонок на валах и охватывающих деталях выполняются специальные углубления — шпоночные канавки. Шпоночные соединения могут передавать крутящий момент и осевую силу — их называют напряженными — или передавать только крутящий момент — в этом случае их называют ненапряженными.

Наиболее широко используются призматические, сегментные, клиновые и реже тангенциальные шпонки. Изготовляются шпонки из конструкционной или углеродистой стали. Призматические шпонки в сечении имеют вид прямоугольника с взаимно параллельными противоположными гранями. Одни из них — обыкновенные (закладные) устанавливаются в шпоночную канавку на валу без крепления. Применяются они во всех случаях, когда нужно осуществить неподвижное соединение.

Другие — направляющие крепятся к валу с помощью винтов. Их применяют в тех случаях, когда охватывающие вал детали должны свободно перемещаться в продольном направлении. Призматические шпонки передают крутящий момент своими боковыми гранями, следовательно, они должны сидеть в пазу с натягом по боковым (узким) сторонам и с обязательным зазором между широкой гранью шпонки и дном паза ступицы, что обеспечивает радиальный зазор.

Призматические шпонки не имеют уклона, поэтому они просты в изготовлении, что позволяет полностью механизировать как изготовление шпонок, так и шпоночных канавок (пазов) на валах, осях и ступицах деталей. Направляющие шпонки применяются в тех случаях, когда охватывающие детали должны свободно перемещаться вдоль вала. Это могут быть: кулачковая муфта, скользящие зубчатые колеса, ступицы конусных и дисковых муфт и др.

Клиновые шпонки изготовляют в виде брусков прямоугольного сечения. Они имеют широкие рабочие грани с уклоном 1: 100 и могут быть без головки и с головкой. Шпоночную канавку (паз) на валу делают без уклона, а уклон выполняется в ступице детали, закрепляемой шпонкой. Клиновые шпонки применяются в случаях, не требующих высокой точности.

Слесарная пригонка клиновой шпонки требует высокой квалификации исполнителя и должна обеспечить угол наклона паза насаженной на вал детали с уклоном шпонки. Точность соединения обеспечивается опиливанием или пришабриванием. Сегментные шпонки отличаются от призматических формой шпонки и передачей небольших крутящих моментов на валах диаметром до 60 мм. Они также передают крутящий момент своими боковыми сторонами, а между верхней узкой гранью шпонки и дном паза ступицы обязательно должен быть радиальный зазор.

Сегментные шпонки вытачиваются на токарном станке, а пазы на валу фрезеруются дисковой фрезой. Пазы в ступицах получают протягиванием на протяжном станке, что просто и технологично. Тангенциальные шпонки состоят из двух клиньев с уклоном 1: 100 и применяются для соединения деталей с валами диаметром 60…1000 мм. Стандарт предусматривает два исполнения тангенциальных шпонок: нормальное и усиленное. Они лучше всего приспособлены для передачи вращения только в одном направлении. Если по условиям работы механизм должен вращаться в обе стороны, тогда ставят две тангенциальные шпонки под углом 120° друг к другу.

Шпоночные соединения очень ответственный вид слесарно-монтажных работ. От того, насколько качественно собрано шпоночное соединение, зависит работоспособность и надежность не только отдельных узлов, но и машин в целом. При этом большое значение имеет строгое соблюдение посадок в сопряжениях шпонки с валом и охватывающей деталью. Наиболее распространенные причины нарушения распределения нагрузок, смятия и разрушения шпонок — увеличенные сверх допустимых зазоры, а также отклонения осей шпоночных пазов на валу и ступице, что приводит к деформации стенок паза и перекосу охватывающей детали на валу.

Соединения с призматическими шпонками являются ненапряженными. Перед началом их сборки снимаются заусенцы и зачищаются острые края, как самих шпонок, так и пазов. Затем шпонки тщательно пригоняются по пазу и валу, а затем уже по ней пригоняется шпоночный паз в ступице. Посадка шпонки на вал выполняется легкими ударами медного молотка, а также под прессом или с помощью специальных струбцин.

После запрессовки шпонки в паз на валу с помощью щупа проверяют отсутствие зазора, и уже затем насаживают охватывающую деталь и проверяют отсутствие рационального зазора, величина которого стандартизирована. Если после сборки проверить радиальный зазор будет невозможно, то необходимо еще до сборки тщательно проверить размеры пазов в ступице и на валу с помощью специального шаблона.

Соединения с клиновыми шпонками создают напряженное соединение высокой надежности, способное передавать не только крутящий момент, но и осевые усилия. При сборке необходимо добиваться, чтобы дно паза охватывающей детали имело уклон, аналогичный уклону шпонки, что обеспечивает соединение охватывающей детали с валом без перекоса.

Клиновые шпонки забиваются в пазы ступицы и вала ударами молотка через мягкую прокладку, при этом широкие грани упираются в тело вала и охватывающей детали и тем самым создают большие усилия распора. Недостатками шпоночных соединений является го, что при передаче больших и особенно знакопеременных крутящих моментов шпоночный паз на валу приходится делать глубоким, что может снизить его прочность.

Рекомендуемая последовательность проектировочного расчета