Клинові та штіфтові з’єднання

Клинове з’єднання (мал.6.15) складається: з штока (стержня), втулки (муфти) і клина. З’єднуючою деталлю виступає клин, який встановлюється в наскрізний проріз стержня та втулки. Перевагою такого з’єднання є можливість швидкого проведення монтажних робіт.

Різновидом клинового з’єднання є штіфтове. Штіфт – це гладкий циліндр або конічний стержень. В порівняні з клиновим, штіфтове з’єднання більш технологічне.

Вали та осі

Осі та вали призначені для підтримання на собі частини машин що обертаються. Вал окрім підтримання робочих деталей у просторі, використовується для передавання обертового моменту вздовж своєї осі.

Конструкція осей або валів визначаються службовим призначенням, а також величиною, характером та розташуванням навантажень. За формою розрізняють гладкі (мал.6.16,а), ступінчаті (б), фланцеві, колінчаті (в) та гнучкі вали.

Мал.6.16. Конструкції осей та валів

Прямі вали та осі

Найпростіші вали мають форму тіл обертання. Ці деталі являють собою цільне або трубчате тіло циліндричної форми (мал.6.16 а,б). За конструктивним виконанням осі (вали) бувають гладкими та ступінчатими (мал.6.16 а та б).

Мал.6.17. Закріплення деталей на валу.

 

Мал. 6.18. Конструкція циліндричного валу

За способом закріплення робочих деталей на валу розрізняють рухомі та нерухомі (мал.6.17.).

Частини вала чи осі які використовуються для приєднання деталей мають назву цапфа (мал.6.18). Цапфа яка з’єднується з підшипником має спеціальну назву шип. В разі вертикального розташування вала і відсутності наскрізного отвору такий шип має назву п’ята. Частина осі (вала) що з’єднується з маточиною робочої деталі (колесо, шків) називається шийкою. Для утримання деталей на валу використовують виступ, що має назву буртик.

Шипи і шийки вала опираються на підшипники, опорною частиною якого для п’яти є підп’ятник. За формою цапфи можуть бути: циліндричними, конічними, плоскими.

Для виготовлення осей та валів використовують: вуглецеві, леговані сталі та чавуни. У деяких випадках, коли необхідно забезпечити антимагнітні властивості, їх виготовляють з нержавіючої сталі або з бронзи.

Гнучкі вали

Гнучкі вали мають криволінійну вісь, яка змінюється під час роботи (мал.6.19). Їх використовують для передачі зусилля між осями, взаємне розташування яких не дозволяє використати прямі вали.

Основна їх властивість – велика жорсткість під час кручення і мала при згині. Такі вали дозволяють передати зусилля на велику відстань.

Мал. 6.19. Будова гнучкого вала.

Гнучкий вал складається з декількох шарів стальної проволоки круглого перерізу (1) (Мал.6.19), які навиті навколо серцевини (2). Напрям обертання вала необхідно обирати так, щоб під час обертання зовнішні шари ущільнювали внутрішні. Для захисту вала від впливу зовнішнього середовища, утримання мастила та безпеки експлуатації вал ховають в кожух, який називають захисна броня (3).

Для приєднання жорсткого вала до гнучкого використовують спеціальну арматуру.

Колінчаті вали

У випадку, коли необхідно передавати обертові зусилля, одночасно, перетворюючи характер руху, використовують колінчаті вали (мал.6.16,в). Найширше використання колінчаті вали отримали у автомобілебудуванні.

Опори валів та осей

Осі і вали, що рухаються, своїми цапфами опираються на нерухомі опри. В залежності від характеру тертя між рухомими та нерухомими деталями, розрізняють опори (підшипники) ковзання та кочення. В залежності від напрямку навантаження розрізняють: упорні (осьове навантаження); радіальні (радіальне навантаження); радіально-осьові та осьово-радіальні (при присутності обох навантажень).

Підшипники ковзання

Підшипники ковзання працюють за принципом: тертя - ковзання. Елементарним підшипником ковзання є отвір, розточений у корпусі машини, в який встановлена втулка (вкладиш) з антифрикційного матеріалу (мал.6.20.).

Існує досить велика кількість конструкцій підшипників, які можна об’єднати у два види: роз’ємні та нероз’ємні. Нероз’ємний підшипник (мал.6.20) складається з корпуса, втулки, яка може бути рухомою або нерухомою. Нероз’ємні підшипники використовують в тихохідних машинах та приладах.

Мал.6.20. Підшипник ковзання.

Роз’ємний підшипник (мал.6.21) складається з: основи і кришки корпуса, роз’ємного вкладиша, мастильного пристрою та болтового або шпилькового з’єднання, основи з кришкою. В процесі роботи вкладиші поступово зменшуються в товщині (знос). Ці зміни певною мірою компенсують підтягуванням кришки до основи. Ці підшипники використовують у важкому машинобудуванні.

Мал. 6.21. Роз’ємний підшипник ковзання

Основним критерієм працездатності підшипників ковзання є зносостійкість пари. Вона суттєво залежить від режиму мащення. Для мащення використовують тверді (графіт, слюда), рідкі (летол, солідол, консталин) та газоподібні (повітря, гази) мастильні матеріали.

Під час роботи машини, тертя між цапфою вала і вкладишем підшипника при використанні рідинного мастильного матеріалу може відбуватися рідинне, напіврідинне, граничне мащення.

Рідинне мащення – забезпечує повне розділення цапфи і вкладиша тонким шаром мастила. Це забезпечує максимальне зниження тертя між деталями і забезпечує максимальну працездатність підшипника.

Напіврідинне мащення – допускає зони, де відсутній прошарок мастила. Це збільшує тертя в зоні дотику деталей, що погіршує роботу підшипника.

Граничне мащення – передбачає відсутність стійкого прошарку мастила між деталями, які труться. Це спричинює безпосереднє тертя двох деталей, що доторкаються.

Очевидно, що рідинне мащення для підшипників ковзання є найкращим.

Підшипники кочення

Підшипники кочення працюють за принципом тертя кочення. Сьогодні підшипники кочення найбільш поширені. Вони стандартизовані і масово випускаються спеціалізованими заводами. Підшипники кочення випускаються у великому діапазоні типорозмірів з зовнішнім діаметром від 2 мм до 2.8 м.

Мал..6.22. будова підшипника кочення

 

У більшості випадків підшипник кочення складається: із зовнішнього та внутрішнього кільця, із доріжки кочення, тіл кочення та сепаратора, що утримує тіла кочення на певній відстані одне від одного (мал.6.22) .

До переваг підшипників кочення відносять: малі втрати на тертя, раціональне використання мастила, незначний нагрів, малі осьові габарити, низька вартість (внаслідок масовості випуску). Поряд з цим підшипники мають недоліки: чутливість до вібраційних та ударних навантажень; великі габарити в радіальному напрямку, мала надійність у швидкісних пристроях.

Для виготовлення підшипників кочення використовують: леговані сталі, сепаратори штампують з якісної вуглецевої сталі.

Класифікація підшипників кочення здійснюється за багатьма ознаками:

· за формою тіл кочення: кулькові, циліндричні, конічні, роликові, голкові);

· за кількістю рядів тіл кочення (однорядні, дворядні, багаторядні);

· за напрямом навантаження (радіальні, осьові, радіально-осьові та осьово-радіальні);

· за можливістю самовстанолюватися;

· за габаритними розмірами (серії діаметрів та ширини);

· за конструктивними особливостями).

Мал. 6.23. Типи кулькових підшипників

Найбільш дешевими і розповсюдженими є кулькові радіальні однорядні підшипники (мал.6.23а). Вони призначені для сприйняття радіальних навантажень в обох напрямках та осьових, якщо вони не перевищують однієї третьої навантаження. Ці підшипники допускають кутове зміщення внутрішнього кільця відносно зовнішнього до 10°.

Радіально-упорний кульковий (мал. 6.23 д) підшипник має дещо меншу навантажувальну здатність. Слід зазначити, що більш дешеві кулькові підшипники не гарантують економічність конструкції, бо більш дорогі роликові підшипники дозволяють зменшити розміри і масу підшипникових вузлів та значно збільшити довговічність.

Сферичний кульковий підшипник (мал.6.23,г) має сферичну доріжку кочення на зовнішньому кільці, що допускає значне кутове зміщення. Вони призначені для радіального навантаження, але сприймають і незначне осьове навантаження.

Упорний кульковий підшипник (6.23,е,ж) призначений для сприйняття одностороннього осьового навантаження. Кільце з внутрішнім діаметром монтується на вал, а зовнішнім встановлюється у корпус машини. Існують подвійні підшипники кочення, які сприймають навантаження в обох напрямках.

Циліндричний роликовий підшипник (мал.6.24) з короткими циліндричними роликами допускає лише радіальне навантаження. Навантажувальна здатність таких підшипників у порівнянні з однорядними кульковими, більша приблизно в 1.5 рази, а довговічність - в 3.5 рази.

Мал.6.24. Циліндричні роликові підшипники

Підшипник допускає осьове зміщення кілець, але не допускає їх кутове зміщення.

Конічний роликовий підшипник (мал. 6.24,е) з конічними роликами сприймає радіальне та осьове навантаження (радіально-упорний). Йому притаманна велика навантажувальна спроможність. Він не допускає кутове зміщення кілець. Якщо кут контакту a ³ 45°, то його називають упорно-радіальним.

Ми розглянули основні типи підшипників. Перелік можна продовжити, але це не наше завдання.

Основними критеріями працездатності підшипників кочення є: зносостійкість робочих поверхонь, довговічність підшипника та опір пластичним деформаціям.

Муфти

Муфти призначені для передачі обертового моменту з одного валу на другий без зміни його напряму та величини. Вони також компенсують неточності монтажу та деформації геометричних осей та валів, роз’єднують та з’єднують вали без зупинки двигуна, захищають машину від поломок в аварійному режимі роботи та ін.

Нерознімні жорсткі муфти

Мал.6.25. Нерознімні жорсткі муфти

Найпростіша за конструкцією та найдешевша нероз’ємна жорстка муфта це втулкова (Мал.6.25.). Ця муфта не допускає відносного зміщення між ведучою та веденою частинами і не зменшує динамічні навантаження. Недоліком цієї муфти є вимога строгої співосності з’єднуваних валів.

Втулка муфти (1) утримується від зміщення в осьовому напрямку установочним гвинтом (2), який стопориться пружинним кільцем (3). Муфта має досить великий діапазон силових характеристик та не має обмежень за частотою обертання. Для виготовлення втулки використовують сталь 45.

Мал. 6.26. Жорстка фланцева муфта

Жорстка фланцева муфта (мал. 6.26.) використовується для з’єднання співосних валів з діаметром від 12 до 250 мм.

Фланці півмуфт з’єднані болтами, з яких половина (через один) встановлюється з зазором, і працюють на зтягування. Останні болти встановлюються в отвори без зазору, що дозволяє центрувати півмуфти. Вони працюють на зріз.

Поперечно-звертна та повздовжньо-звертна муфти (мал.6.27.) застосовуються для з’єднання валів із діаметром від 25 до 130 мм. Допустиме радіальне зміщення валів 0,05 мм.

Мал. 6.27. Звертні муфти

Муфта складається з двох півмуфт, які з’єднуються болтами напівкожухів, що кріпляться гвинтами до двох фіксованих півкілець. В крутних муфтах додатково встановлюють шпонку. Перевага муфти – можливість монтажу без осьового зміщення валів.