Шпоночные и зубчатые соединения относятся к группе разъемных соединений, т.е. таких, которые можно неоднократно разбирать и вновь собирать без повреждения деталей конструкции.
С помощью шпонки 1 (рис. 1.13, а) передается вращающий момент от вала 2 к ступице 3 или наоборот. По размерам шпонки на валу фрезеруют канавку, а в ступице насаживаемой на вал детали протягивают или выдалбливают канавку (паз). Шпонки, как правило, изготовляют из стали Ст5 или 50.
Рис. 1.13. Разъемные соединения
Соединения, в которых шпонки выполнены вместе с валом (рис. 1.13, б), называют зубчатыми, или шлицевыми.
Стандартизированы соединения с прямоугольными (прямобоч- ными) шлицами (рис. 1.14, а) и с эвольвентными шлицами (рис. 1.14 ,б). В прямобочных зубчатых соединениях число шлицев колеблется от 6 до 20 при внутреннем диаметре до d = 112 мм. По сравнению со шпоночными зубчатые соединения имеют ряд преимуществ: у них большая нагрузочная способность, так как суммарная рабочая поверхность шлицев больше, чем в шпоночном соединении, при том же диаметре вала; вал имеет большую усталостную прочность, так как концентрация напряжений получается менее острой, чем от шпоночной канавки; обеспечивается лучшее центрирование посаженной на вал детали, что особенно важно при высоких угловых скоростях.
Узлы машин, на которые валы или вращающиеся оси опираются своими цапфами, называются подшипниками. Усилия, действующие на валы (оси), передаются на подшипники, а от них — на раму или станину машины. Подшипники делятся на две основные группы: подшипники скольжения и подшипники качения (шариковые и роликовые).
В подшипниках скольжения между поверхностями подшипника (его вкладыша) и цапфы вала возникают силы трения скольжения, которые приводят к износу трущейся пары и вызывают дополнительные потери в машине, т.е. снижают ее к.п.д. Износ и потери на трение уменьшаются за счет рационального выбора материалов трущейся пары, ее надлежащих размеров и введения смазки.
Подшипники скольжения обладают рядом недостатков: сравнительно большие потери на трение; значительные размеры в осевом направлении; сложность конструкции подшипников, предназначенных для работы при больших нагрузках и скоростях; необходимость применения для ряда конструкций дорогих материалов, например оловянных бронз, баббитов.
В связи с этим предпочтение отдается подшипникам качения.
На рис. 1.15 ,а показано устройство шарикового, а на рис. 1.15,6 — роликового подшипников качения. Подшипники имеют наружное кольцо /, внутреннее кольцо 2, тела качения 3 и сепаратор 4, обеспечивающий расположение тел качения на определенном посто-
Рис. 1.15. Конструкции подшипников качения янном расстоянии друг от друга. Кольца и тела качения изготовляют из специальной легированной шарикоподшипниковой стали, например ШХ15, сепараторы — из малоуглеродистой стали, латуни, текстолита.
Внутреннее кольцо подшипника монтируют на валу или оси, а наружное — в корпусе. В большинстве конструкций подшипниковых узлов вращается внутреннее кольцо подшипника. По форме тел качения различают, как уже было указано, подшипники шариковые и роликовые. Ролики бывают короткие цилиндрические, длинные цилиндрические, витые цилиндрические, конические, бочкообразные. Длинные тонкие цилиндрические ролики называют иглами, а подшипники с такими роликами — игольчатыми (рис. 1.16).
По направлению нагрузок, для восприятия которых предназначены подшипники, их делят на три группы: радиальные, воспринимающие нагрузки, перпендикулярные геометрической оси вала. упорные, воспринимающие нагрузки, действующие вдоль геометрической оси вала; радиально-упорные, предназначенные для воспринятая комбинированной осевой и радиальной нагрузок. Необходимо иметь в виду, что некоторые типы радиальных подшипников (например, шариковый радиальный — рис. 1.15, а) пригодны для воспринятая не только радиальных, но и небольших осевых нагрузок.
Радиально-упорные подшипники делятся на шариковые (рис. 1.17, а) и роликовые (с коническими роликами) (рис. 1.17, б).
На рис. 1.18, а показан одинарный, а на рис. 1.18, б — двойной шариковый упорный подшипник. Первый из них предназначен для воспринятая осевой нагрузки постоянного направления, а вто-
Рис. 1.16. Игольчатый подшипник
Рис. 1.17. Радиально упорные подшипники
Рис. 1.18. Конструкции узлов с упорными подшипниками
рой может воспринимать осевые нагрузки переменного направления.
Тела качения могут быть расположены в один ряд, как во всех рассмотренных конструкциях, но применяются и двухрядные, а в виде исключения — и четырехрядные подшипники.
Номинальным размером подшипника качения является диаметр расточки внутреннего кольца. При одном и том же номинальном диаметре подшипник данного типа может иметь различный наружный диаметр и различную ширину. Эти размеры определяют серию подшипника: особо легкая, легкая, легкая широкая, средняя, тяжелая и т.п.
В настоящее время подшипники качения являются основными видами опор в машинах. Они наиболее широко стандартизированы и централизованно изготовляются в массовом производстве.
Достоинства подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения: меньшие моменты сил трения; значительно меньшие пусковые моменты; малый расход смазочных материалов; большая несущая способность на единицу ширины подшипника, т.е. меньшие габаритные размеры в осевом направлении; отсутствие необходимости в цветных металлах; меньшие требования к материалу и термообработке валов.
Недостатки подшипников качения: пониженная долговечность в условиях повышенных скоростей; значительные радиальные размеры; неразъемность в радиальном направлении.