Рекомендации по конструированию шпоночных соединений

Перепад диаметров ступеней вала с призматическими шпонками на­значают из условия свободного прохода детали большего посадочного диа­метра d без удаления шпонки из паза на участке меньшего диаметра.

При наличии нескольких шпоночных пазов на валу их располагают на одной образующей (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Эскиз вала с установкой шпонок

3. Из удобства изготовления рекомендуется для разных ступеней одно­го и того же вала назначать одинаковые по сочетанию шпонки, исходя из ступени меньшего диаметра. Прочность шпоночных соединений при этом оказывается вполне достаточной, так как силы F. и F., действующие на шпонки составляют:

Но d₂ > d₁ следовательно .

4. При необходимости двух сегментных шпонок их ставят вдоль вала в одном пазу ступицы. Постановка нескольких шпонок в одном соединении сильно ослабляет вал, поэтому рекомендуется перейти на шлицевое соединение.

Задача 1. Зубчатое колесо закреплено на валу при помощи сегментной шпонки, разме­ры которой b* h*1= 8 • 11 • 28 мм (табл. 1.7).

Во время работы шпонка оказалась сре­занной. Определить окружное усилие на ко­лесе, при котором произошел срез, если диаметр вала d=60 мм, диаметр колеса d_K = 240 мм; длина ступицы L_CT = 32 мм.

Рис. 1.26 Соединение колеса d_K с валом d

= 300 МПа — временное сопротив­ление при

срезе.

Решение.

1.1. По условию задания шпонка срезалась:

где b — 8 мм — ширина шпонки

l =28 мм - длина шпонки (в зависимости от длины ступицы колеса).

1.2. Вращающий момент на валу равен вращающему моменту на колес:

Определим усилие, передаваемое колесом.

Ответ:

Задача 2. Определить длину призматической направляющей шпонки вала конической фрикционной муфты по следующим данным: диаметр вала d = 45 мм, материал вала — сталь 50, материал муфты — чугун СЧ 18. Момент передаваемый муфтой Т= 345 Н • м. Перемещение муфты производится под нагрузкой. Вал работает: незначительными толчками (рис. 1.27).

Решение.

Рис. 1.27. Соединение муфты 1 с валом 2 шпонкой 3

2.1. По условию задачи соединение подвижное и работа происходит с толчками, значит допускаемое напряжение [ ]_см следует принять на 50 % ниже рекомендуемого при заданном сочетании материалов сталь—чугун. В данном случае [ ]_см = 80... 110 МПа -при чугунной ступице муфты; перемещение муфты производится под на­грузкой, работа с незначительными толчками, поэтому [ ]_см принимается меньше указанного выше на 30%...50%.

Принимаем [ ]_см, учитывая условие задачи, меньше на 30%, тогда [ ]_см = 56 МПа.

2.2. Расчетное напряжение смятия

Подставляя числовые значения, найдем рабочую длину шпонки.

= 61,4+ 14 = 75,4 мм. По ГОСТу выбираем шпонку 14 х 9 х 80 ГОСТ 23360-78 (табл. 1.6).

Задача 3. Шестерня соединена с валом с по­мощью цилиндрической шпонки (штифта) (рис. 1.23). Определить напряжения смятия и среза.

Окружное усилие в зубчатом зацеплении Ft-2 кН, диаметр штифта d_ш =10 мм, длина штифта l_ш = 45 мм; диаметр колеса d_K = 150 мм, диаметр вала d = 35 мм (рис. 1.28).

Решение.

3.1. Вращающий момент на колесе равен
вращающему моменту на валу.

3.2. Напряжение смятия штифта (рис. 1.23, б)

3.3. Напряжение среза (в продольном сечении)

Часть 4

ЗУБЧАТЫЕ (ШЛИЦЕВЫЕ) СОЕДИНЕНИЯ

4.1. Общие сведения

Шлицевое соединение конструктивно подобно многошпоночным и образу­ется наружными зубьями на валу и впадинами в отверстии ступицы (зубча­того колеса, шкива, блока шестерен и др.). Рабочими поверхностями явля­ются боковые стороны зубьев. Зубчатые соединения служат для передачи вращающего момента и в ряде конструкций для перемещения деталей вдоль вала: перемещение блока шестерен коробок передач станков, авто­мобилей, в редукторах авиационных конструкций и т. п.

Зубья на валах получают на шлицефрезерном станке методом обкатки, в ступицах — протягиванием на протяжных станках. Отделочной операци­ей является шлифование.

Достоинства шлицевых соединений:

высокая несущая способность;

лучшее центрирование соединяемых деталей;

при осевом перемещении деталей более точное направление;

большая усталостная прочность (концентрации напряжений изгиба меньше);

Основным недостатком шлицевых соединений является сложность техно­логии производства и следовательно, высокая стоимость. Рекомендации по конструированию шлицевых соединений:

1. Для подвижных соединений рабочую длину ступицы принимать не менее диамет­ра вала (рис. 1.29). При коротких ступицах возможно защемление от перекоса и пере­мещении вдоль вала.

2. Для облегчения входа протяжки, сбор­ки соединения в отверстии предусматривают заходные фаски.

3. Для уменьшения изнашивания следует уменьшать зазоры в соединении, повышать точность изготовления и твердость поверх­ности (рабочей) зубьев.

4.2. Разновидности шлицевых соединений

Шлицевые соединения могут быть подвижными или неподвижными (установленные детали закреплены на валу).

Стандартом предусмотрены три серии соединений: легкая, средняя и тяжелая. Отличаются они высотой шлицев и числом зубьев (z= 6...20).

Рис. 1.30. Соединения с прямобочными шлицами:

а — центрирование по боковым граням; б — центрирование по наружному диаметру D; в — центрирование по внутреннему диаметру d

По форме профиля различают зубья:

прямобочные;

эвольвентные;

треугольные (не стандартизированы).

Наиболее распространены соединения прямобочными шлицами. Их применяют для посадки подвижных и неподвижных деталей.

Соединения с прямобочными шлицами выполняют с различным цен­трированием (рис. 1.30, табл. 1.9).

Центрирование по D и d обеспечивает высокую точность вала и ступицы.

Центрирование по боковым граням обеспечивает более равномерное рас­пределение нагрузки на зубья, применяют для валов диаметром до 125 мм.

Более совершенны эвольвентные шлицы с углом профиля 30°. Размеры установлены ГОСТ 6033—80 (рис. 1.31, табл. 1.10).

Эвольвентные шлицевые соединения по сравнению с прямобочными более технологичны, т. к. шлицевые валы можно нарезать червячными фрезами с прямолинейным профилем, а ступицы нарезать на зубодолбежных станках. Обладают большей нагрузочной способностью.

Рис. 1.31. Эвольвентные шлицевые соединения:

а — центрование по боковым граням; б — по наружному диаметру

Дата добавления: 2015-07-08