Шпоночные и шлицевые соединения

Шпонкой называют деталь, которая устанавливается в пазах двух соприкасающихся деталей и препятствует их относительному вращению. Шпонки часто применяют для передачи вращения от вала к насаженной детали или наоборот.

Основные типы шпонок стандартизованы, их размеры выбирают по ГОСТам.

Шпоночные соединения могут быть разделены на две группы:

1. Ненапряженные, осуществляемые призматическими (рис.3.1.13 а); или сегментными (рис.3.1.13 б) элементами;

2. Напряженные, осуществляемые клиновыми шпонками (рис.3.1.13 в).

Наиболее часто применяются ненапряженные соединения (рис.3.1.14 а), преимуществом которых является отсутствие деформации соединяемых деталей за счет затяжки. В частности, при использовании такого соединения отсутствуют распор и расцентровка вала и соединяемой детали, что очень существенно для быстровращающихся элементов машин и аппаратов. К недостаткам ненапряженных соединений относится то, что они не обеспечивают фиксирования деталей от осевых сдвигов.

в

При соединении вала со ступицей (рис.3.1.14 а) часто используют призматические шпонки. Расчет на смятие такого соединения проводят в предположении равномерного распределения давления по поверхности контакта боковых граней шпонки с валом и ступицей. При этом можно полагать, что плечо сил, действующих на шпонку, равно 0,5 d (рис.3.1.15). Тогда условие прочности на смятие будет иметь вид:

,

где Т – вращающий момент, l – рабочая длина шпонки, k» 0,4 h – глубина врезания шпонки в ступицу.

В связи с тем, что шпонки обычно имеют стандартные размеры, приведенную формулу расчета на прочность обычно применяют для оценки величины допускаемого момента Т. При необходимости по этой формуле определяют необходимую длину шпонки, которую уточняют по длине ступицы.

Условие прочности на срез по сечению А-А стандартных шпонок выполняется при стандартизации, поэтому соответствующих проверочных расчетов не требуется.

Часто вместо шпоночных применяют шлицевые соединения валов с насаженными на них деталями (рис.3.1.16). Эти соединения можно представить как многошпоночные, у которых шпонки выполнены заодно с валом.

Шлицевые соединения имеют существенные преимущества по сравнению со шпоночными. Их использование обеспечивает лучшее центрирование сидящих на валу деталей, повышенную надежность соединения, меньшую концентрацию напряжений в материале вала, способность воспринимать большие нагрузки.

Отметим, что точность центрирования имеет большое значение в соединении вал – мешалка в аппаратах химической технологии, так как от величины эксцентриситета центра тяжести приведенной массы мешалки и вала относительно оси вращения зависит величина изгибающего момента на валу, а, следовательно, надежность и безопасность работы перемешивающего устройства.

В зависимости от формы профиля зубьев различают прямобочные, эвольвентные и треугольные шлицевые соединения.

Шлицевые соединения различают по способу центрирования. Прямобочные шлицевые соединения могут быть центрированы по наружному диаметру, по внутреннему диаметру и по боковым граням, эвольвентные – по наружному диаметру и по боковым граням, а треугольные – только по боковым граням.

Наиболее простыми являются соединения с прямобочным профилем зубьев (шлицев), но, соединения с эвольвентным профилем более совершенны. При использовании эвольвентного соединения достигается повышенная прочность и технологичность. В таких соединениях распределение контактных напряжений по высоте зуба, жестко связанного с валом, значительно равномернее, чем в шпоночных, но вследствие большого числа зубьев неизбежна некоторая неравномерность распределения нагрузки между ними. Кроме того, в результате деформаций зубьев при закручивании вала имеет место неравномерность распределения нагрузки по длине зубьев. Общий коэффициент неравномерности распределения напряжений . Меньшие значения используют для коротких соединений (l £ d) и при высокой точности обработки поверхности деталей, большие – для длинных соединений (l > d) и при пониженной точности обработки.

Расчетное усилие в соединениях .

Рабочая высота зубьев – для прямобочного профиля , – для эвольвентного профиля .

Условие прочности на смятие контактных поверхностей

,

где z – число зубьев (шлицев), – для прямоугольного профиля; – для эвольвентного и треугольного профилей, , m – модуль соединения.

Прочность зубьев на срез всегда бывает обеспечена с большим запасом.

Контрольные вопросы

1. Какие способы получения сварных соединений вы знаете? Перечислите их достоинства и недостатки. Назовите виды сварных соединений. Каковы принципы расчета стыковых, нахлесточных и тавровых соединений?

2. Что такое резьбовое соединение? Какие вы знаете типы резьбы? Назовите основные параметры резьбы. Для чего и как осуществляется стопорение резьбовых соединений? Как рассчитать резьбовое соединение: ненапряженный болт; болт, нагруженный поперечными силами; напряженный болт, находящихся под внешней нагрузкой?

3. Где и для чего используют шпонки? Какие существуют типы шпонок? Как осуществляется расчет шпоночных соединений? Что такое шлицевые соединения? Какие бывают шлицевые соединения? Их виды, достоинства и недостатки.

Дата добавления: 2015-08-18