2. Шпоночные соединения ( 1 час).

2. ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (1 час).

Шпоночные соединения служат для закрепления деталей на осях и валах. Соединения нагружаются в основном вращающим моментом.

Все основные виды шпонок можно разделить на клиновые (рис.2.1) и призматические (рис.2.2). Клиновые шпоночные соединения - напряженные, призматические-ненапряженные.

Клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали, при котором ее торцовая плоскость не будет перпендикулярна к оси вала. Обработка паза в ступице с уклоном, равным уклону шпонки (< 1:100) создает дополнительные технологические трудности и требует индивидуальной пригонки шпонки по пазу. Это все недопустимо в условиях массового производства.

Призматические шпонки в настоящее время широко распространены.

Главные достоинства этого вида соединения: простота конструкции, изготовления и сборки, а также сравнительно низкая стоимость.

Отрицательные свойства: соединение ослабляет вал и ступицу шпоночными пазами; концентрация напряжений в зоне шпоночной канавки снижает усталостную прочность вала; прочность соединения ниже прочности вала и ступицы, особенно при переходных посадках и посадках с зазором. Все размеры шпонок и допуски на них стандартизированы (ГОСТ 8787-68). Стандарт предусматривает для каждого размера вала определенные размеры поперечного сечения шпонки. При проектных расчетах размеры b и h берут по справочнику в зависимости от диаметра. Расчетную длину определяют следующим образом:

lк = l ст - (3…5) мм,

где lк - конструктивная длина шпонок;

l ст - длина ступицы посаженной детали.

Это необходимо соблюдать для лучшего центрирования детали.

Рабочая длина шпонки: lр = lк - 2b.

Расчетную длину шпонки округляют до ближайшего стандартного значения.

2.1. Проверка прочности шпонок.

Призматические шпонки рассчитывают на смятие и срез.

2.1.1 Смятие.

(2.1)

Здесь k -справочный размер для расчета на смятие; k=h/2.

2.1.2Срез. (2.2)

Допускаемые напряжения в неподвижных шпоночных соединениях общего машиностроения при спокойной нагрузке рекомендуется принимать: на смятие - 1) при стальной ступицы [ σ _{с т} ]=(100...150)МПа; 2) при чугунной ступицы [ σ _{с т} ]=(60...80) Мпа; на срез - [ τ_с ]=(60...90) Мпа;

Эти значения допускаемых напряжений снижаются при ударной нагрузке на 2/3.

Если в результате расчета шпонки окажется, что она перенапряжена, то предусматриваются две или три шпонки. Две призматические шпонки устанавливаются под углом 180 градусов, а три призматические шпонки - под углом 120 градусов. Ослабление вала при этом значительное.

Параллельность граней призматической шпонки позволяет осуществлять подвижные в осевом направлении соединения ступицы с валом (например, в коробках передач). Силы трения, возникающие при перемещении ступицы в подвижном соединении, могут нарушить правильное положение шпонки, поэтому ее рекомендуют крепить к валу винтами (рис.2.3).

Рис.2.3

Расчет на прочность подвижного шпоночного соединения проводят по зависимостям (1) и (2).

Допускаемое напряжение:

на смятие - [ σ _{с т} ]=(10...30) МПа

на срез - [ τ_с ]=0,6[ σ _{с т} ].

В подвижных соединениях допускаемые напряжения значительно снижаются в целях предупреждения задира и ограничения износа.

Сегментные шпонки - врезные и, подобно призматическим, работают боковыми гранями (рис.2.4).

Глубокая посадка шпонки обеспечивает ее более устойчивое положение, чем у призматической шпонки. Это предохраняет шпонку от перекоса под нагрузкой. Однако глубокий паз значительно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки применяют, главным образом, для закрепления деталей на мало нагруженных участках вала.

Рис.2.4

Для сегментной шпонки:

2.2. Посадка шпоночных соединений.

Для получения различных посадок призматических шпонок установлены поля допусков на ширину b шпонок, пазов валов и втулок (ГОСТ 23360-80). Для ширины шпонки b установлено поле допуска h9,для высоты шпонки h установлено поле допуска h11, для длины l – h14 (рис.2.5). Это делает воз­можным их централизованное изготовление независимо от посадок.

Рис.2.5

Установлены три следующие типа шпоночных соединений: свободное, нормальное и плотное.

2.2.1 Для свободного соединения установлены поля допусков ширины b_в для паза на
валу по Н9 и для паза во втулке b_вт - D10, что дает посадку с зазором.

2.2.2 Для нормального соединения: b_в по N9; b_вт по Js9.

2.2.3 Для плотного соединения - одинаковые поля допусков: на b_в по Р9; на b_вт по Р9.
Нормальные и плотные соединения имеют переходные посадки.

Дата добавления: 2015-09-30