- •1.Шпоночные соединения
- •Ненапряженные соединения создаются при использовании призматических шпонок {рис. 3.1.2) и сегментных шпонок (рис. 3.1.3).
- •Расчет шпоночных соединений. Критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность.
- •Рекомендации по конструированию шпоночных соединений.
- •2.Зубчатые (шлицевые) соединения
- •Достоинства шлицевых соединений:
- •Критерии работоспособности шлицевых соединений.
- •2. Большие значения — для легких режимов нагрузки.
- •А) Центровка по верхней поверхности б) Центровка по наружному диаметру
Расчет шпоночных соединений. Критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность.
Шпонки выбирают из таблиц стандартов в зависимости от диаметра вила с последующей проверкой на прочность. Основным расчетом шпоночных соединений является расчет на смятие. Расчет стандартных шпонок на срез чаше всего не производят, т. к. стандартные шпонки имеют размеры b и h, которые подобраны так, что нагрузку соединения ограничивают напряжения смятия, а не среза.
Призматические шпонки проверяют по условию прочности на смятие (рис, 3.1.2, 3.1.7):
где d — диаметр вала в месте установки шпонки, мм; — окружная сила; Асм — площадь смятия.
где – величина глубины паза вала;
– рабочая длина шпонки, с плоскими торцами , со скругленными , где b – ширина шпонки.
Рисунок 3.1.7 – Расчетная схема соединения призматической шпонкой
Приближенно можно принять
,
где h — высота шпонки.
При проектировочном расчете определяют рабочую расчетную длину шпонки и согласовывают полученное значение со стандартным рядом по ГОСТ 23360—78 (табл, 1.6). Длину ступицы принимают на 8...10 мм больше длины шпонки.
Сегментную шпонку (рис. 3.1.3, табл. 1.7) проверяют на смятие:
.
В связи с тем, что сегментная шпонка узкая, ее проверяют на срез:
Материал шпонок и допускаемые напряжения. Стандартные шпонки изготавливают из прутковой стали. Допускаемые напряжения для шпоночных соединений:
стальная ступица = 130...200 МПа;
чугунная ступица = 80...110 МПа.
При постоянной нагрузке принимают большие значения, при переменной и с ударами — меньшие.
Если превосходит в 2—2,5 раза, устанавливают две шпонки под углом 1800 или три шпонки под углом 1200.
Рекомендации по конструированию шпоночных соединений.
1. 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.
2. При наличии нескольких шпоночных пазов на валу их располагают на одной образующей (рис. 3.1.8).
Рисунок 3.1.8 – 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 и , действующие на шпонки, составляют:
Рисунок 3.1.9 – Соединение зубчатого колеса с валом d
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 ∙ l = 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 = 240 мм; длина ступицы Lст = 32 мм, 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 колесе:
Определим усилие, передаваемое колесом.
Задача 2. Определить длину призматической направляющей шпонки вала конической фрикционной муфты по следующим данным: диаметр вала d = 45 мм, материал вела — сталь 50, материал муфты — чугун СЧ 18. Момент передаваемый муфтой Т = 345 Нм. Перемещение муфты производится под нагрузкой. Вал работает с незначительными толчками (рис. 3.2.1).
Рисунок 3.2.1 – Соединение муфты 1 с валом 2 шпонкой 3
Решение.
2.1. По условию задачи соединение подвижное и работа происходит с толчками, значит допускаемое напряжение следует принять на 50% ниже рекомендуемого при заданном сочетании материалов сталь — чугун. В данном случае = 80... 110 МПа — при чугунной ступице муфты; перемещение муфты производится под нагрузкой, работа с незначительными толчками, поэтому принимается меньше указанного выше на 30%.. .50%.
Принимаем , учитывая условие .задачи, меньше на 30%. тогда - 56 МПа,
2.2. Расчетное напряжение смятия
Подставляя числовое значения, найдем рабочую длину шпонки.
.
По ГОСТу выбираем шпонку 14 х 9 х 80 ГОСТ 23360-78 (табл. 1.6).
Рисунок 3.2.2 – Соединение шестерни с валом штифтом
Задача 3. (алгоритм решения домашней задачи). Шестерня соединена с валом при помощи цилиндрической шпонки (штифта), как показано на рис. 3.2.4. Определить напряжения среза, возникающие в штифте, и напряжения смятия в соединении. Окружное усилие в зубчатом Р= 2,0 кН ; dш = 10 мм; lш = 45 мм.
Рисунок 3.2.4
Решение.
5.1. Момент, передаваемый валом,
.
5.2. Напряжения смятия в штифтовом соединении
3. Напряжения среза в продольном сечении штифта
Домашняя задача. Шестерня соединена с валом с помощью цилиндрической шпонки (штифта) (рис. 3.4.1). Определить напряжения смятия и среза.
Окружное усилие в зубчатом зацеплении = 2 кН, диаметр штифта dш = 10 мм, длина штифта lш = 45 мм: диаметр колеса dк = 150 мм, днаметр вала d = 35 мм (рис. 3.4.2). Входные данные в таблице 3.4.1 для задачи 3.4.1
Рисунок 3.4.1 Рисунок 3.4.2
Таблица 3.4.1 – Входные данные для задачи 3.4.1
№ варианта |
Ft, кН |
lш, мм |
dш, мм |
dк, мм |
d, мм |
1 |
2 |
40 |
10 |
140 |
40 |
2 |
2,1 |
42 |
11 |
142 |
42 |
3 |
2,2 |
44 |
12 |
143 |
44 |
4 |
2,3 |
45 |
13 |
144 |
45 |
5 |
2,4 |
46 |
14 |
145 |
46 |
6 |
2,5 |
47 |
15 |
146 |
47 |
7 |
2,6 |
48 |
10 |
147 |
48 |
8 |
2,7 |
49 |
11 |
148 |
49 |
9 |
2,8 |
50 |
12 |
149 |
50 |
10 |
2,9 |
40 |
13 |
150 |
40 |
11 |
3,0 |
42 |
14 |
151 |
42 |
12 |
2,1 |
44 |
15 |
152 |
44 |
13 |
2,2 |
45 |
10 |
153 |
45 |
14 |
2,3 |
46 |
11 |
154 |
46 |
15 |
2,4 |
47 |
12 |
155 |
47 |
16 |
2,5 |
48 |
13 |
156 |
48 |
17 |
2,6 |
49 |
14 |
157 |
49 |
18 |
2,7 |
50 |
15 |
158 |
50 |
19 |
2,8 |
40 |
10 |
159 |
40 |
20 |
2,9 |
42 |
11 |
160 |
42 |
21 |
3,0 |
44 |
12 |
145 |
44 |
22 |
2,1 |
45 |
13 |
146 |
45 |
23 |
2,2 |
46 |
14 |
147 |
46 |
24 |
2,3 |
47 |
15 |
148 |
47 |
25 |
2,4 |
48 |
10 |
149 |
48 |
26 |
2,5 |
49 |
11 |
150 |
49 |
27 |
2,6 |
50 |
12 |
151 |
50 |
28 |
2,7 |
40 |
13 |
152 |
40 |
29 |
2,8 |
42 |
14 |
153 |
42 |
30 |
2,9 |
44 |
15 |
154 |
43 |