2.3 Шпонкові, шліцьові та профільні з’єднання.

Шпонкові з’єднання можуть бути напруженими та ненапруженими.

Напружені з'єднання утворюють за допомогою клинових шпонок, ненапружені за допомогою призматичних або сегментних шпонок, (рис.2.7)

Рис.1.25 Приклад установки сегментної шпонки

Деталі, що встановлені на ненапружених шпонках, обов'язково повинні бути зафіксовані в осьовому напрямку. Наявність шпонкових канавок створює концентрацію напруг. Позбавлені цього явища вали при встановленні на них шпонок на лисці.

Слід пам'ятати, що на розміри та допуски шпонкових з’єднань існують стандарти, від яких можна відходити лише в разі крайньої необхідності.

Шліцьові з’єднання використовують, в основному, для значно навантажених передач. Форма, розміри та допуски шліцьових з’єднань стандартизовані.

В приладобудуванні досить поширені профільні з'єднання (рис.2.8)

Рис.2.8 Приклади профільних з’єднань

При передачі крутного моменту (рис.1.27) на робочих площинах деталей виникають напруги зминання, які визначаються за рівнянням:

(2.1)

де l- довжина робочої площадки,

i - кількість робочих площадок

Рис.2.9 Схема навантаження робочої площини профільного з’єднання.

Рівняння отримане за умови граничного завантаження з’єднання до розкриття стику поверхонь.

2.4 Штикові (байонетні) з’еднання

Штикове (байонетне) з’єднання отримують шляхом заведення однієї деталі в іншу з наступним відносним поворотом (рис.2.10 а) Таким способом можна з'єднувати і плоскі деталі з фланцями (рис.2.10б).

Рис.2.10 Приклади байонетних з’єднань

Більш складне байонетне з'єднання передбачає затягування та фіксацію з'єднаних деталей.

3 Рухомі з’єднання

До рухомих з’єднань, що забезпечують з’єднання або роз’єднання валів, вісей, деталей передач, відносять муфти та гальма.

3.1 Муфти

На сьогодні існує декілька класифікацій муфт. Згідно з однією з них муфти діляться на: глухі, рухомі, зчіпні, обгонні (вільного ходу), запобіжні, відцентрові, комбіновані та спеціальні.

Окремого розгляду потребують питання дистанційного керування муфтами (фрикційні муфти з електромагнітним, пенвматичним та гідравлічним керуванням). У ряді випадків від муфти вимагаються властивості амортизації поштовхів та компенсації коливань крутного моменту.

Поряд з міцностними характеристиками для працездатності муфт та приводу в цілому велике значення також-має показник жорсткості.

3.2 Глухі муфти

Глухі муфти використовуються у випадках, коли необхідно з’єднати вали в одну жорстку лінію. Глухі муфти повинні не тільки передавати крутний момент, але і мати здатність витримати момент згину, як начебто вал в даному місці був би суцільним. Для зменшення впливу моменту згину глухі муфти рекомендують встановлювати поблизу опор.

Глухі муфти вимагають досить жорсткої співвісності валів. Найпростішою є втулочна муфта. Її недоліком є складність з’єднання та

роз’єднання. Матеріал, як правило - сталь. Зовнішній діаметр найдоцільніше знаходити з умови рівноміцності муфти та валу.

Рис.3.1 Муфта глуха

З умов міцності вала та муфти при навантаженні крутним моментом (якщо матеріали вала та втулки однакові, або близькі по міцності)

(1.5)

До глухих муфт відносять також і дискову муфту (рис.1.3). Вона забезпечує жорстке з’єднання валів. Вимагає досить точної співвісності валів.

Рис.3.2 Муфта дискова

При встановленні з’єднувальних болтів з зазором крутний момент між півмуфтами передається силами тертя.

Знайдемо залежність крутного моменту від сили затяжки. Нехай сила затяжки створює між робочими поверхнями тиск р (рис.1.31) Тоді крутний що може бути переданий тертям між робочими поверхнями півмуфт можна визначити, як:

Рис.3.3 Схема до розрахунку дискової муфти

( 1.6)

де f – коефіцієнт тертя між поверхнями півмуфт

В отриманому рівнняні Q - це необхідна сила притискання, півмуфт, що створюється зусиллям затяжки болтів. Розрахункову силу для визначення діаметра болта, або для перевірки його міцності на розтяг в цьому випадку визначають:

де к_н=1,3-1,2 - коефіцієнт нерівномірності розподілення сили затяжщ між болтами

= 1.25 – коефіцієнт запасу зчеплення робочих поверхонь,

Z – кількість болтів

На основі розрахункового навантаження можна отримати внутрішній діаметр різьби болтів:

При встановленні в дисковій муфті з’єднувальних болтів без зазору (чистих болтів) останні розраховують на міцність при зсуві та зминанні.

1.3.2 Рухомі муфти

Рухомі муфти допускають кутові та лінійні переміщення валів. Їх називають також компенсуючими. Рухомі муфти знижують навантаження на опори, а також небезпечність появи явища втомлюваності в валах та додаткових навантажень в опорах (рис.1.32)

Рис.1.32 Схема прояву шкідливих наслідків перекосу при використанні глухих муфт.

Зі сказанного не випливає, що при використані рухомих муфт немає потреби старанного складання. Використання компенсуючих муфт лише до певної міри знижує шкідливий вплив неспіввісності.

Компенсуючі муфти можуть бути жорсткими та пружними.

Розглянемо хрестово-кулісну муфту, яку відносять до жорстких. Цю муфту ще називають просто хрестовою, муфтою Ольдгема, плаваючою, зрівноважувальною (рис.1.33). Використовують дану муфту при радіальній неспіввісності валів. Радіальна не співвісність може досягти 0,04D

Рис.1.33 Христово-кулісна муфта

Сателіт - ( проміжний диск) обертається навколо своєї вісі по радіусу, що дорівнює з подвійною кутовою швидкістю, к.к.д. = 0,93-0,97. При

використанні важких, металевих сателітів, що обертаються з великою кутовою швидкістю, на робочих поверхнях гребенів можуть виникати великі питомі тиски. Це може спричинити прискорене спрацювання, а також значні динамічні навантаження, що передаються на опори.

Розраховують хрестово-кулісні муфти по питомим тискам на робочих поверхнях дисків. З врахуванням конструктивних зазорів в муфті та пружних деформацій зминання приймають розподіл тиску на робочих поверхнях пропорційним деформаціям (рис.1.3). При цьому максимальне значення тиску можна візначити як:

Рис.1.34 Розподіл тиску між деталями хрестово-кулісної муфти

Де р - висота гребеня сателіта,

Допустимі значення тиску:

• для стальних поверхонь [р]= 15-30 МПа,

• для сателітів з текстоліта [р] = 8-10 МПа,

• для чавунних та бронзових сателітів [р] = 7,5-4 5 Мпа.

В пружних муфтах характерною ланкою є проміжна пружна ланка, яка здатна деформуватись в процес роботи (рис.1.35), причому здатність до пружного деформування є головною характеристикою муфти.

Основні властивості пружних муфт:

1) здатність пом’якшувати поштовхи та удари. Кінетична

енергія при цьому частково поглинається та переходить в

тепло, частково акумулюється пружними елементами, перетворюючись в потенційну енергію деформування.

2 ) пружні елементи можуть служити запорукою захисту від резонансних крутильних коливань, що виникають в машинах внаслідок нерівномірності обертання (за рахунок зниження власних частот коливань ланок).

3) пружні муфти допускають неспіввісність валів.

Жорсткість пружних муфт визначається співвідношенням крутного моменту та кута закручування вала. У випадку лінійної залежності

(1.10)

у випадку нелінійності

(1.11)

Рис.1.35 Принципова

1 – ведуча півмуфта

2 – ведена пів муфта

Рис. Схема пружної муфти з нелінійною характеристикою

Жорсткість нелінійних муфт зростає із збільшенням деформацій, що є позитивним при роботі вузла в докритичній зоні, близькій до резонансної.

Розглянемо зміну пружної характеристики муфт при навантаженні та розвантаженні (рис.1.35).

навантаження

Рис.1.36 Пружні характеристики пружних муфт

Різниця енергії при навантаженні та при розвантаженні, пропорційно площі ОА1БО, поглинається пружними елементами за рахунок сил внутрішнього тертя, або за рахунок зовнішнього тертя між пружними елементми. В якості пружних елементів використовується шкіра, гума, стальні пластини особливої конструкції. Поглинання енергії з її подальшим переходом в тепло та в навколишнє середовище є демпфірування. Кількісно воно може бути оцінено коефіцієнтом демпфірування. Пружні муфти суттєво впливають на динаміку систем, в яких вони використовуються.

В техніці широко використовуються муфти з неметалевими пружними ланками, зокрема муфти пружні втулково-пальцеві (МПВП) (рис.1.37)

Рис.1.37 Муфта пружна втулочно-пальцева (МПВП)

Пружні елементи виготовляють з гуми, шкіри, еластомерів. Існують нормалі на розміри муфт ПВП. Максимальне радіальне зміщення 0,3-0,6 мм., максимальний кут перекосу - 1.

Навантажувальна здатність визначається допустимим зминанням пружних елементів, а пальці розраховуються, як консольні балки, на згинання.

Напруги зминання:

Де - розрахунковий крутний момет,

- діаметр розташування пальців,

- кількість пальців,

- діаметр та довжина пальців

1.2-2 МПа (допустима напруга зминання)

Напруга зминання:

( 1.13)