Призматические и профильные соединения
В призматических соединениях крутящий момент передается напряжениями смятия на плоских поверхностях вала – лысках и гранях (рис. 13).
В этих соединениях нет выступающих элементов, вызывающих концентрацию напряжений. Однако значительные скачки напряжений возникают на участках перехода несущих плоских поверхностей в цилиндрическую поверхность вала.
Рис. 13. Призматические валы
Силы, передающие крутящий момент, направлены перпендикулярно к граням и действуют на небольшом плече относительно центра вала. Вследствие этого на краях граней возникают повышенные напряжения смятия, возрастающие с увеличением числа граней, т.е. по мере приближения многогранника к окружности.
Насадные детали центрируют на валах с лысками – по цилиндрической поверхности, на многогранных валах – по граням. Для повышения точности центрирования и увеличения равномерности распределения нагрузки грани шлифуют.
Отверстия в насадных деталях обрабатывают протягиванием.
Штифтовые соединения
Осевые штифты
Осевые штифты (круглые шпонки) применяют для передачи крутящего момента в неразборных соединениях.
Штифты устанавливают по посадке с натягом в отверстия, совместно просверленные и развернутые в вале и ступице по стыку посадочных поверхностей.
Недостаток соединения – необходимость совместной обработки отверстий под штифты в вале и ступице. Материал детали и вала должен быть примерно одинаковой твердости; в противном случае неизбежен уход сверла в сторону более мягкого металла.
Соединения осевыми штифтами применимы для крепления насадных деталей в концевых установках при не слишком большой длине вала, когда обеспечен удобный подвод сверл и разверток к торцу вала.
Радиальные штифты
В слабонагруженных соединениях (валы вспомогательных приводов) применяют крепление цилиндрическими или коническими радиальными штифтами, фиксирующими насадную деталь в угловом и осевом направлениях. Соединение нетехнологичное (требуется совместное сверление и развертывание отверстий в ступице и вале); отверстия сильно ослабляют вал; затяжка соединения отсутствует.
Фланцевые соединения
Фланцевые соединения применяют преимущественно для соединения валов, а также для крепления на валах деталей дискового и барабанного типа. Крутящий момент передается призонными болтами или специальными элементами, работающими на срез и смятие, а отчасти силами трения, возникающими на стыковых поверхностях при затяжке стяжных болтов.
Преимуществом фланцевых соединений является практически беззазорная передача крутящего момента, достигаемая посадкой призонных болтов с натягом. Силы трения, возникающие на стыке при затяжке болтов, предупреждают микросмещения сопрягающихся поверхностей, поэтому фланцевые соединения почти не подвержены наклепу, свариванию и фрикционной коррозии, которые часто встречаются в ступичных соединениях.
При конструировании фланцев не всегда исходят из условия наиболее компактного размещения болтов. В общем случае бывает задан только крутящий момент; требуется определить параметры фланцевого соединения, обеспечивающие передачу момента. Задача не имеет однозначного решения. Диаметр фланца, число и диаметр болтов – независимые переменные; существует большое число сочетаний этих параметров, удовлетворяющих условию прочности.