35. Расчет винтовых цилиндрических пружин

Винтовые пружины широко применяют в различных областях машиностроения и приборостроения в качестве элементов амортизирующих устройств (например, рессоры некоторых типов трамвайных вагонов), а также для возврата движущихся деталей в исходное положение (например, клапанные пружины двигателей); для силоизмерения (в динамометрах); в качестве устройств, аккумулирующих энергию (боевые пружины огнестрельного оружия), и элементов регистрирующих и записывающих приборов.

прочности пружины имеет вид

Работа внешней статически приложенной силы определяется по теореме  Клапейрона

где  и  — конечные значения растягивающей (сжимающей) силы и перемещения точки ее приложения (осадки пружины).

Эта работа равна энергии деформации пружины, которая может быть вычислена по формуле (7.30), т. е.

	(7.43)

Пользуясь понятием о коэффициенте жесткости, можно представить формулу (7.43) в виде

(7.44)

где  — коэффициент жесткости пружины, численно равный силе, вызывающей осадку, равную единице длины. Если вместо  коэффициента жесткости ввести величину, ему обратную, — коэффициент податливости, будем иметь:

(7.45)

где  — коэффициент податливости пружины, численно равный изменению ее высоты, вызываемому силой, равной единице силы.

36. Шпоночные соединения, их конструкции, расчет шпонки на смятие Шпоночными соединениями называют разъёмные соединения составных частей изделий с применением шпонок. Шпоночные соединения состоят из вала, шпонки и ступицы колеса. Шпонка представляет собой стальной брус, который вставляется в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей колеса, шкива, звездочки. Шпоночные соединения широко применяются во всех отраслях машиностроения при малых нагрузках и необходимости легкой сборки, разборки. По мере роста нагрузок применение шпоночных соединений сокращается.

Достоинства шпоночных соединений 1) простота конструкции; 2) легкость сборки и разборки соединения.

Недостатки шпоночных соединений 1) шпоночные пазы ослабляют вал и ступицу насаживаемой детали (уменьшается сечение детали); 2) шпоночное соединение трудоемко в изготовлении.

Типы шпонок 1) Призматические шпонки (рис.4.3.22): - со скругленными торцами; - с плоскими торцами; - с одним плоским, а другим скругленным торцом 2) Сегментные шпонки (рис.4.3.23). 3) Клиновые шпонки (рис.4.3.24). 4) Тангенциальные шпонки (рис.4.3.25). Шпоночные соединения подразделяют на напряжённые и ненапряжённые. Ненапряженные соединения получают с помощью призматических и сегментных шпонок. Напряженные соединения получают с помощью применения клиновых и тангенциальных шпонок. Призматические шпонки Призматические шпонки не удерживают насаженные детали от осевого смещения. Чтобы застопорить деталь, применяют распорные втулки1 (рис.4.3.22) или установочные винты Сегментные шпонки применяют в соединениях, передающих небольшие вращающие моменты. Они просты в изготовлении и при монтаже. Клиновые шпонки (рис.4.3.24) имеют форму односкосных клиньев с уклоном. Такой же уклон имеют пазы в ступицах деталей. Клиновые шпонки забивают в пазы. Поэтому создается напряженное соединение. Эти шпонки передают не только вращающий момент, но и удерживают деталь от осевого смещения. Соединения клиновыми шпонками применяют в тихоходных передачах. Тангенциальные шпонки состоят из двух односкосных клиньев. Они вводятся в пазы ударом. Применяют для валов с диаметром более 60 мм при передаче больших вращающих моментов. Основным критериями работоспособности ненапряжённых шпоночных соединений являются прочность шпонки на срез и прочность шпонки на смятие. Под действием вращающего момента в шпонке возникают нормальные напряжения смятия и касательные напряжения среза (рис.4.3.26). Расчётная формула на срез шпонки имеет вид

где Т – вращающий момент, d –диаметр вала, А_ср – площадь среза шпонки. Расчётная формула шпоночного соединения на смятие имеет вид:

где A_CM =(h-t₁)l_p - площадь смятия, (h-t₁) - высота площадки смятия, l_p- расчётная длина шпонки. Размеры шпонок стандартизованы.

37. Шлицевое соединение и его расчет Шлицевые соединения образуются выступами – зубьями на валу и соответствующими впадинами - шлицами в ступице. Рабочими поверхностями являются боковые грани зубьев. Шлицевое соединение условно можно рассматривать как многошпоночное. Шлицевые соединения широко распространены в машиностроении. Их размеры также стандартизованы.

Достоинства шлицевых соединений Шлицевых соединений по сравнению со шпоночными соединениями: 1) лучшее центрирование деталей на валу; 2) уменьшение числа деталей соединения; 3) при одинаковых габаритах передают больший вращающий момент за счет большей поверхности контакта; 4) высокая надежность при динамических и реверсивных нагрузках; 5) меньшее ослабление вала (расчет на прочность ведется по внутреннему диаметру).

Недостатки шлицевых соединений 1) сложная технология; 2) повышенная точность изготовления; 3) высокая стоимость.

Классификация шлицевых соединений 1) По характеру соединения: - неподвижные (рис.4.3.27.а); - подвижные (блок шестерен коробки передач). 2) По форме зубьев: - прямобочные (рис. 4.3.27.а), - эвольвентные (рис .4.3.28.а), - треугольные (рис. 4.3.28.б). 3) По способу центрирования детали относительно вала: - по наружному диаметру, по внутреннему диаметру, по боковым поверхностям зубьев. Основным критерием работоспособности шлицевых соединений являются сопротивление рабочих поверхностей зубьев смятию и изнашиванию. Расчёт на смятие производится по условию:

где Т – вращающий момент, d_ср = (D + d)/2 – средний диаметр шлицевого соединения, А_см – площадь смятия, - допускаемое среднее давление из расчёта на смятие. Расчёт соединения на износ производится по формуле:

где - допускаемое напряжение из расчёта на износ = 0,032 НВ- для улученных зубьев, = 0,3 НRC_э – для закаленных зубьев