§ 4. Штифтовые и профильные соединения

9.9. Штифтовые соединения служат для соединения осей и валов с уста­новленными на них деталями при передаче небольших вращающихся моментов. По назначению их разделяют на силовые и установочные. На рис. 9.15 по­казана установка цилиндрического штифта. В качестве силовых использу­ют конические и фасонные штифты.

Рис. 9.15. Соединение цилиндрическим штифтом

При больших нагрузках ставят два или три штифта (под углом 90 или 120°). При передаче знакопеременной нагрузки эти штифты следует уста­навливать так, чтобы исключить их выпадение. Материал штифтов — сталь Ст5, Стб, 40, 35Х и др. Штифты рассчитывают на срез и смятие.

Как называются детали, показанные на рис. 9.16?

Рис. 9.16

9.10. Профильные соединения относятся к бесшпоночным соединениям. Соединяемые детали скрепляются между собой посредством взаимного контакта по некруглой поверхности. Простейшим профильным соединени­ем является соединение с валом или с осью, как показано на рис. 9.17, а.

Рис. 9.17. Профильные соединения

Профильные соединения надежны, но трудновыполнимы, поэтому применение их ограничено. Расчет па прочность профильных соединений сводится в основном к проверке их рабочих поверхностей на смятие.

Как называется соединение, показанное на рис. 9.17, б?

Какой недостаток имеет это соединение?

§ 5. Соединение деталей с гарантированным натягом

9.11. Соединение деталей может осуществляться за счет посадки одной детали на другую.

В посадках (рис. 9.18, а) обеспечивается зазор в соединении. В этом случае детали легко перемещаются относительно друг друга.

В посадках с натягом (рис. 9.18, б) в соединении обеспечивается натяг. Такие посадки (на рис. 9.19 — показаны поля допусков посадок/), г, s... по ГОСТ 25347—82) могут обеспечивать передачу вращающего момента без применения шпонок, клиньев, болтов и т. п.

Рис. 9.18. Соединения с гарантированным натягом: а — посадка с зазором; б — посадка с натягом

Натягом называют положительную разность размера вала d_B и отвер­стия d_o до сборки:

N= d_В -d_o>0. (9.4)

ис. 9.19. Схема расположения полей допусков

В машиностроении применяют переходные посадки, при которых воз­можно получение как зазора, так и натяга.

Вспомните из курса «Метрология», какие бывают системы посадок.

9.12. Соединение деталей с гарантированным натягом относится к соеди­нениям, передающим рабочие нагрузки за счет сил трения между валом и от­верстием.

При расчете посадок с гарантированным натягом давление р на сопря­гаемые поверхности должно быть таким, чтобы силы трения оказались больше внешних нагрузок.

Неподвижность соединения обеспечивается за счет сил трения F_f при условии, что

(9.5)

где К= (1,5 ÷ 3) — коэффициент запаса сцепления; Т — вращающий мо­мент, Н • м; d — диаметр посадочной поверхности, мм (см. рис. 9.18, б); F_a — осевая сила, Н.

Соединения с натягом (прессовые соединения) могут быть получены тремя способами:

• запрессовкой осевой силой;

• поперечной сборкой за счет нагрева или охлаждения одной из дета­лей соединения, при которой они свободно соединяются;

• комбинированной сборкой, при одновременном действии осевой силы и поперечной деформации.

Основной задачей расчета соединения с гарантированным натягом являет­ся выбор посадки, обеспечивающей передачу заданного вращающего момента.

Надежность соединения деталей с гарантированным натягом в первую очередь зависит от прочности ступицы. При недостаточной прочности сту­пицы возможно нарушение посадки вследствие деформации охватываю­щей детали или ее разрыву при осуществлении посадки.

9.13. Достоинство соединений с гарантированным натягом: простота конструкции и хорошее центрование сопрягаемых деталей.

Недостаток — повышенная концентрация напряжений. Соединение с гарантированным натягом применяют для венцов зубчатых и червячных колес, ступиц колес с валом и т. п.

Каким способом осуществляется посадка с натягом?

9.14. Ответить на вопросы контрольной карточки 9.1.

Контрольная карточка 9.1

Вопрос	Ответы	Код
Назовите тип шпонки, наиболее приемле­мой для выходного вала с конической по­верхностью	Призматическая с плоским торцом Призматическая с закругленным торцом Сегментная Клиновая без головки Специальная	1 2 3 4 5
Какое шпоночное соединение применяет­ся для передачи больших вращающих мо­ментов с переменным режимом работы?	Врезное Тангенциальное Фрикционное	6 7 8
Какие материалы применяют для изготов­ления шпонок?	Углеродистая сталь Чугун Латунь Бронза	9 10 11 12
Назовите основные преимущества зубча­тых соединений по сравнению со шпо­ночными	Большая нагрузочная способность Лучшее центрование соединяемых деталей Меньшая длина ступицы	13 14 15
Зубчатые (шлицевые) соединения прове­ряют по условию прочности на...	...изгиб ...кручение ...смятение ...срез	16 17 18 19

Ответы на вопросы

9.1. Шпоночное соединение включает три детали (см. рис. 9.1): вал 1, ступицу детали 2 и шпонку 3, зубчатое соединение — две (см. рис. 9.2); вал 1, ступицу детали 2.

9.2. Шпонка — призматический, клиновидный или цилиндрический стальной стержень, вводимый между валом и посаженной на него деталью (зубчатым колесом, шкивом, муфтой и т. п.) для их взаимного соединения и передачи вращающего момента от вала к детали (или наоборот).

9.3. На рис. 9.7 показана тангенциальная шпонка, которая представля­ет собой призматический брусок, составленный из двух односкосных клиньев и устанавливаемый в паз вала таким образом, что одна из его гра­ней оказывается касательной к цилиндрической поверхности вала. Внеш­ние рабочие грани двух клиньев, образующих тангенциальную шпонку, параллельны.

На рис. 9.9 показана призматическая шпонка с закреплением на валу; применяется как направляющая в тех случаях, когда деталь, соединяемая шпонкой с валом, должна перемещаться вдоль вала (например, сцепные муфты, зубчатые колеса коробок передач и т. п.).

Врезные призматические шпонки (рис. 9.5, а) передают вращающий момент боковыми гранями; клиновые (рис. 9.5, г) — верхней и нижней гранью. 9.4. На рис. 9.12 тип зубьев (шлицев): 1 — прямобочный профиль; 2 — эвольвентный; 3 — треугольный; 4 и 5 — прямобочные.

9.5. Основной недостаток — для изготовления зубчатых соединений не­обходимо специальное оборудование.

9.8. Выбор прямобочного зубчатого соединения. Для d = A7 мм прини­маем по табл. 9.2 легкую серию шлицевого соединения d = 42 мм с числом зубьев z = 8; D = 46 мм, й = 8 мм; /= 0,4 мм; г = 0,3 мм. Можно выбрать пря-мобочное шлицевое соединение тяжелой серии с номинальным размером 10 х 42 х 52 (в этом случае /_р уменьшается).

9.9. Фасонные штифты.

9.10. На рис. 9.17, б показано профильное (бесшпоночное) соединение. Недостаток этого соединения — сложность изготовления отверстия и вала (оси).

9.11. По способу образования соединений различают две системы: сис­тему отверстия и систему вала. В системе отверстия для любых посадок оп­ределенного класса точности нижнее предельное отклонение размера от­верстия равно нулю, верхнее же предельное отклонение размера отверстия в различных посадках имеет одинаковую величину, зависящую только от номинального диаметра. Разные посадки в этой системе получают путем назначения различных предельных отклонений размеров вала. С учетом того, что наружную поверхность вала обработать легче, чем внутреннюю (отверстие), то система отверстий применяется более часто. В системе вала разные посадки получают изменением предельных отклонений размеров отверстия при постоянных размерах вала.

9.13. Соединение деталей с гарантированным натягом производится нагревом ступицы детали (до +250 °С) или охлаждением вала (до -190 °С), а также запрессовкой с помощью механического или гидравлического прес­са. Наиболее рациональными являются первые два способа.