Конструкции колес (примеры)
Конструктивно принято различать колеса (рисунок 3.1) дисковые без ступицы (пример А), колеса с симметричным расположением ступицы (пример Б) и с односторонним (пример В) расположением ступицы, а также колеса дисковые со ступицей и отверстиями в диске (пример Г).
Для обработки резанием наиболее подходит по технологичности конструкции вариант конструктивного оформления колес А, позволяющие производить обработку венца пакетом до 5-10 заготовок одновременно.
При необходимости увеличения посадочной поверхности, применяют вариант конструктивного оформления Б.
Для литых колес ступицу рационально располагать несимметрично относительно зубчатого венца (пример В), хотя в этом случае увеличивается неравномерность распределения нагрузки по зубу. Несимметричная ступица применяется и в случае штифтового крепления колеса на валу или крепления установочным винтом, а также и по другим конструктивным соображениям.
Рисунок 3.1 – Примеры конструктивного оформления зубчатых колес
При большом соотношении диаметров зубчатого венца и ступицы, (пример конструктивного оформления Г) рационально предусмотреть отверстия в диске. Диаметр окружности центров отверстий рассчитывается по формуле:
,
(3.9)
где Dz – диаметр обода, мм;
Dy1 – наружный диаметр ступицы, мм;
Конструктивные размеры мелкомодульных колес – ширина венца, диаметр и длина ступицы установлены ГОСТ 13733-77 (см. также [6,8]).
Расчетная ширина венца bw обычно задается еще при разработке эскизного проекта и уточняется затем при расчетах на прочность.
Длина ступицы конструктивно определяется шириной венца и размерами элементов крепления колеса на валу. Следует учесть, что при наличии зазора в посадке устойчивость колеса тем выше, чем длиннее ступица. Вместе с тем, излишне длинные ступицы усложняют изготовление и сборку колес. Обычно длина ступицы
,
(3.10)
где Dy – диаметр вала, мм.
3.2 Крепление колес на валах
Примеры крепления колес на валах показаны на рисунке 3.2.
Крепление с помощью
сил трения может быть осуществлено
применением
посадок с натягом (вариант А). При
нормальной
длине и толщине
ступицы
и
для сравнительно
прочных материалов (сталь, высокопрочный
чугун, деформируемые бронзы) возможно
обеспечение надежной передачи
значительного крутящего момента от
ступицы к валу.
Рисунок 3.2 - Крепление колес на валах
Обеспечение натяга с одновременным упрощением сборки может быть достигнуто посадкой на конус. Значение конусности регламентировано стандартом
ГОСТ 8593-31.Достаточные силы трения могут быть созданы при креплении колеса с коническим отверстием при помощи гайки, (вариант Б).
Крепление колеса штифтом (вариант В) цилиндрическим ГОСТ 3128-70 или коническим ГОСТ 3129-70 обеспечивает как передачу крутящего момента, так и фиксацию колеса в осевом направлении, даже при наличии осевых нагрузок. Рекомендации по методам предохранения штифтов от выпадения даны в [2], размеры штифтового соединения – в [8].
Применение шпоночного соединения (вариант Г) – призматическими шпонками ГОСТ 23360-78 возможно при диаметрах валов от 6 мм, сегментными шпонками ГОСТ 24071-80 – от 3 мм. Сегментные шпонки имеют ограниченную длину контактирующей со ступицей поверхности, поэтому для ступиц из непрочных материалов – легких цветных сплавов, пластмасс - их применение ограничено.
Сечения шпонок регламентированы стандартами в зависимости от диаметра вала. Равнопрочность шпоночного соединения и вала обеспечивается при рабочей длине шпонки:
,
(3.11)
где Ссм – коэффициент, учитывающий прочность материала ступицы при работе на смятие, для стальных втулок – Ссм = 0,8, для чугунных и бронзовых – 1,2, из алюминиевых и магниевых сплавов – 1,6...1,8.
Различные варианты крепления и фиксации втулок на валах приведены в литературе [9].
Сведения о размерах шпонок, допусках и посадках шпоночных соединений, а также о расчетах шпонок см. ниже в разделе - шпоночные соединения.