14 Шлицевые соединения.

Шлицевое соединение условно можно рассматривать как многошпоночное, у которого шпонки выполнены за одно целое с валом. Их применяют для неподвижного и подвижного соединения валов со ступицами деталей. По сравнению со шпоночными соединениями они имеют меньшие радиальные габариты, высокую несущую способность, взаимозаменяемы и обеспечивают хорошее центрирование деталей. По форме поперечного сечения различают три типа соединений: прямобочные, эвольвентные и треугольные.

Основные типы зубчатых соединений:

а — прямобочное; б — эвольвентное; в — треугольное

Рисунок 27

Соединения с прямобочными зубьями наиболее распространены в машиностроении. В зависимости от числа зубьев и их высоты стандартом предусмотрены три серии соединений для валов с диаметром от 23 до 125 мм. Соединения с треугольными зубьями применяют преимущественно в приборостроении при малых радиальных габаритах. Условие прочности по допускаемым напряжениям имеет вид

Здесь d_m- средний диаметр соединения;

z - число зубьев;

h- высота зуба;

l - длина поверхности контакта зубьев;

ψ = 0,7- 0,8 - коэффициент, учитывающий концентрацию контактных давлений на краях соединения.

15 Расчет соединений с гарантированным натягом (прессовых)

Соединение деталей с натягом относят к напряженным соединениям, в которых натяг создается за счет разности посадочных размеров соединяемых деталей. Основное назначение соединения - передача крутящего момента и осевого усилия от одной детали к другой посредством сил трения.

Нагрузочная способность прессового соединения, прежде всего, зависит от

величины натяга. Натягом называют положительную разность диаметров вала и отверстия. После сборки вследствие упругих и пластических деформаций диаметр посадочных поверхностей становится общим. При этом на поверхности посадки возникают удельное давление и соответствующие ему силы трения.

Сборку прессового соединения выполняют одним из трех способов: прессованием; нагревом втулки; охлаждением вала. Прессование - распространенный и несложный способ сборки. Однако этому способу свойственны недостатки: смятие и частичное срезание (шабровка) шероховатостей посадочных поверхностей. Это приводит к ослаблению прочности соединения до полутора раз по сравнению со сборкой нагревом или охлаждением.

Шабровка поверхностей контакта отсутствует при сборке по методу нагревания втулки (до 300°) или охлаждения вала (обычно до -150º) в жидком азоте или подобной среде. Выбор способа зависит от соотношения масс и конфигурации деталей. Обычно охлаждение экономичнее, т.к. охватываемая деталь имеет меньшую массу. Кроме того, кратковременное охлаждение не приводит к изменению структуры материала и сохраняет эффекты предшествующей термообработки детали.

Р асчет прочности соединения. Условие прочности соединения при нагружении осевой силой:

,

где р - давление на поверхности кон­такта;

К = 1,5... 2 - коэффициент запаса.

Условие прочности при нагружении крутящим моментом:

При совместном действии осевой силы и крутящего момента:

F_t=2T/d - окружная сила.

По теории расчета толстостенных цилиндров удельное давление на поверхности контакта связано с натягом зависимостью:

,

где N – расчётный натяг; С₁ и С₂ – коэффициенты:

,

E_i и μ_i – модули упругости и коэффициенты Пуассона материалов вала и втулки:

для стали E≈2,15∙10⁵ МПа и μ≈0,3

для чугуна E≈1,3∙10⁵ МПа и μ≈0,25

для бронзы E≈1,05∙10⁵ МПа и μ≈0,33

При расчете прочности соединения расчетный натяг определяют по минимальному табличному или вероятностному натягу с поправкой на срезание и сглаживание шероховатости поверхности при запрессовке (если сборку выполняют нагреванием или охлаждением, U=0):

N=N_min-U; U=1,2∙(R_z1+R_z2)

где R_z1 и R_z2 - высоты шероховатостей посадочных поверхностей. Наиболее распространенные значения 6,3.. .3,2 мкм.

Точное значение коэффициента трения может быть определено только испытаниями при заданных конкретных условиях. В приближенных расчетах принимают f=0,08...0,1 - сборка прессованием; f=.0,12...0,14 -сборка с нагревом или охлаждением.

Расчет по наименьшему табличному натягу приводит в большинстве случаев к чрезмерно большим запасам прочности соединения. Поэтому в массовом производстве выгодно применять вероятностные методы расчета, допуская ту или иную вероятность отказа. В индивидуальном производстве целесообразно проверять расчет по замеренному натягу.

Нагрузочная способность прессового соединения может быть увеличена за счет повышения коэффициента трения между деталями. Осаждение в процессе химического никелирования на поверхности вала тонкого слоя из частиц карбида бора В4С или карбида кремния SiO повышает коэффициент трения в соединении с натягом до 0,7 благодаря эффекту «микрозацепления».

Соединение посадкой на конус. Такие соединения применяют для закрепления деталей на концах валов. Давление на конической поверхности образуется в результате затяжки гайки. В отличие от прессового соединения легко монтируется и демонтируется без применения пресса.

Рисунок 23

Обычно принимают стандартную конусность 1:10. При этом угол конуса α=2º52`40``; коэффициент трения 0,11...0,13=f. Полагая, что равнодействующая нормальных давлений и сил трения располагаются по окружности среднего диаметра соединения получим:

Если это условие не соблюдается, соединение усиливают шпонкой.