20.Выбор конструкции соединения типа "вал-ступица". Расчет призматической шпонки и шлицов

Для передачи крутящего момента используют различные виды соединений: шпоночные, шлицевые, призматические, штифтовые, прессовые, и некоторые другие.

В электромашино- и аппаратостроении применяют чаще шпоночное и прессовое соединения.

Различают ненапряженные (призматические и сегментные шпонки) и напряженные (клиновые и тангенциальные шпонки) шпоночные соединения.

 

 Рис. 67. Виды соединений: а, б — шпоночные, в — шлицевые,

г — призматические, д, е — штифтовые, ж — прессовые, а — конусные

Призматические шпонки рассчитывают на смятие, а в особо ответственных случаях проверяют на срез. При расчете принимают нагружение шпонки по длине равномерно. Условие прочности на смятие: откуда Условие прочности сечения С-С н срез: откуда где [Мкр mах]- наибольший допускаемый крутящий момент, H м;  Мкр - крутящий момент на валу, Н м;  l - рабочая длина шпонки, мм;  d - диаметр вала, мм;  b и h - ширина и высота шпонки, мм;  К - выступ шпонки от шпоночного паза, мм;  [τср] - допускаемое напряжение на срез, МПа;  [σсм] - допускаемое напряжение на смятие, МПа;

­

В случае установки двух противоположно расположенных шпонок вводят поправочный коэффициент 0,75.В машиностроении принимают [σ_см] = (0,3 ... 0,5) σ_т для неподвижных соединений и [σ_см] = (0,1 ... 0,2 )σ_т для подвижных соединений, где σ_т- предел текучести материала шпонки.

Расчет шлицевых соединений

В сравнении со шпоночными шлицевые соединения имеют большую нагрузочную способность, лучше центрируют соединение и меньше ослабляют вал

По профилю различают следующие шлицевые соединения: прямобочные – число шлиц Z = 6, 8, 10, 12; звольвентные – число шлиц Z = 12, 16 и более; треугольные – число шлиц Z = 24, 36 и более

Эвольвентные шлицы создают меньшую концентрацию напряжений у основания шлица, поэтому в настоящее время получают преимущественное распространение. Соединение прямобочными щлицами, во избежание термических короблений, требует чистовой протяжки ступицы после термообработки, поэтому твердость ступицы не может быть выше HRC=30Треугольные шлицы мелкие, поэтому мало ослабляют вал, однако они способны передавать лишь относительно небольшую нагрузку. Допускает твердые шлицы на валу и на ступице, однако для обеспечения сборки, считаясь с возможных короблением шлицов при закалке, зазоры в соединении должны быть увеличенными

Расчет шлицевых соединений

Шлицы рассчитывается на смятие и срез:

где R _c – средний радиус шлицов; М _k – крутящий момент на оси вала