1.2. Шпоночные и шлицевые соединения для передачи крутящего момента, основы расчета

Все основные виды шпонок можно разделить, на клиновые и призматические. Первая группа шпонок образует напряженные, а вторая ненапряженные соединения.

Соединение клиновыми шпонками характеризуется свободной посадкой ступицы на вал (с зазором); расположени­ем шпонки в пазе с за­зорами по боковым граням (рабочими являются широкие гра­ни шпонки); передачей вращающего момента от вала к ступице в ос­новном силами трения, которые образуются в соединении от за­прессовки шпонки.

Соединение призматическими шпонками ненапряженное. Оно требует изготовления вала и отверстия с большой точностью. Во многих случаях посадка ступицы на вал производится с натягом. Момент передается с вала на ступицу боковыми узкими гранями шпонки. При этом на них возника­ют напряжения смятения , а в продольном сече­нии шпонки-напряжения среза . Условия прочности:

Сегментная и цилиндрическая шпонки являются разновид­ностью призматической шпонки, так как принцип работы этих шпонок подобен прин­ципу работы призма­тической шпонки. Кон­струкция соединения с помощью сегментной шпонки. Аналогично соединению с призматической шпон­кой для сегментной шпонки получим:

Конструкция соединения с цилиндрической шпонкой (штиф­том). Цилиндрическую шпонку используют для закрепления деталей на конце вала. Условие прочности соединения цилиндрической шпонкой по напряжениям смятия:

Зубчатые (шлицевые) соединения образу­ются при наличии наружных зубьев на валу и внутренних зубьев в отверстии ступицы . По форме профиля различают зубья прямобочные, эвольвентные и треугольные.

Соединения с прямобочными зубьями выполняют с цент­рированием по боковым граням , по наружному или внутреннему диаметрам.

Достоинства зубчатых соединений по сравнению со шпоночными: повышенная прочность, меньше концентраторов напряжений; более высокая технологичность, точность.

Соединения с эвольвентными зубьями (рис. 7) предпоч­тительны при больших диа­метрах валов, когда для на­резания зубьев в отверстии и на валу могут быть исполь­зованы весьма совершенные технологические способы, при­меняемые для зубчатых колес.

Основными критериями работоспособности и расчета зуб­чатых соединений являются:

1. Сопротивление рабочих повер­хностей смятию,

2. Сопротивление изнашиванию от фретинг-коррозии (от англ, разъедать).

Упрощенный расчет по обобщенному критерию (рис. 8).

где Т - номинальный крутящий момент (наибольший из длительно действующих); K_з = 0,7. ..0,8 - коэффициент неравномерно­сти нагрузки по зубьям; z- число зубьев; h- рабочая высота зубьев; l-рабочая длина зубьев; dcp -средний диаметр со­единения.

1.3. Механические передачи: основные характеристики передач. Зубчатые передачи, их классификация, преимущества и недостатки.

Механический передачей называют механизм, который преобразует параметры движения двигателя при передаче исполнительным органам машины.

В каждой передаче различают два основных вала: входной и выходной, или ведущий ведомый. Между этими валами в многоступенчатых передачах располагаются промежуточ­ные валы.

Основные характеристики передач: мощность Р₁ на входе и Р₂ на выходе, Вт; быстроходность, которая выражается частотой вращения n₁ на входе и n₂ на выходе, мин^-1, или угловыми скоростями и с^-1 .

Кроме основных различают производные характеристики: коэффициент полезного действия (к.п.д.) , где Р_r-мощность, потерянная в передаче; передаточное отношение, определяемое в направлении потока мощности,

При i > 1, передача понижающая, или редуктор. При i < 1, передача повышающая, или мультипликатор.

Принцип действия зубчатой передачи основан на - зацеплении пары - зубчатых колес.

По расположению осей валов различают: передачи с параллельными осями, которые выполняют с цилиндрическими колесами внешнего или внутреннего зацепления ; передачи с пересекающимися осями - конические колеса; передачи с пересекающимися осями - цилиндрические винтовые, конические гипоидные , червячные. Кроме того, применяют передачи между зубчатым колесом и рейкой.

По расположению зубьев на колесах различают передачи: прямозубые, косозубые и шевронные.

По форме профиля зубов различают эвольвентные и круговые.

Основные преимущества зубчатых передач: высокая нагрузочная способность и, как следствие, малые габариты; боль­шая долговечность и на­дежность работы (~ 30 000 ч); высокий к.п.д. (до 0,97...0,98 в одной ступени); постоянство передаточного отношения (отсутствие проскальзывания); возможность применения в ши­роком, диапазоне скоростей (до 150 м/с), мощностей (до десятков тысяч кВт) и передаточных отношений (до нескольких сотен и даже тысяч).

Среди недостатков зубчатых передач можно отметить повышенные требования к точности изготовления, шум при больших скоростях, высокую жесткость, не позволяющую компенсировать динамические нагрузки.