3.6. Зубчатые (шлицевые) соединения

Это разъемные со­единения, образованные зацеплением наружных зубьев (шлицев) на валу 1 с внутренними зубьями в отверстии ступицы 2 (рис. 3.14). Они могут быть подвижными или неподвижными. Это соединение называют также многошпоночным, у которого шпонки выполнены заодно целое с валом.

Рис. 3.14. Шлицевое прямобочное соединение: а) форма боковой по­верхности шлицев, б) эвольвентная; в) треугольная

По форме боковых поверхностей шлицев различают соединения: прямобочные, эвольвентные, треугольные.

Шлицевые соединения, по сравнению со шпоночными, имеют мень­шее число деталей, значительно большую нагрузочную способность, луч­ше центрируют соединяемые детали и более надежны при динамических и реверсивных нагрузках. К недостаткам шлицевых соединений следует отнести высокую трудоемкость и стоимость их изготовления.

Наибольшее распространение имеют прямобочные шлицевые соединения. Стандартом предусмотрены три серии этих соединений: легкая, средняя и тяжелая, отличающиеся высотой и количеством зубьев.

3.6.1. Расчет шлицевых соединений

Основными критериями работоспособности шлицевых соединений являются сопротивления рабочих поверхностей зубьев смятию и изнашиванию.

Смятие и износ рабочих поверхностей зубьев связаны с одним и тем же параметром – давлением σ_см. Если допускаемые напряжения [σ_см] назначать на основе опыта эксплуатации подобных узлов, то σ_см можно рассматривать как обобщенный критерий расчета и на смятие, и на износ. Такой расчет называют упрощенным – по обобщенному критерию.

Рис. 3.15. Схема к расчету прямобочного шлицевого соединения: D – наружный диаметр; d – внутренний диаметр; b – ширина зуба; f - фаска зуба

При расчете принимают допущение, что нагрузка по длине шлицев распределяется равномерно.

Расчетная формула имеет вид:

,

где Т – номинальный вращающий момент;

d_ср – средний диаметр шлицевого соединения, d_ср=(D+d)/2;

А_см – площадь смятия, А_см=h_plz,

h_p – рабочая высота зубьев, ,

f – фаска зубьев;

l – рабочая длина зубьев (длина ступицы);

z – число зубъев;

К_з – коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине зубьев, К_з=0,7…0,8;

[σ_см] – допускаемое среднее давление из расчета на смятие.

4. Механические передачи

Для приведения в движение рабочих органов машины им передается механическая энергия от машин-двигателей. В большинстве случаев целесообразнее использовать двигатели с большой угловой скоростью выходного вала: они имеют меньшие размеры и массу, более высокий кпд., однако вращающий момент на валу небольшой. Угловая скорость вала машины-орудия, как правило, значительно ниже скорости вала двигателя, но вращающие моменты требуются большие, поэтому двигатели и исполнительные органы рабочих машин связываются с помощью устройств, которые называются передачами. Передачи преобразуют передаваемые вращающие моменты и угловые скорости. Передачи могут быть механическими, гидравлическими, пневматическими и электрическими. В курсе «Детали машин» изучают только механические передачи.

Механической передачей называют механизм, который преобразует параметры вращательного движения при передаче его исполнительным органам машины и согласовывает режимы работы двигателя и исполнительного органа.

Механизм, предназначенный для передачи энергии к потребителям с увеличением вращающих моментов за счет уменьшения скорости, называют силовой передачей или трансмиссией.

В каждой передаче различают два основных вала: входной или ведущий и выходной, он же ведомый. В многоступенчатых передачах между этими валами располагают промежуточные валы.