Вопросы для самостоятельной проработки и повторения материала:

1. Конструкция сварных соединений, виды сварных швов.

2. Технология производства сварных соединений.

3. Области применения, преимущества и недостатки сварных соединений.

4. Расчет на прочность элементов сварного шва.

5. Материалы для сварки, допускаемые напряжения.

Литература:

1. Иванов М.Н. Детали машин. 2-е изд., М.: Высш. Шк., 1986. с 75 -92.

2. Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб.для вузов.- 4-е изд., испр., М.: Высш. Шк., 1986. – с. 45 – 54.

Тема 4. Шпоночные, шлицевые и профильные соединения

Шпоночные, шлицевые и профильные соединения служат для закрепления деталей (шкивов, зубчатых колес, муфт, кулачков и т.д.) на осях и валах. Эти соединения могут передавать вращающие моменты. Функциональное назначение, условия работы и принципы расчета их одинаковы, поэтому они объединены в одну тему.

Основные вопросы темы

1. Шпоночные соединения, конструкция, технология производства, классификация, области применения.

2. Расчет на прочность элементов шпоночных соединений.

3. Материалы шпонок, допускаемые напряжения.

4. Шлицевые соединения, конструкция, технология производства, классификация, области применения.

5. Расчет на прочность элементов шлицевых соединений.

6. Профильные соединения, конструкция, области применения.

Основные положения темы:

Шпоночные соединения. Все виды шпонок возможно разделить на призматические и клиновые. Клиновые шпонки образуют напряженные, а призматические – ненапряженные соединения.

Размеры шпонок и допуски на них стандартизованы.

Для клиновых врезных шпонок характерны:

А) свободная, с зазором, посадка ступицы на вал;

Б) расположение шпонки в пазе с зазорами по боковым граням;

В) передача крутящего момента от вала к ступице осуществляется в основном за счет сил трения.

Запрессовка шпонки вызывает смещение центра ступицы по отношению к оси вала на величину половины зазора посадки и деформацию деталей. Клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали (отклонение от перпендикулярности). Кроме того клиновые шпоночные соединения не технологичны при изготовлении. Все это послужило причиной того, что клиновые шпоночные соединения не применяются в массовом машиностроении.

Соединения призматическими шпонками передают вращающий момент с вала на ступицу боковыми гранями шпонки. При этом в них возникают напряжения смятия, а в продольном сечении шпонки – напряжения среза.

Условия прочности:

на смятие ,

на срез .

У стандартных шпонок размеры подобраны таким образом, что нагрузку соединения ограничивают не напряжения среза, а напряжения смятия, поэтому расчет на срез не проводят.

Разновидностями призматических шпонок являются сегментная и цилиндрическая. Сегментная шпонка более устойчива на валу, однако требует более глубокого паза. Цилиндрические шпонки могут использоваться для закрепления деталей на конце вала.

Условие прочности сегментных и цилиндрических шпоночных соединений аналогичны призматическим.

Шлицевые соединения. Образуются при наличии выступов шлицов на валу и соответствующих впадин (пазов) на поверхности отверстия втулки. Шлицы на валу фрезеруются, а пазы отверстия протягиваются.

Все размеры шлицевых соединений и допуски на них стандартизованы. По форме профиля различают три основных типа шлицевых соединений: с прямоугольным профилем шлицов, с эвольвентным профилем шлицов, с треугольным профилем шлицов (не стандартизованы),

Размеры шлицев выбирают по таблицам стандартов в зависимости от диаметра вала. Боковые поверхности шлицев испытывают напряжения смятия, а в сечениях и у оснований возникают напряжения среза и изгиба.

Для стандартных шлицевых соединений расчет производится по напряжениям смятия:

.

Шлицевые соединения по сравнению со шпоночными имеют преимущества:

• детали на шлицевых валах лучше центрируются:

• усталостная прочность шлицевых валов и втулок выше, чем в соединениях со шпонками;

• передача крутящего момента распределяется равномерно по всей окружности вала, а не сосредотачивается в одном месте.

Профильное соединение. Профильным соединением называется такое, у которого втулка сажается не на цилиндрическую поверхность вала. Простейшим является соединение с квадратным валом. Главным недостатком является сложность изготовления отверстия и концентрация напряжений в углах.

Более совершенными являются профильные соединения с овальным контуром поперечного сечения, обладающим свойством равносоосности – неизменности расстояния между двумя параллельными касательными. В этом случае вал может обрабатываться на специальных станках для бескопирного точения валов некруглого сечения, а отверстие обрабатывается специальными фасонными протяжками.