8.12. Влияние упругости на распределение нагрузок

Упругие деформации деталей существенно влияют на распределение нагрузки, величину и распределение напряжений в теле детали. При конструировании необходимо отчетливо представлять направление упругих деформаций и использовать их для выравнивания нагрузок и снижения напряжений. В качестве примера приведем узел шлицевого соединения приводного зубчатого колеса с валом (рис.8.21, а).

Рис. 8.21. Влияние упругости на распределение нагрузки

Диск колеса смещен по отношению к шлицам. Крутящий момент, передаваемый колесам, воспринимается преимущественно участком шлицевого соединения, расположенным в узле жесткости – в плоскости диска (распределение напряжений снятия на рабочих гранях шлицев представлено эпюрой).

При обратном расположении шлицевого венца (рис. 8.21,6) крутящий момент вызывает закручивание вала. В результате этого шлицы, расположенные слева от зубчатого колеса, смыкаются по всей длине со шлицами ступицы. Это в свою очередь вызывает скручивание ступицы, вследствие чего крутящий момент передается по длине всего соединения более равномерно. Причем система до известной степени обладает свойством саморегулирования: чем больше крутящий момент и закручивание вала, тем равномернее становится нагрузка на шлицы.

Рис. 8.22.Влияние упругости при конструировании подшипниковых узлов

Упругость систем необходимо учитывать при конструировании подшипниковых узлов. В конструкции (рис.8.22,а) парной установки подшипников наибольшую часть нагрузки песет подшипник, расположенный в узле жесткости (плоскость стенок корпуса). Второй подшипник, установленный на ступице, нагружен незначительно вследствие податливости ступицы. Нагрузку на подшипники можно выравнить, увеличив несущую способность узла, если усилить ступицу второй перегородкой (конструкция на рис.8.22,б).

Маневрируя упругостью, можно достичь рационального распределения нагрузки между подшипниками. Так, в подшипниковом узле (рис.8.22, в),

натруженном радиальной силой F и односторонней осевой нагрузкой Q, целесообразно разделить функции подшипников: один нагрузить только радиальной силой, второй – только осевой. Это достигается установкой подшипников в консольной втулке. Подшипник 1 воспринимает радиальную нагрузку; подшипник 2 - только осевую нагрузку.

В конструкции (рис.8.22,г) подшипники установлены в стальной тонкостенной втулке, благодаря упругости которой система приспосабливается к перекосам вала, т.е. приближается к системе установки подшипников в сферической опоре.

8.13. Сопряжение по нескольким поверхностям

При конструировании следует избегать сопряжения деталей по нескольким поверхностям (рис.8.23, а, в).

Рис. 8.23. Сопряжение поверхностей

Детали следует сопрягать только по одной поверхности, предусматривая на остальных поверхностях зазоры (рис. 8.23,б,г) достаточные для того, чтобы исключить их соприкосновение при всех возможных неточностях изготовления, упругих деформациях, тепловых расширениях системы или при сжатии уплотняющих прокладок.

Грубые ошибки, подобные приведенным на рис.8.23,а,в,д, допускаются редко. Чаще встречаются ошибки, заключающиеся во введении излишней подгонки, излишнего центрирования и т.п. Например, подгонка призматической шпонки к шпоночному пазу по всему контуру (рис.8.23,е) намного осложняет этот процесс. Значительно проще и правильно подгонять шпонку только по рабочим граням, оставляя зазоры по торцам шпонки и между верхней плоскостью шпонки и днищем канавки (рис.8.23, ж, з).