Шлицевые соединения.

В случае передачи значительных усилий или значительных осевых перемещений используют шлицевые соединения, состоящие из втулок с 4...10 шпоночными пазами и цельных валов с таким же числом выступов на цилиндрической части. Различают 3 вида шлицевых соединений:

1. прямобочные;

2. треугольные;

3. эвольвентные.

Первые используются как для подвижных, так и для неподвижных соединений. Размеры прямобочных шлицевых соединений и соответствующие величины допусков даны в ГОСТ1139-81. Учитывая большое количество поверхностей, входящих в соединение, центрирование вала и втулки осуществляется по определенным поверхностям, а в контакте между остальными поверхностями устанавливают необходимые для компенсации зазоры. Различают соединения с центрированием по наружному или внутреннему диаметру, а также по боковым сторонам шлицев.

Наиболее часто центрирование производится по наружному диаметру D - максимальному диаметру соединения. Его отклонения для втулки предусматриваются по Н7...9, а для вала по k6...8 до е6...8. Нецентрирующий внутренний диаметр выполняется соответственно по Н9...11 и f...e9...11.

При центрировании по внутреннему диаметру d у ножки шлица выполняется канавка, обеспечивающая отсутствие радиуса переходной кривой, получаемого при изготовлении. Отклонения центрирующих и нецентрирующих диаметров такие же как и для соединений с наружным центрированием.

Центрирование по боковым сторонам шлицев применяется редко и связано с предварительной раздельной установкой вала и втулки, например, при их раздельной установке в подшипниках. В этом случае оба нецентрирующих диаметра выполняются с вышеуказанными отклонениями. Отклонения же толщины шлицев и пазов даются в ГОСТе в зависимости от типа проектируемого узла.

Шлицевые валы изготавливают в большинстве случаев из конструкционной стали без закалки или с закалкой до твердости HRC40...45.

Треугольные шлицевые соединения применяют только для неподвижных соединений ( например рулевое колесо автомобиля ), центрируются только по боковым сторонам шлицев. Посадка может осуществляться как с зазором, так и с натягом. Размеры соединений не регламентированы ГОСТом и даются в справочниках как рекомендуемые.

Шлицевые соединения с эвольвентными зубьями с углом профиля  = 30 из-за простоты изготовления в массовом производстве широко используются в автомобильной промышленности и приборостроении. Центрирование соединения производится по наружному диаметру или по боковым сторонам шлицев. Рекомендации по применению, основные размеры и отклонения даны в ГОСТ6033-81.

Выступы

Для быстроразъемных и регулируемых приспособлений используют базирование с прижимом по выступу. При этом установка сопряженной детали производится по вершине и боковой поверхности выступа. Наиболее рекомендуемы выступы с боковой поверхностью, расположенной под углом 90⁰ или 55⁰. На сопряженной детали также выполняется базирующий выступ, а в месте сопряжения - технологическая канавка В теле выступа по углом к базовой поверхности выполняют Т - образный паз, в который устанавливается крепежный болт со срезанной головкой. При закручивании гайки обеспечивается гарантированный контакт базирующих поверхностей.

ШТИФТЫ

Используется для ориентации неподвижных соединений. При основном базировании деталей в соединении по цилиндрической поверхности или по пазу достаточно одного штифта. При этом детали предварительно собираются, фиксируются винтами или прижимами, после чего в них совместно проводят обработку отверстия ( сверление, развертывание ) и вставляют штифт. Установка по штифтам позволяет восстанавливать четкую ориентацию деталей и узлов приспособления после совместной обработки, сборки или разборки при ремонте. Наиболее широко штифты применяются при базировании узлов на корпусной плите по одной контактной плоскости. В этом случае для четкой ориентации обычно совместно сверлят два отверстия, в которые устанавливаются штифты.

Обычно используют цилиндрические или конические штифты с конусностью 1 50. Размеры штифтов и основные параметры определяются по ГОСТ 3128-81. Основные диаметры штифтов лежат в пределах 0.6...50 мм. Длина штифта - 2 и более диаметра. На концах штифтов выполняется заходная фаска под углом 25⁰ или 45⁰. В большинстве случаев штифры изготавливают из стали 45 с последующей закалкой до HRC40...45. Шероховатость рабочей поверхности R_а 2.5...0.63.

При использовании цилиндрических штифтов рекомендуется отверстия под них обрабатывать с отклонениями по Н7...9. Рекомендуемые отклонения диаметров штифтов m6, h8, h11.

Штифты рассчитываются на срез

F_max = _ср .

ОСИ.

Для передачи вращательного движения элементы измерительных механизмов ( особенно рычаги, контактирующие с измеряемой поверхность и измерительным прибором, например индикатором ) Устанавливаются на цилиндрических осях. Для возможности вращения предусматриваются 2 варианта: 1. ось с натягом устанавливается в корпусе приспособления, а рычаг сидит на оси с зазором, 2. рычаг сидит на оси с натягом, а ось в корпусе устанавливается с зазором. Обычно вариант 2 более предпочтителен. Оси в большинстве случаев выполняют одного диаметра по всей длине, а необходимые размеры посадок получаются за счет отклонений сопряженных отверстий ( система вала ).

На работоспособность таких соединений существенное влияние оказывает сила трения в подвижном соединении. В случае малых передаваемых усилий и малом весе подвижных частей приспособления для снижения влияния момента силы трения за счет уменьшения величины радиуса поверхности, на котором она действует, рекомендуется на концах оси выполнять центровые отверстия, по которым она устанавливается в приспособлении на конусных опорах. Для обеспечения возможности сборки такого соединения и компенсации осевого зазора одна или обе конусные опоры имеют возможность осевого перемещения с обязательной их фиксацией гайкой после регулировки. Для стабилизации осевого усилия чисто используют подпружиненные центры.

Часто рычаги, передающие движение, устанавливаются по концам оси, а положение самих рычагов фиксируется шпонками, штифтами либо винтами с выступами по ГОСТ1476-81, которые входят в отверстия, просверленные в оси.

В случае больших передаваемых усилий или моментов вращения рекомендуется формирование цилиндрический опоры вращения ( скольжения ) с посадкой по H6/g6 ( при малой скорости вращения ) и H7/f6 ( при значительной скорости вращения ). Для компенсации износа трущихся поверхностей рекомендуется в корпусных деталях вставлять втулки, заменяемые при ремонте и снижающие коэффициент трения ( например из бронзы БрАЖ9-4 ). Втулки в корпусные детали вставляются по переходным ( безазорным ) посадкам. Наиболее рекомендуемая длина опор l_оп = 1...1.5d_оси.

Часто оси, как и штифты, изготавливают из стали 40...45, калят до твердости HRC40...45, а рабочие поверхности имеют шероховатость менее R_а0.63.

Оси рассчитывают на прочность ( на изгиб ) и на допустимый прогиб ( допускаемую погрешность работы прибора ).

1. Расчет оси на изгиб.

или ,

где М_И - величина изгибающего момента в кгс*м,

_ИЗ - допускаемые на изгиб напряжения, даются в справочной литературе для каждого конкретного материала.

Величина изгибающего момента определяется по схеме нагружения вала. Для этого вал представляется в виде линии с схематичным нанесением опор. Действующие изгибающие усилия наносятся в виде векторов с указанием направления действия. Проставляются линейные размеры точек действия сил и расположения опор ( реальными размерами опор пренебрегают, представляя их в виде точек ). Из уравнений равенства нулю всех действующих на статически неподвижное тело сил и моментов ( курс физики или механики )

,

определяются реакции опор. Проходя в одном направлении от одного до другого конца оси, строят эпюру суммарных изгибающих моментов, рассчитывая их по отношению к текущей ( рассматриваемой ) точке на схеме оси. Учитывая, что момент от любой постоянной силы прямопропорционален расстоянию вдоль оси, изменение момента будет характеризоваться ломанной линией, начало и конец которой совпадают с началом и концом схематично изображенной оси. Максимальное значение момента сил на данной эпюре будет являться расчетным значением М_И.

2. Расчет на допустимый прогиб.

При приложении нагрузки и установления опор в различных местах оси под действием данных сил в виду податливости ( способности сжиматься, растягиваться и изгибаться под действием приложенных нагрузок ) используемых конструкционных материалов возможно изменение размеров и формы применяемых осей. Это может привести к искажению величины передаваемых в приспособлении к измерительным приборам перемещений и, как следствие, к возникновению погрешностей измерений. Наибольшую погрешность в этом случае дает поперечная деформация оси “y”. Проведение расчетов поперечных прогибов ( задача курса “Сопротивление материалов” ) является довольно сложной задачей. Поэтому в данном курсе, как пример, приводится расчет только одного наиболее часто встречающегося в технике случая прогиба стальной оси - когда изгибающая нагрузка приложена по средине оси между опорами

,

где Q - приложенная нагрузка в кгс,

l - расстояние между опорами в мм,

d - диаметр оси в мм.

Задаваясь допустимой величиной прогиба “y” можно рассчитать предельное, наименьшее значение диаметра оси “d”

.

В большинстве случаев в контрольных приспособлениях отсутствуют значительные рабочие усилия и прилагаемые массы, поэтому размеры осей рассчитываются только при их значительной длине ( l  8...10d ) и в большинстве случаев принимаются конструктивно по аналогии с известными узлами или приспособлениями.

ШАЙБЫ.

Для ограничения осевого перемещения элементов приспособлений вдоль цилиндрических осей, а также для уменьшения износа корпусных деталей при креплении элементов с помощью болтов и гаек на концах осей или в промежутке между корпусом и гайкой устанавливаются шайбы, представляющие собой металлические диски, обычно не закаленные, размеры которых даются в ГОСТ11371-78, ГОСТ6958-78, ГОСТ10450-78.

Для предотвращения процесса самоотвинчивания гаек при восприятии элементами приспособлений переменных нагрузок или работе в условиях значительных вибраций используются пружинные, разрезные шайбы с косым пазом и осевой деформацией. Они имеют прямоугольное сечение и при отвинчивании врезаются острыми краями паза в корпус и гайку. Изготавливаются из пружинных сталей типа 65Г или 30Х13 с последующей закалкой до HRC40 ...50. Основные размеры таких шайб даны в ГОСТ6402-81.

Для ограничения перемещения деталей на осях в осевом направлении или осей в корпусе при малых осевых нагрузках ( характерных для измерительных приспособлений ) используются запорные, пружинные кольца. Они представляют собой тонкостенные разрезные, пружинные шайбы без осевой деформации. Кольца выпускаются круглого или прямоугольного сечения для установки на наружные или внутренние поверхности. В зависимости от применения кольца устанавливаются в пазы на оси или корпусной детали приспособления, базируясь по наружному или внутреннему диаметрам. Характеристики используемых материалов такие же, как и для пружинных шайб. Размеры колец и параметры канавок для колец круглого сечения даются в справочной литературе. Для колец прямоугольного сечения определены по ГОСТ 13940-81, ГОСТ13941-81, ГОСТ13942-81, ГОСТ13943-81. Для установки или удаления колец их сечение в месте паза выполняется под углом к оси отверстия или вала. По ГОСТ13941-81и ГОСТ13943-81 кольца делают неконцентричными, а для монтажных работ с помощью специальных плоскогубцев выполняют отверстия.