Штифтовые соединения

Штифты используются для соединения деталей механизмов, для обеспечения точного взаимного расположения деталей после регулировки механизма, а также в качестве звена, предохраняющего механизм от перегрузки (предохранительные муфты).

Основные виды штифтов стандартизованы: цилиндрические по ГОСТ 3128-70, конические по ГОСТ 3129-70, конические с резьбовой цапфой по ГОСТ 9465-70.

Установочные штифты в одной (снимаемой) детали закрепляются с глухой (Г) посадкой, а в другую входят с посадкой скольжения (С). В некоторых конструкциях применяются конические установочные штифты. При разборке соединений штифт вытягивается из отверстия при помощи гайки.

Цилиндрические рассеченные штифты вставляются в отверстия из под сверла и удерживаются в нем выступами, образованными на штифте продольной просечной.

Расчет штифтов при действии поперечной силы P выполняется из условий прочности штифта на срез по формулам: .

В механизмах приборов конические штифты используются для соединения валов с посаженными на них деталями – зубчатыми колесами, муфтами, кулачками и т.д. В этих случаях штифтовое соединение нагружено крутящим моментом M_k. Штифт срезается по двум сечениям силой : .

Материалом для цилиндрических и конических штифтов обычно служат стали марок 45, 50, У8А или У10А. Допускаемые напряжения на срез принимаются =50…80МПа.

Шпоночные соединения

А.

Б.

В.

Для соединения валов с посаженными на них деталями применяются шпонки. Основное назначение шпонок – передавать крутящий момент от вала к ступице или наоборот.

Форма и размеры основных типов шпонок стандартизованы и выбираются из таблиц справочников.

На рис а) показаны соединения призматической, на рис б) – сегментной и на рис в) цилиндрической шпонками. Концы призматических шпонок выполняются скрученными или плоскими. Рабочими гранями у призматических и сегментных шпонок являются боковые грани, а в радиальном направлении они устанавливаются с небольшим зазором. Если деталь, насаженная на вал, должна передвигаться, то призматические шпонки прикрепляются к валу винтами или скользят вместе со ступицей вдоль паза на валу. В последнем случае шпонка имеет специальные выступы, связывающие ее со ступицей.

При передаче крутящего момента M_k на поверхностях контакта шпонки с валом и со ступицей возникают напряжения снятия. При этом силы P действуют на половины боковых поверхностей шпонки справа и слева и вызывают напряжения снятия и среза:

.

Допускаемое напряжение выбирается по материалу детали (вала, ступицы или шпонки), имеющему наиболее низкую прочность. Для неподвижных шпоночных соединений при спокойной нагрузке принимают для стали =150 МПа, а для подвижных шпоночных соединений из стали =50 МПа. При нагрузке со слабыми толчками эти значения уменьшают на 30%,а при ударной нагрузке – на 60%. Допускаемые напряжения на срез для стальных шпонок принимают =120; 80; 54 МПа соответственно при нагрузке спокойной, со слабыми толчками и ударной.

Зубчатые (шлицевые) соединения

Зубчатые соединения применяются для соединения валов с посаженными на них деталями и для передачи крутящего момента. В зависимости от формы выступов (зубьев) на валу различают соединения с прямобочным профилем, с эвольвентным профилем и с треугольным профилем.

Зубчатое соединение по сравнению со шпоночным обеспечивает большую прочность, более точную центровку детали на валу, лучшее направление перемещаемых вдоль вала деталей.

Широкое применение имеют соединения с прямобочными зубьями. В этих соединениях различают три способа центрирования: по боковым граням зубьев, по внутреннему диаметру и наиболее точное центрирование по наружному диаметру.

Размеры и число зубьев прямобочных соединений стандартизованы (ГОСТ 1139-58). Установлено число зубьев Z=4; 6 и 10 для наружных диаметров валов от 10 до 100 мм.

Расчет зубчатых соединений выполняется из условий прочности зубьев на снятие и срез по формулам:

.

Для зубьев с прямобочным профилем принимают Ψ=0,75 при Z=4 и 6 и Ψ=0,70 при Z=10; для зубьев с эвольвентным и треугольным профилем принимают Ψ=0,5 при любых Z.

Значения допускаемых напряжений на снятие приводятся в справочниках в зависимости от назначения, условий.