5. Критерии оптимизации разъемных нерезьбовых соединений

В системах автоматического проектирования механических устройств необходимо, чтобы программные средства не только обеспечивали минималь-ные времязатраты на проектирование устройства соединения, но и гарантиро-вали оптимальный вариант соединения. Так как главным критерием работо-способности соединения является его прочность, то в качестве основного критерия оптимизации параметров соединения выбирается ограничение недо-грузки соединения не более 20 % либо его перегрузки до 10 % от расчетной нагрузки.

В этом случае прочность соединения оценивается коэффициентом нагружения, представляющим собой отношение фактического напряжения в соединении к значению допускаемого напряжения для принятых материалов.

Условие оптимальной работоспособности:

для шпоночного соединения

0,8  К_см =  1,1; 0,8  К_ср =  1,1;

для шлицевого соединения

0,8  К_см =  1,1,

для штифтового соединения

0,8  К_ср =  1,1;

где К_см, К_ср – коэффициенты запаса прочности по смятию и срезу; _см, _ср – фактические напряжения смятия и среза; []_см, []_ср – допускаемые напряже-ния смятия и среза.

6. Условия работоспособности Шпоночные соединения. С е г м е н т н ы е ш п о н к и проверяются на работоспособность по напряжениям смятия и среза по формулам

(15.1)

где Т – крутящий момент, Н  мм; Z – число шпонок; k – высота выступающей части шпонки, мм; l – длина шпонки, мм; d – диаметр вала, мм; b – ширина шпонки, мм.

Если в соединении возникает перегрузка, т. е. _см/[]_см > 1,1 или _ср/[]_ср > 1,1, следует увеличить число сегментных шпонок до двух либо перейти на соединение призматической шпонкой. При недогрузке более 20 % уменьшаются размеры шпонки.

П р и з м а т и ч е с к и е ш п о н к и проверяются на работоспо-собность по напряжениям смятия и среза также по формулам (15.1).

В случае перегрузки (_см/[]_см > 1,1 или _ср/[]_ср > 1,1) следует либо увеличить длину ступицы детали, либо увеличить число призматических шпонок до двух, либо перейти на шлицевое соединение. При недогрузке более чем на 20 % необходимо изменить размеры шпонки, сократив ее длину или ширину и высоту.

Шлицевые соединения. В машиностроительных конструкциях наибо-лее широко применяются два вида шлицевых соединений: прямобочные и эвольвентные. Эти соединения по назначению разделяются на три группы: неподвижные, подвижные не под нагрузкой, подвижные под нагрузкой.

Оценка работоспособности шлицевых соединений выполняется по условию прочности на смятие боковых поверхностей шлицев.

Напряжения смятия вычисляются по следующим зависимостям:

а) для прямобочного соединения

(15.2)

б) для эвольвентного соединения при центрировании по наружному диаметру

(15.3)

в) для эвольвентного соединения при центрировании по боковым поверхностям

(15.4)

где Т – передаваемый крутящий момент, Н  мм; Z – число шлицев; D – наруж-ный диаметр шлицев, мм; d – внутренний диаметр шлицев, мм; f – высота фаски, мм; l_см – длина смятия ступицы детали, мм; m – модуль эвольвентных шлицев, мм.

При перегрузке соединения (_см/[]_см > 1,1) следует увеличить параметры шлицы либо длину ступицы. Если соединение недогружено (_см/[]_см > 0,8), то необходимо уменьшить эти параметры либо перейти на шпоночное соединение.

Штифтовые соединения. Ш т и ф т ы, п е р е д а ю щ и е к р у т я- щ и й м о м е н т, выбираются в зависимости от диаметра вала по соответ-ствующим таблицам ГОСТа.

Такие штифты проверяются на касательное напряжение среза _ср, Н/мм², материала штифта по формуле

(15.5)

где Т – передаваемый валом крутящий момент, Нмм; d_в – диаметр вала, мм; d_ш – диаметр штифта, мм.

Для штифтов, передающих крутящие моменты, в случае перегрузки необходимо отказаться от такого способа соединения и перейти на шпоноч-ные соединения. При недогрузках более 20 % уменьшается диаметр штифтов.

Ф и к с и р у ю щ и е ш т и ф т ы (для фиксации положения детали и передачи сдвигающих сил) выбираются по таблицам ГОСТа, в зависимости от толщины соединяемых деталей. Для такого соединения необходимо выбирать число соединительных штифтов Z  2.

Эти штифты также проверяются на напряжение среза:

(15.6)

где F – сдвигающая сила, Н.

Если в соединении возникает перегрузка, т. е. _ср/[]_ср  1,1, то для фиксирующих штифтов увеличивается либо их число, либо диаметры.