11.5. Расчёт шлицевого соединения. Хвостовик первичного вала
осевого редуктора ходовой тележки платформы МПД,
кранов УКД-12,5 и ПКД-25
Шлицы надёжнее шпонок, особенно при переменных нагрузках, точнее центрируют детали, облегчают продольные перемещения деталей на валу. Как по внешнему виду, так и по динамическим условиям работы шлицевое соединение можно считать многошпоночным соединением [1, 8, 9].
Смятие и износ связаны с одним параметром – контактным напряжением (давлением) см. Это позволяет рассчитывать шлицы по обобщённому критерию одновременно на смятие и контактный износ. Выбранное стандартное соединение проверяют на смятие см = 8 Mвращ / (Z ·h· l ·dср) ≤ []см ,
где Z – число шлицов, h – рабочая высота шлицов, l – рабочая длина шлицов, dср – средний диаметр шлицевого соединения.
Наибольшее распространение получили прямобочные шлицы (табл. 11.13).
|
Таблица 11.13 Размеры прямобочных шлицов, ГОСТ 1139-80, мм | |||||||
|
| |||||||
|
Число зубьев, Z |
d |
D |
b |
d1, не менее |
a, не менее |
f |
r, не более |
|
Лёгкая серия | |||||||
|
6 |
23 |
26 |
6 |
22,1 |
3,54 |
0,3 |
0,2 |
|
26 |
30 |
6 |
24,6 |
3,85 | |||
|
28 |
32 |
7 |
26,7 |
4,03 | |||
|
Продолжение таблицы 11.13 | ||||||||||||
|
Число зубьев, Z |
d |
D |
b |
d1, не менее |
a, не менее |
f |
r, не более | |||||
|
8 |
32 |
36 |
6 |
30,4 |
2,71 |
0,4 |
0,3 | |||||
|
36 |
40 |
7 |
34,5 |
3,46 | ||||||||
|
42 |
46 |
8 |
40,4 |
5,03 | ||||||||
|
46 |
50 |
9 |
44,6 |
5,75 | ||||||||
|
8 |
52 |
58 |
10 |
49,7 |
4,89 |
0,5 |
0,5 | |||||
|
56 |
62 |
10 |
53,6 |
6,38 | ||||||||
|
62 |
68 |
12 |
59,8 |
7,31 | ||||||||
|
72 |
78 |
12 |
69,6 |
5,45 | ||||||||
|
82 |
88 |
12 |
79,3 |
8,62 | ||||||||
|
92 |
98 |
14 |
89,4 |
10,08 | ||||||||
|
Средняя серия | ||||||||||||
|
6 |
16 |
20 |
4 |
14,5 |
− |
0,3 |
0,2 | |||||
|
18 |
22 |
5 |
16,7 |
− | ||||||||
|
21 |
25 |
5 |
19,5 |
1,95 | ||||||||
|
23 |
28 |
6 |
21,3 |
1,34 | ||||||||
|
6 |
26 |
32 |
6 |
23,4 |
1,65 |
0,4 |
0,3 | |||||
|
28 |
34 |
7 |
25,9 |
1,70 | ||||||||
|
8 |
32 |
38 |
6 |
29,4 |
− |
0,4 |
0,3 | |||||
|
36 |
42 |
7 |
33,5 |
1,02 | ||||||||
|
42 |
48 |
8 |
39,5 |
2,57 | ||||||||
|
8 |
46 |
54 |
9 |
42,7 |
− |
0,5 |
0,5 | |||||
|
52 |
60 |
10 |
48,7 |
2,44 | ||||||||
|
56 |
65 |
10 |
52,2 |
2,50 | ||||||||
|
62 |
72 |
12 |
57,8 |
2,40 | ||||||||
|
10 |
72 |
82 |
12 |
67,4 |
− |
0,5 |
0,5 | |||||
|
82 |
92 |
12 |
77,1 |
3,0 | ||||||||
|
92 |
102 |
14 |
87,3 |
4,5 | ||||||||
|
Тяжёлая серия | ||||||||||||
|
Z |
d |
D |
b |
d1 |
f |
r | ||||||
|
10 |
16 |
20 |
2,5 |
14,1 |
0,3 |
0,2 | ||||||
|
18 |
23 |
3,0 |
15,6 | |||||||||
|
21 |
26 |
3,0 |
18,5 | |||||||||
|
23 |
29 |
4,0 |
20,3 | |||||||||
|
10 |
26 |
32 |
4,0 |
23,0 |
0,4 |
0,3 | ||||||
|
28 |
35 |
4,0 |
25,4 | |||||||||
|
32 |
40 |
5,0 |
28,0 | |||||||||
|
36 |
45 |
5,0 |
31,3 | |||||||||
|
42 |
52 |
6,0 |
36,9 | |||||||||
|
10 |
46 |
56 |
7,0 |
40,9 |
0,5 |
0,5 | ||||||
|
16 |
52 |
60 |
5,0 |
47,0 | ||||||||
|
56 |
65 |
5,0 |
50,6 | |||||||||
|
62 |
72 |
6,0 |
56,1 | |||||||||
|
72 |
82 |
7,0 |
65,9 | |||||||||
|
20 |
82 |
92 |
6,0 |
75,6 | ||||||||
|
92 |
102 |
7,0 |
85,5 | |||||||||
Для высоконагруженных передач назначают эвольвентные шлицы (табл.11.14).
|
Таблица 11.14 Эвольвентные шлицевые соединения, ГОСТ 6033-80, мм | ||||||||
|
| ||||||||
|
D |
Модуль, m |
D |
Модуль, m | |||||
|
0,8 |
1,25 |
2 |
3 |
2 |
3 |
5 | ||
|
Число шлицов, Z |
Число шлицов, Z | |||||||
|
10 |
11 |
|
|
|
60 |
28 |
18 |
|
|
12 |
13 |
|
|
|
65 |
31 |
20 |
|
|
15 |
17 |
|
|
|
70 |
34 |
22 |
|
|
17 |
20 |
12 |
|
|
75 |
36 |
24 |
|
|
20 |
23 |
14 |
|
|
80 |
38 |
25 |
|
|
25 |
30 |
18 |
|
|
85 |
|
27 |
15 |
|
30 |
36 |
20 |
|
|
90 |
|
28 |
16 |
|
35 |
|
26 |
16 |
|
95 |
|
30 |
17 |
|
40 |
|
30 |
18 |
|
100 |
|
32 |
18 |
|
45 |
|
34 |
21 |
|
|
|
|
|
|
50 |
|
38 |
24 |
|
|
|
|
|
|
55 |
|
|
26 |
17 |
|
|
|
|
Для эвольвентных шлицов рабочая высота принимается равной модулю профиля, за dср принимают делительный диаметр.
Допускаемые напряжения []см назначают на основе опыта эксплуатации подобных конструкций: при спокойной нагрузке – 100 МПа, при подвижном соединении – 40 МПа, при переменной нагрузке – 20…30 МПа.
Термообработка увеличивает допускаемые напряжения на 40…50 %.
Условные обозначения прямобочного шлицевого соединения составляют из обозначения поверхности центрирования D, d или b, числа шлицов Z, номинальных размеров d × D (а также обозначения полей допусков по центрирующему диаметру и по боковым сторонам зубьев). Например, D 8 × 36 H7/g6 × 40 означает восьмишлицевое соединение с центрированием по наружному диаметру с размерами d = 36 и D = 40 мм и посадкой по центрирующему диаметру H7/g6.
Рассмотрим выбор и расчёт шлицов на примере хвостовика первичного вала осевого редуктора ходовой тележки (рис. 11.11), применяемой на моторной платформе МПД, укладочном кране УКД-12,5 и погрузочном кране ПКД-25 [33].
На входном хвостовике первичного вала необходимо предусмотреть шлицы, на которые будет насажен фланец, вращающийся от тягового электродвигателя мощностью N1 = 43 кВт с частотой вращения n1 = 1500 об/мин. Максимальный вращающий момент от двигателя, нагружающий шлицевое соединение равен M1 = 30N1/(π n1) = 30 · 43000 / (3,14 · 500) = 273,88 ≈ 274 Нм.
|
|
|
Рис. 11.11. Осевой редуктор со шлицевым хвостовиком |
Минимальный диаметр хвостовика вала найдём, предполагая, что хвостовик первичного вала, находясь снаружи от опор вала, не нагружен изгибающим моментом, задавая при этом минимальные допускаемые касательные напряжения
Учитывая тяжёлые условия работы транспортных машин, примем из стандартного ряда номинальный диаметр хвостовика с запасом: 60 мм.
Принимаем прямобочные шлицы. На валу такого диаметра можно выполнить шлицы средней серии (табл. 11.13) с внутренним диаметром d = 56 мм, наружным диаметром D = 65 мм, средним диаметром dср = 60,5 мм; рабочей высотой h = 9 мм; число шлицов Z = 8.
Минимальное значение допускаемых напряжений смятия принимаем для работы с переменными нагрузками []см = 20 МПа. Из условия прочности на смятие находим минимальную рабочую длину шлицевого соединения lmin = 8 M1 / (Z · h · []см · dср) = 8·247000/(8·9·20·60,5) = 25,51 мм. Конструкция фланца позволяет выполнить шлицы рабочей длиной до 50 мм.
Принимаем l = 50 мм.
Таким образом, для соединения фланца с первичным валом назначаем прямобочное шлицевое соединение средней серии типа D 8 × 56 H7/g6 × 65 с рабочей длиной 50 мм, с центрированием по наружному диаметру и посадкой по центрирующему диаметру H7/g6.