DM_1 / Деталі машин КЛ [Стадник В. А

сегментної шпонок і напружене(рис. 20.4. в) – за допомогою клинової шпонки з головкою.

Рис. 20.4. Варіанти шпонкових з’єднань: а і б – ненапружене; в – напружене.

570

Крім відмічених недоліків, спільних для обох цих з’єднань, які полягають в ослабленні вала шпонковим пазом, напружене шпонкове з’єднання має ще один суттєвий недолік. Клинові шпонки зміщають вісь маточини по відношенню осі вала на величину посадочного зазору і сумарної деформації з’єднуваних деталей, а при короткій маточині можуть створювати перекіс.

Зміщення осей приводить до появи ексцентриситету, що викликає дисбаланс колеса і обмежує частоту його обертання.

В сучасному машинобудуванні область застосування клинових шпонок помітно звужується, і в ряді галузей, наприклад, авіа-авто-тракторобудування, верстатобудування та ін. вони зовсім не використовуються.

А тому в подальшому ми будемо розглядати лише ненапружені шпонкові з’єднання, які здійснюються призматичними і сегментними шпонками, і не викликають деформації вала і маточини при складанні.

З’єднання призматичними шпонками мають найбільше розповсюдження.

За формою торців розрізняють шпонки трьох виконань: 1,2 і 3 (рис. 20.5).

Рис. 20.5. З’єднання призматичною шпонкою

571

Шпонки з закругленими торцями (виконання 1) звичайно розміщають на валу в пазах, оброблених кінцевою фрезою; плоскі торці шпонок (виконання 2 і 3) поблизу деталей (кінцеві шайби, кільця і т.д.).

Для призматичних шпонок (див. рис. 20.5) у визначених інтервалах діаметрів валів стандартизовані розміри перерізу шпонки (ширина b, висота h, фаска S або радіус закруглення r) і розміри пазів (глибина паза вала t1 втулки t2 і радіус закруглення r). Довжина шпонки вибирається зі стандартного ряду. Умовне позначення шпонок повинне включати ширину шпонки b, висоту h, і

довжину l – b×h×l.

З’єднання сегментними шпонками. Для сегментних шпонок (див. рис. 20.6) у визначених інтервалів діаметрів валів стандартизовані розміри (ширина b, висота h, діаметр dш і фаска С) і розміри пазів (глибина паза вала t1 і втулки t2 і радіус закруглення r).

Рис. 20.6. З’єднання сегментною шпонкою

Виконання пазів під призматичні і сегментні шпонки. Наскрізні пази

під шпонку у втулці виконують протягуванням (рис. 20.7,а), а глухі – довбанням (рис. 20.6). Пази на валу виконують фрезеруванням: для призматичної шпонки – пальцевою фрезою (рис. 20.7, в), а для сегментної – дисковою фрезою (рис. 20.7, д). Можливе

572

Рис. 20.7. Виконання пазів під призматичні і сегментні шпонки. виконання паза під призматичну шпонку і дисковою фрезою (рис. 20.7, д).При цьому підвищується продуктивність, але збільшуються осьові розміри паза і виникає необхідність осьової фіксації шпонки, наприклад, гвинтом. Для запобігання пригонки торців призматичної шпонки довжину паза l΄ роблять дещо більшу від довжини шпонки.

Пази не рекомендується доводити до ступеньки вала, так як їх врізання в ступеньку збільшує концентрацію напружень.

З’єднання сегментною шпонкою більш технологічне ніж призматичною, але вимагає більш глибокого паза на валу, сильно послаблюючого вал. Тому сегментні шпонки застосовують для передачі малих крутних моментів, головним чином у кінематичних механізмах.

Шпонку виконують з відхиленням ширини h9 і ставлять в паз вала з натягом, а в паз втулки – з зазором. Відповідно рекомендуються посадки: Р9/h9 і Js9/h9для призматичної шпонки, N9/h9 і Js9/h9для сегментної. Призматичні шпонки можуть застосовуватися як напрямні в рухомих шпонкових з’єднаннях. У цих випадках рекомендується посадка в паз втулки H9/h9, а шпонка закріплюється на валу від осьового зміщення (див. рис. 20.3, б).

573

20.2. Матеріали і допустимі напруження

Шпонки виготовляють із чисто тягнутих сталевих прутків – вуглецевої або легованої сталі з границею міцності σ В ³ 500 МПа. Сегментні шпонки виготовляють із сталі сегментного профілю. Допустимі напруження зминання:

при спокійному навантаженні і стальній маточині [σ ]зм =110…190 МПа; при чавунній – 70…100 МПа; при значних коливаннях навантаженнях [σ ]зм слід знижувати до 50%.

20.3. Вибір і перевірний розрахунок шпонок

Вибір і перевірний розрахунок шпонок виконується наступним чином:

складні і недостатньо відомі напруження, що виникають у тілі шпонки не дають можливості строго теоретично визначити точні її розміри. Тому шпонку практично вибирають за таблицями ДСТУ в залежності від діаметра вала і перевіряють наближеним методом за деформаціями зминання, згину і зрізу за діючою на шпонку силою.

Сила Q , що передається шпонкою, може бути визначена із умови рівності моментів сил, прикладених до системи зубчасте колесо – шпонка – вал, або вал – шпонка – зубчасте колесо (рис. 20.8, а):

574

Призматичні шпонки розраховуються за схемою, представленою на рис. 20.8, б. Під дією прикладеного моменту відбувається невелике колове зміщення вала і маточини, внаслідок чого тиск на робочих ділянках роз приділяється за трикутником (рис. 20.8, в). При найбільш несприятливому розподілу тиску, коли рівнодіючу силу Q можна прикласти до верхньої кромки шпонки (рис.

20.8, г) напруження згину можуть досягнути небезпечного значення.

Для спрощення розрахунку допускають, що шпонка врізана у вал на

576

бокової грані, де l p – розрахункова довжина шпонки (при округлених торцях l p = l - b , при плоских l p = l ); Sзр – площа зрізу, Sзр = b × l p ;

[σ ]зм – допустиме напруження на зминання; [τ ]зр – допустиме напруження на

зріз.

Скориставшись формулою (20.3), підставляємо значення Q у формули

(20.4) і (20.5), одержуємо умови міцності шпонки у вигляді

з’єднання обмежують не напруження згину, а напруження зминання. Тому при розрахунках звичайно використовують тільки формулу (20.6).

Розрахунок сегментних шпонок. Розміри перерізів шпонки (ширину b і

висоту h), довжину шпонки l і глибину паза t1 (рис. 20.6) вибирають в залежності від діаметра вала за стандартом.

Сегментні шпонки, також як і призматичні, перевіряють на зминання:

Контрольні запитання

1. Опишіть будову та призначення шпонкових з’єднань. Вкажіть переваги та недоліки цих з’єднань.

577

2. Які є основні види ненапружених та напружених шпонкових з’єднань?

3.Наведіть ескізи ненапружених та напружених шпонкових з’єднань. Проаналізуйте принцип роботи таких з’єднань.

4.За якою умовою міцності розраховують шпонкові з’єднання?

5.Запишіть вираз для умови міцності з’єднання призматичною шпонкою. Проаналізуйте цей вираз.

6.Які фактори впливають на допустимі напруження зминання для шпонкових з’єднань?

578

Тема 21. Зубчасті (шліцьові) та профільні з’ єднання

21.1. Загальні відомості і класифікація зубчастих( шліцьових) з’єднань

У випадках, коли не можна забезпечити міцність шпонкових з’єднань деталей із валами (через обмежену довжину маточини), використовують зубчасті (шліцьові) з’єднання. Шліцьове з’єднання (рис. 21.1, а) умовно можна розглядати як багатошпонкове, у якого шпонки, що називаються шліцами (зубцями), виконані як одне ціле з валом і входять у відповідні пази маточини деталі. На валу шліци фрезерують або нарізають на зубооброблювальних верстатах методом обкатки, а пази в маточинах одержують протягуванням.

Рис. 21.1. Шліцьові з’єднання:

а – прямокутні; б – евольвентні; в – трикутні

Переваги:

1)більша навантажувальна здатність при однакових габаритах;

2)краще центрування і напрямлення сидячих на валу деталей;

3)висока надійність при динамічних і реверсивних навантаженнях;

4)велика втомна міцність вала;

5)зменшення довжини маточини;

6)легше забезпечення взаємозамінності спряжених деталей.

579