6.4. Конструирование шпоночных и шлицевых соединений
6.4.1. Шпоночные соединения
Шпоночные соединения предназначаются для передачи крутящего момента от вала к ступице или наоборот. В зависимости от конструкции шпонки делят на призматические, сегментные, клиновые, тангенциальные, специальные. Наибольшее применение в машиностроении находят призматические шпонки, ГОСТ 23360-78 (рис. 92).
Шпонки
подбирают в зависимости от диаметра
вала и проверяют на прочность по
напряжению смятия:
,
где T - наибольший крутящий момент с учетом динамических нагрузок при пуске, Нмм; d - диаметр вала, мм; h, - высота шпонки, мм; t1- заглубление шпонки в вал, мм; l = 1,5d - длина шпонки, мм; [σсм] = 60...90 МПа - допускаемое напряжение смятия.
Длина шпонки выбирается на 8...10 мм короче ступицы, исходя из предлагаемого ряда на длину шпонки (см.рис.92). Если по результатам расчета длина ступицы колеса получается lст≥1,5d, то шпоночное соединение рекомендуется заменить шлицевым.
|
|
|
Диаметр вала d |
b |
h |
l |
t1 |
t2 |
|
Св.17 до 22 |
6 |
6 |
14…70 |
3,5 |
2,8 |
|
Св.22 до 30 |
8 |
7 |
18…90 |
4 |
3,3 |
|
Св.30 до 38 |
10 |
8 |
22…110 |
5 |
3,3 |
|
Св.38 до 44 |
12 |
8 |
28…140 |
5 |
3,3 |
|
Св.44 до 50 |
14 |
9 |
36…160 |
5,5 |
3,8 |
|
Св.60 до 58 |
10 |
10 |
45…180 |
6 |
4,3 |
|
Св.56 до 65 |
18 |
11 |
50…200 |
7 |
4,4 |
|
Св.65 до 75 |
20 |
12 |
56…220 |
7,5 |
4,9 |
|
Св.75 до 85 |
22 |
14 |
63…250 |
9 |
4,9 |
Примечание. Длину шпонки l выбирать из ряда: 14;16;18;20;22;25;28;32; 36;40;45;50;56;63;70;80;90;100;110; 125;140
Рис.92.Шпонки призматические по ГОСТ 23360-78. Материал шпонки сталь 45; пример обозначения шпонки с b=16, h=10, l=63 шпонка 16х10х63, ГОСТ 23360-78
6.4.2. Шлицевые соединения
Шлицевые соединения применяют в качестве неподвижных для постоянного соединения ступицы с валом и подвижных (например, коробки перемены передач).
Наиболее распространены соединения прямобочными шлицами (рис. 93).
В этих соединениях соосное положение соединяемых деталей обеспечивается центрованием по одному из диаметров соединения: наружному D или внутреннему d. При твердости ступицы H < НВ 350 центрирование осуществляют по наружному диаметру D, при твердости ступицы Н > НВ 350 центрируют по d.
|
Z |
d |
D |
B |
SF |
|
10 |
72 |
82 |
12 |
1540 |
|
82 |
92 |
12 |
1740 | |
|
92 |
102 |
14 |
1940 | |
|
102 |
112 |
16 |
2140 | |
|
112 |
125 |
18 |
3260 | |
|
Тяжелая серия | ||||
|
10 |
16 |
20 |
2,5 |
126 |
|
18 |
23 |
3 |
195 | |
|
21 |
26 |
3 |
223 | |
|
23 |
29 |
4 |
312 | |
|
26 |
32 |
4 |
319 | |
|
28 |
35 |
4 |
426 | |
|
32 |
40 |
5 |
576 | |
|
36 |
45 |
5 |
749 | |
|
42 |
52 |
6 |
978 | |
|
46 |
56 |
7 |
1020 | |
|
16 |
52 |
60 |
5 |
1340 |
|
56 |
65 |
5 |
1690 | |
|
62 |
72 |
6 |
2140 | |
|
72 |
82 |
7 |
2460 | |
|
|
82 |
92 |
6 |
3480 |
|
92 |
102 |
7 |
3880 | |
|
102 |
115 |
8 |
3970 | |
|
112 |
125 |
9 |
6520 | |
-
допускаемое
напряжение износа
|
Z |
d |
D |
b |
SF |
| ||||
|
Легкая серия | |||||||||
|
6 |
23 |
28 |
6 |
66 | |||||
|
26 |
30 |
6 |
118 | ||||||
|
28 |
32 |
7 |
126 | ||||||
|
8 |
32 |
36 |
6 |
163 | |||||
|
36 |
40 |
7 |
182 | ||||||
|
42 |
46 |
8 |
211 | ||||||
|
46 |
50 |
9 |
230 | ||||||
|
8 |
52 |
58 |
10 |
440 | |||||
|
56 |
62 |
10 |
742 | ||||||
|
62 |
60 |
12 |
520 | ||||||
|
10 |
72 |
78 |
12 |
750 | |||||
|
82 |
88 |
12 |
850 | ||||||
|
92 |
98 |
14 |
950 | ||||||
|
102 |
108 |
15 |
1050 | ||||||
|
112 |
120 |
18 |
1740 | ||||||
|
Средняя серия | |||||||||
|
6 |
11 |
14 |
3 |
34 | |||||
|
13 |
16 |
3,5 |
39 | ||||||
|
16 |
20 |
4 |
76 | ||||||
|
18 |
22 |
5 |
84 | ||||||
|
21 |
25 |
5 |
97 | ||||||
Рис.93. Cоединения шлицевые прямобочные по ГОСТ 21425-75 и ГОСТ 1139-80: Пример обозначения при z=8 (число шлицев); d=36, D=40, b=7 и центрировании по внутреннему диаметру для соединения: d 8х36 Н7/f7 x 40H12/a11 x 7D9/h9; для втулки соединения: d 8х36Н7x х40Н12 х7D9; для вала соединения: а 8х36f7х40а-11х7h.9
Проверку шлицевых соединений выполняют на смятие рабочих граней шлицев и на износ:
см=
см];
изн=
изн],
где
Т
-
расчетный крутящий момент, Нмм; SF
- удельный суммарный
статический
момент площади рабочих поверхностей
соединения относительно оси вала,
ммз/мм;
(см. рис. 93); l-
рабочая длина соединения, мм; [
см]
- допускаемое напряжение смятия, МПа;
[
см]=
см. табл. 47;n
-коэффициент запаса прочности при
подвижном соединении: n
=1,25
- незакаленные шлицы; n=1,4
- закаленные шлицы; [
изн]
допускаемое напряжение износа.
При неограниченном числе циклов нагружения и работе соединения без износа допускаемые напряжения принимают в зависимости от термообработки шлицев при подвижном соединении:
[
изн]
=0,032 НВ - улучшение;
[
изн]
=0,3 НRС
- закалка;
[
изн]
=0,4 НRС - цементация.
В последнее время все более широкое применение находят эвольвентные шлицевые соединения (рис. 94), отличающиеся технологичностью и высокой нагрузочной способностью.
Центрирование в соединениях с эвольвентным профилем выполняется, как правило, по боковым поверхностям зубьев. Проверку эвольвентных шлицевых соединений проводят по тем же формулам, что и для прямобочных шлицевых соединений.
Значение S F для эвольвентных соединений определяют по формуле
S
F=
,
где
m
-
модуль шлицев, мм (рис.94);
z
-
число зубьев (см.рис.73);
=
1 при центрировании соединения по боковым
поверхностям;
=0,7-0,6
- коэффициент, учитывающий неравномерность
распределения давления в соединении.
|
D |
Модуль m | |||||
|
0,8 |
1,25 |
2 |
3 |
5 |
| |
|
число зубьев z | ||||||
|
10 |
11 |
|
|
|
| |
|
12 |
13 |
|
|
|
| |
|
15 |
17 |
|
|
|
| |
|
17 |
20 |
12 |
|
|
| |
|
20 |
23 |
14 |
|
|
| |
|
25 |
30 |
18 |
|
|
| |
|
30 |
36 |
22 |
|
|
| |
|
35 |
|
26 |
16 |
|
| |
|
40 |
|
30 |
18 |
|
| |
|
45 |
|
34 |
21 |
|
| |
|
50 |
|
38 |
24 |
|
| |
|
55 |
|
|
26 |
17 |
| |
|
60 |
|
|
28 |
18 |
| |
|
65 |
|
|
31 |
20 |
| |
|
70 |
|
|
34 |
22 |
| |
|
75 |
|
|
36 |
24 |
| |
|
80 |
|
|
38 |
25 |
| |
|
85 |
|
|
|
27 |
15 | |
|
90 |
|
|
|
28 |
16 | |
|
95 |
|
|
|
30 |
18 | |
|
100 |
|
|
|
32 |
18 | |
|
110 |
|
|
|
35 |
20 | |
|
120 |
|
|
|
38 |
22 | |
|
|
Рис.
94. Соединение шлицевое
эвольвентное
по ГОСТ 6033-80