МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет автоматики и электромеханики

Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

КУРСОВАЯ РАБОТА

по компьютерной графике

на тему: «Шпоночные соединения»

Выполнил: Старцев Дмитрий

Группа: ЭМ-111

Проверил: Белозоров С.А.

Оценка

Воронеж 2012

Содержание

Введение 5

1 Конструктивные особенности шпоночных соединений. 6

1.1 Общие сведения о шпоночном соединении. 6

1.2 Разновидности шпоночных соединений. 7

1.3 Нанесение размеров на чертежах шпоночных соединений 17

2 Практическая часть задания. Описание выполнения практической части задания 19

Заключение 24

Список литературы 25

Замечания руководителя

Введение

Данная курсовая работа имеет цель ознакомления с основными видами разъемных соединений, такого как соединения шпонкой. Данная курсовая работа позволяет подробно ознакомиться с видами шпонок и шпоночных соединения, а так же с методикой начертание шпоночного соединения в программе КОМПАС.

1 Конструктивные особенности шпоночных соединений.

1.1 Общие сведения о шпоночном соединении.

Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки и др.). Шпонка – деталь, устанавливаемая в разъём двух соединяемых деталей и препятствующая их взаимному перемещению. Шпонка представляет собой стальной брус, устанавливаемый в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей. Основные типы шпонок стандартизованы. Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковым или концевыми фрезами, в ступицах протягиванием.

Достоинства шпоночных соединений - простота конструкции и сравнительная легкость монтажа и демонтажа, вследствие чего их широко применяют во всех отраслях машиностроения.

Недостаток - шпоночные пазы ослабляют вал и ступицу насаживаемой на вал детали. Ослабление вала обусловлено не только уменьшением его сечения, но главное, значительной концентрацией напряжений изгиба и кручения, вызываемой шпоночным пазом. Шпоночное соединение трудоемко в изготовлении: при изготовлении паза концевой фрезой требуется ручная пригонка шпонки по пазу; при изготовлении паза дисковой фрезой крепление шпонки в пазу винтами (от возможных осевых смещений).

Различают два основных способа передачи крутящего момента – жесткий и фрикционный. При первом способе крутящий момент передается жесткими элементами, работающими на срез, изгиб или смятие; при втором – силами трения, возбуждаемыми на цилиндрических, конических или торцовых поверхностях вала.

Главные виды жестких соединений: шпо­ночные (рисунок 1) , шлицевые, призматические, профильные, штифтовые, фланцевые.

Рисунок 1 –Передача крутящего момента

К фрикционным относятся соединения: с на­тягом, конусные, с пру­жинными затяжными кольцами, клеммные.

Применяют также сочетание обоих спосо­бов. Нагружаемость жестких соединений уве­личивают введением трения путем осевой или радиально-осевой затяжки.

Для страховки от провертывания, а также для фиксации деталей в определенном угловом положении в фрикционные соединения вводят жесткие элементы, например шпонки (рисунок 2).

Рисунок 2 – Передача крутящего момента

1.2 Разновидности шпоночных соединений.

Шпонки используют в малонагруженных со­единениях, преимущественно в изделиях мел­косерийного производства. Недостатки шпо­ночных соединений: малая несущая способ­ность; ослабление валов шпоночными пазами; концентрация напряжений из-за неблагоприят­ной формы шпоночных пазов; низкая техноло­гичность.

Особенно резко шпонки ослабляют полые валы, у которых отношение диаметра отвер­стия к диаметру вала (d/D >0,6). Применение силовых шпонок на таких валах почти исклю­чается.

В крупносерийном и массовом производстве в ответственных соединениях, нагруженных большими крутящими моментами, работаю­щих при циклической нагрузке, шпоночные со­единения уступили место более совершенным шлицевым соединениям. Различают напряженные шпоночные соеди­нения (клиновые и тангенциальные шпонки) и ненапряженные (призмати­ческие и сегментные шпонки).

1.2.1 Клиновые шпонки.

Клиновые шпонки выполняют по ГОСТ 24068 – 80 четырех исполнений: исполнение 1 - с го­ловкой (рис. 3, а), исполнение 2-е закругленными торцами (рис. 3,б), исполнение 3-е плоскими тор­цами (рис. 3, в) и исполнение 4 —с одним закру­гленным и другим плоским торцом.

Рисунок 3 –Типы клиновых шпонок

Верхнюю грань шпонки делают с уклоном 1:100 (α - 0̊ 35'). Натяг между валом и ступицей создают путем забивания шпонки (рис. 4, а) или затяжки ступицы гайкой на шпонку, зафиксированную на ва­лу в осевом направлении (вид, б).

Забивные шпонки с головками (вид, в) применяют преимущественно в концевых установках.

Рисунок 4 – Установка клиновых шпонок

На рисунке 5 представлены способы устранения не­допустимого по технике безопасности выступания головок на торцах вращающихся валов.

Рисунок 5 – Установка забивных шпонок с головками

Наряду с установкой в пазу применяют установку клиновых шпонок на лысках (рисунок 6, а).

Фрикционные клиновые шпонки (виды б, в) устанавливают на гладком валу. Крутящий момент передается трением, возникающим между валом и шпонкой при затяжке.

Рисунок 6 – Клиновые шпонки

Тангенциальные нормальные и уси­ленные шпонки (рис. 7, ГОСТ 24069 - 80, ГОСТ 24070—80) состоят из двух клиньев (с боковы­ми односторонними скосами), забиваемых в паз, образованный угловыми уступами на валу и в ступи­це. Тангенциальные клиновые шпонки применяют только в попарной установке под углом между парными шпонками 120°.

Клиновые шпонки в настоящее время применяют редко, только на валах большого диаметра, в соеди­нениях, не требующих точного центрирования. Ос­новные их недостатки: децентрирование ступицы под действием одностороннего натяга; возникнове­ние высоких напряжений в ступице при натяге; воз­можность перетяжки соединения; затруднительность демонтажа.

Рисунок 7 – Тангенциальные шпонки.

1.2.2 Призматические шпонки

Наиболее распространены призматиче­ские шпонки, устанавливаемые в пазу ва­ла по посадкам с натягом Р9/h9 (врезные шпонки) или по посадке (закладные шпонки). Шпонки входят в паз ступицы так, что между верхней гранью шпон­ки и днищем паза оставляют зазор (рис 8,а).

Рекомендуются следующие посадки по бо­ковым граням паза ступицы: с зазором (Н9/h9 — для центрирующих соединений;D/h9 — подвижных соединений) или пере­ходные и с натягом (J/h9, N9/h9, Р9/h9 для циклически нагруженных соединений).

Ступицы сажают на вал обычно по посадке Н7/h6; в соединениях, подвергающихся цикли­ческим нагрузкам; предпочтительны посадки Н7/j6, Н7/k6, Н7/n6, Н7/m6, Н7/р6.

Действующий на соединение крутящий мо­мент вызывает напряжения среза в теле шпон­ки и напряжения смятия на боковых гранях шпонки (вид, а). Преобладающее значение для прочности и устойчивости соединения имеет изгибающий момент М_изг, стремящийся вы­вернуть шпонку из паза вала.

Для увеличения прочности заделки целесоо­бразно применять посадку Р9/h9 в вале и уве­личивать глубину установки шпонки в вал (вид, б). Шпонки ширинойb> 10 мм крепят в пазу вала винтами с прорезной головкой (вид, в) или винтами с внутренним шестигран­ником. Для повышения сопротивления усталости вала на участке, ослабленном шпоночным па­зом, применяют обчеканку шпонок по контуру (виды: г, д).

Рабочие грани пазов ступицы и вала обра­батывают в рядовых соединениях до параме­тра шероховатости Rа = 3,2 мкм, в ответ­ственных - доRа =2,5 мкм, днища пазов — доRa- 6,3 мкм.

Рисунок 8 – Установка призматических шпонок

Пазы в ступице выполняют долблением или протягиванием однощлицевой протяжкой, на валу — фрезерованием пальцевой (рисунок 9, а) или дисковой (рисунок 9,б) фрезой. Фрезерова­ние дисковой фрезой производительнее и обес­печивает более высокую точность и малую шероховатость боковых граней паза.

Рисунок 9 – Схема обработки шпоночных пазов

Однако при этом способе увеличиваются осевые раз­меры шпоночного соединения, особенно в со­единениях с упорными буртиками (рисунок 10, а. б), а при заданных габаритах сокращается длина шпонки. Кроме того, необходи­ма фиксация шпонки в осевом направлении. Наиболее распостранён способ фрезерова­ния пальцевыми фрезами.

Рисунок 10 – Установка шпонок в пазах

Во избежание пригонки торцов шпонок дли­ну lпаза делают на 0,5—1 мм больше длиныlшпонки (рис. 11, а).

Пазы не доводят до ближайших ступенек на расстояние s=2÷3 мм для валов диаме­тром менее 30 мм, а для валов большего диа­метра - на 4-5 мм. Врезание пазов в сту­пеньку увеличивает концентрацию напряже­ний. В концевых установках величину (рис. 11) принимают на 1-2 мм больше 5 с целью увеличения прочности перемычки.

Диаметр резьбы D_р(рис. 11,6), как обычно в ступичных соединениях, делают на 0,5 -2 мм меньше диаметраDвала.

Рисунок 11 – Установка шпонок в закрытых пазах

Высоту aупорной ступеньки, учитывая, что упор происходит почти но полной кольцевой поверхности, достаточно делать равной2-4мм.

В концевых установках целесообразно про­резать шпоночный паз на выход в горец вала (рис. 12). При этом сокращаются осевые габа­риты соединения и увеличивается рабочая дли­на шпонки, особенно если хотя бы один торец шпонки плоский.

В затяжных соединениях шпонку фиксируют в осевом направлении шайбой и гайкой (вид, а).

Неизбежное в затяжных конструкциях прорезание резьбы шпоночным пазом не сказы­вается отрицательно на работе резьбы. Паз в резьбе обычно используют под отгибную лапку стопорной шайбы т. Необходимо только, чтобы расстояние е между днищем паза и вну­тренним диаметром резьбы (вид, б) было до­статочно для размещения лапки.

Рисунок 12 – Установка шпонок в пазах с выходом на торец вала

1.2.3 Направляющие шпонки.

Призматические шпонки с креплением на вале по ГОСТ 8790 - 79 (рис. 13) применяют для направления деталей, перемещаемых на валу с передачей крутящего момента. Причем могут быть использованы различные исполне­ния шпонок (1-3). Размеры сечения шпонок устанавливают по таблице.

Рисунок 13 – Направляющие шпонки

Во многих случаях оказывается более вы­годным крепить шпонку в ступице (рис. 14), а на валу проделывать паз (скользящие сборные шпонки по ГОСТ 12208 — 66).

Крепление шпонки на винтах (виды д, б) не всегда осуществимо по конструктивным усло­виям. В таких случаях применяют зак­ладные шпонки (виды в,г). При легких нагрузках и при отсутствии нагрузок, когда требуется только фиксация углового положе­ния перемещаемой детали на валу, ограничи­ваются установкой на ступице закладных на­правляющих штифтов (вид, д).

Рисунок 14– Скользящие шпонки

1.2.4 Сегментные шпонки

Сегментные шпонки, или шпонки Вудруфа, обладают некоторыми техно­логическими преимуществами по сравнению с призматическими шпонками. Пазы на валах обрабатываются дисковыми фрезами с большей производительностью и точностью, чем для призматических шпонок. Шпон­ки изготовляют из чистотянутых сег­ментных профилей, а в мелкосерийном про­изводстве — из цилиндрического проката с разрезанием на сегменты. Демонтаж шпонок несложен и осуществляется легким ударом по концу шпонки.

Крепление шпонок на валу устойчивее вследствие большей глубины врезания. Одна­ко сегментные шпонки значительно ослабляют валы (особенно полые). Это обстоятельство наряду с малой длиной шпонок, обусловли­вающей повышенные напряжения смятия на рабочих гранях шпонок, ограничивает приме­нение сегментных шпонок областью мало нагруженных соединений. Сегментные шпонки, за редким исключением, устанавливают толь­ко в массивных валах.

Посадки по боковым граням для сег­ментных шпонок такие же, как для призмати­ческих.

Диаметр сегментных шпонок выполняют по h12. Диаметр отверстий под шпонку на ва­лу выполняют с положительным отклонением в плюс от номинального значения не более 0,8d₁.

Фаски с (или радиус r) по контуру шпонки делают равными 0,2 — 0,3 мм. Длинуlшпонки определяют но формуле и для стандартных шпонок она равна (0,92-0,98)d₁.

Рисунок 15. Установка сегментных шпонок

Условное обозначение шпонки состоит из размеров b×hи номера ГОСТа. Например, шпонка исполнения 1 сечениемb×h= 4 ×6,5 мм. Шпонка 1-4x6,5 ГОСТ 24071 -80. То же исполнения 2 сечениемb×h. = 4x5,2 (h₁= 0,8h). Шпонка 2-4x5,2 ГОСТ 24071 -80. Примеры установки сегментных шпонок приведены на рис.15, а - в (цилиндрические валы) и рис. 15 г - д (конусные валы).

С помощью сегментных шпонок можно создать упор для затяжки ступиц на цилиндрическом валу (виды б, в) при небольшой рабочей осевой силе.