экзамен дм / Лекции / Шпоночные, шлицевые и штифтовые соединения

Глава 12

6. ШПОНОЧНЫЕ, ШТИФТОВЫЕ И ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

6.1. Общие сведения

Объекты заданий - шпоночные соединения с призматической шпонкой, шлицевые соединения с прямоточными и эвольвентными шлицами, штифтовые соединения. Шлицевые и шпоночные соединения используют для передачи крутящего (вращающего) момента Т не только в неподвижных, но и в подвижных соединениях (там, где есть перемещение детали вдоль оси вала).

В том случае, когда диаметр вала d не задан, его определяют из расчета на кручение

откуда

где Т - крутящий момент, Н * м; [τ]_кр - допускаемое касательное напряжение кручения, МПа; принимают [τ]_кр = 25...30МПа.

6.2. Соединения с призматическими шпонками

Соединения с призматическими шпонками (рис. 6.1) стандартизовали (ГОСТ 23360-78) [4]. Каждому диаметру вала d соответствуют определенные размеры шпонки b и h . Глубину к врезания шпонки в ступицу принимают:

к = 0,43 * h при d < 40 мм,

к = 0,47 * h при d ≥ 40 мм.

При стандартизации размеры соединения назначены таким образом, чтобы нагрузочную способность соединения ограничивали напряжения смятия σ_см на боковых гранях шпонки. В проектном расчете находят требуемую рабочую длину шпонки l, в проверочном расчете проверяют достаточность этой длины.

В расчете распределение σ_СМ условно полагают равномерным. Согласно условию

находят

Допускаемое напряжение [σ]_СМ, назначают по табл. 6.1.

Полная длина шпонки L при округленных концах (см. рис. 6.1)

L = l_P + b

Длину L округляют до значения - по ГОСТ 23360-78 [4]. Изготавливают шпонки из чистотянутой стали 45 или стали Ст6 (возможно применение иных сталей с σ ≥ 600 МПа).

Таблица 6.1

Значения допускаемых напряжений [σ]_СМ, Мпа, для расчета соединений при средних условиях работы*

* [σ]_см шпоночного соединения определяют в долях от предела текучести σ_т наименее прочной детали соединения при наличии уточненных данных о режиме нагрухения, отличающемся от среднего (перегрузки, реверс нагрузки в т.п.) [I, 2, 3]. [σ]_СМ шлицевого соединения при известных условиях эксплуатации (тяжелых: удары или плохие условия смазки; средних, хороших см. [1, 2, 3]).

** Вал тоже закален.

6.3. Штифтовые соединения

Для передач нагрузок исподьзуют гладкие цилиндрические штифты по ГОСТ 3128-70 и конические в соответствии с ГОСТ 3129-70, 9464-79, 9465-79 [4] . Штифты изготавливает из стали 45 или А12 (рис. 6.2).

Опасными (как и для болтов, поставленных без зазора, см. п. 3.2; 3,7) являются напряжения среза τ_СР для штифтов и смятия σ_СМ для штифтов и стенок отверстия.

Условия прочности:

на срез

на смятие

где F - сила, действующая на один штифт; i - число плоскостей среза; A_СР - площадь штифта в месте среза; А_см площадь проекции поверхности смятия на направление, перпендикулярное к действующей саде.

Зависимости (6.3) получены в предположении равномерного распределения напряжений τ_СР и σ_СМ . Фактически максимальное напряжение смятия σ_{СМ MAX} больше получаемого по (6.3) в 4 / π раз (см. рис. 6.2) [1].

Допускамые напряжения [τ]_СР и [σ]_СР определяют по табл. 3.4.

Для соединения, показанного на рис. 6.2, число штифтов z_Ш = 3, i = 1.

На рис. 6.2 с увеличением показано фактическое распределение напряжений смятия.

F = 2 * T * 10³ / (d * z_Ш),

A = l_ш * d_ш, A = l_ш * d_ш / 2

6.4. Шлицевые соединения

Соединения с прямобочными (рис. 6.З а) и эвольвентными (рис. 6.3 б, в) шлицами стандартизованы (ГОСТ 1139-80 и ГОСТ 6033-60 соответственно [4]). Входящие в обозначение прямобочного шлицевого соединения размеры записывают в такой последовательности: z * d * D * b, где z - число шлицев (зубьев), аналогично для эвольвентного соединения – D * m, где D - номинальный диаметр соединения, m - модуль.

В шлицевых соединениях (даже неподвижных в осевом направлении) имеет место микроскольжение, приводящее к изнашиванию, поэтому уточненный расчет соединения нужно проводить на ограничение величины износа [1, 2, 3, 7].

Упрощенный расчет проводят по напряжениям смятия σ_СМ, принимая допустимые напряжения [σ]_СМ заниженными (см. табл. 6.1). Определяют необходимую длину соединения l из условия

где d_m - средний диаметр; z - число шлицев (зубьев);

h - высота рабочей поверхности шлица. Параметры d_m и h находят по табл. 6.2, где с – фаска шлица, m - модуль эвольвентного шлицевого соединения.

Таблица 6.2 Параметры шлипевнх ооединений

Наиденную в проектном расчете длину шлицевого соединения после отработки конструкции необходимо проверить, проводя расчет на изнашивание (см. [I, 2, 3]).

Длина ступицы l_СТ детали, размещенной на валу, должна. быть не менее длины шпонки или шлицев, Еслл для шпоночного соединения получено l_СТ > 1,5 вала, то целесообразно перейти на пшщевое соединение или соединение с натягом.

6.5. Пример расчета шпоночного у. шалевого соединений

Колесо выполнено из улучшенной стали 45, соединение должно передавать крутящий момент Т = 250 Н * м.

Определить диаметр вала d длину ступицы l_СТ для двух вариантов соединения колеса с валом (рис. 6.4):

а) шоночное соединение с призматической шпонкой (см. рис. 6.1 и 6.4);

б) шлицевое соединение с прямобочными шлицами (см. рис. 6.З а и 6.4).

1. Диаметр вала из расчета на кручение /см. (6.1)/

Допускаемые касательные наяряжения кручения [τ]_кр принимаем равными 25 МПа ([τ]_КР = 25...30 МПа). Тогда

Принимаем d = 40 мм (см. табл. 1.1, ряд Ra40).

2. Размеры шпонки для диаметра вала d = 40 мм в соответствии с ГОСТ 23330-78 [4 . Ширина шпонки b = 12 мм. Высота шпонки Н = в мм.

3. Глубина врезания шпонки в ступицу

к = 0,47 * h = 0,47 * 8 = 3,76 мм .

4. Рабочая длина шпонки l_р из расчета по напряжениям смятия (6.2):

l_Р ≥ 2 * 250 * 10³ / 40 * 3,76 * 130 = 25,57 мм.

Принимаем допускаемое напряжение смятия [σ]_СМ = 130 МПа (см. табл. 6.1), ступала - стальная улучшенная. Тогда

l_Р ≥ 2 * 250 * 10³ / 40 * 3,76 * 130 = 25,57 мм

5. Полная длина шпонки L = l_Р + b = 25,57 + 12 = 57,57 мм. Принимаем L = 40 мм по ГОСТ 23360-78 [4] .

6. Длина ступицы для соединения колеса с валом с помощью шпонки

l_СТ = L + 8 ...10 мм = 40 + 8...10 = 48 ...50 мм.

Принимаем l_СТ = 48 мм (см. табл. 1.1, ряд Ra40).

7. Размеры прямобочных шлицев по ГОСТ 1139-80 [4].

Ориентируемся на соединение легкой серии. Внутренний диаметр шлицев должен быть больше или близок найденному диаметру вала.

Назначаем соединение 8х36х40х7.

Число шлицев z = 6, внутренний диаметр d = 36 мм, наружный диаметр D = 40 мм, ширина шлица b = 7 мм, размер фаски с = 0,4 мм.

8. Высота рабочей поверхности шлица h и средний диаметр шлицев d_m (см. табл. 6.2)

h = (D – d) /2 – 2 * c = (40 - 36) / 2 – 2 * 0,4 = 1,2 мм,

d = (D + d) /2 = 40 + 36 / 2 = 38 мм.

9. Длина соединения из расчета по напряжениям смятия /см. (6.4)/

l ≥ 2 * T * 10³ / 38 * 8 * 1,2 * 60 = 22,84 мм.

Принимаем допускаемые напряжения смятия l_ст = 24 мм (см. табл. 1.1. ряд Ra40).

10. Длина ступицы для соединения колеса с валом с помощью шлицев l_СТ = l + 3...5 мм = 24 + 3...5 мм = 27...29 мм .

Принимаем длину соединения l_СТ = 28 мм (см. табл. 1.1, ряд Ra40).

О КАФЕДРЕ  • КУРС ОКДМ  •  КОНТРОЛЬ ПО ОКДМ  • КУРС ТНУ  •  КОТРОЛЬ ПО ТНУ  •  СПРАВОЧНИК