37. Соединения типа “вал-ступица”: шпоночные, шлицевые. Общая характеристика и особенности расчета.

Шпоночные соединения

Соединение двух соосных цилиндрических деталей (вала и ступицы) для передачи вращения между ними осуществляется с по­мощью шпонки 1 – специальной детали, закладываемой в пазы со­единяемых вала 2 и ступицы 3

В машиностроении применяют ненапряженные (без нагрузки) со­единения (с помощью призматичес­ких и сегментных шпонок) и на­пряженные соединения (с помощью клиновых шпонок).

концентричной посадки сопрягаемых деталей.

Основным для соединений призматическими шпонками является условный расчет на смятие (упругопластическое сжатие в зоне контакта).

Если принять для упрощения, что напряжения в зоне контак­та распределены равномерно и плечо равнодействующей этих на­пряжений равно 0.5d (где d – диаметр вала), то средние кон­тактные напряжения (напряжения смятия, вызывающие смятие рабо­чих граней)

 

где T – вращающий момент; l_p – рабочая длина шпонки (см. рис. 6.13); t₂=0,4h– глубина врезания шпонки в ступицу; – допускаемое напряжение на смятие.

На практике сечение шпонки подбирают по ГОСТ 23360-78 в зависимости от диаметра вала, а длину l, шпонки назначают на 5-10 мм меньше длины ступицы. Затем по формуле оценива­ют прочность соединения на смятие или вычисляют предельный мо­мент, соответствующий напряжению .

Шлицевые соединения

Шлицевое соединение условно можно рассмат­ривать как многошпоночное, у которого шпонки выполнены как од­но целое с валом. По сравнению со шпоночными соединениями они имеют меньшие радиальные габариты, высокую несущую способность, взаимозаменяемы и обеспечивают хорошее центрирование деталей. Эти преимущества позволяют использовать соединения в условиях массового производства конструкций и при большей частоте вращения валов.

По форме поперечного сечения различают три типа соедине­ний: прямобочные; эвольвентные; треугольные.

Проектирование и расчет соединений. Основные размеры (на­ружный диаметр D и длину l) шлицевого соединения задают при конструировании вала. Длину соединения принимают не более 1.5D; при большей длине существенно возрастает неравномерность распределения нагрузки вдоль зубьев и трудоемкость изготовления.

После проектирования выполняют проверочный расчет зубьев.

Условие прочности по допуска­емым напряжениям смятия имеет вид

 где d_m – средний диаметр соединения; Z – число зубьев; h и l– соответственно высота и длина поверхности контакта зубь­ев; – коэффициент, учитывающий неравномерное распределение нагрузки между зубьями и вдоль зубьев ; – допускаемое напряжение смятия на боковых поверхностях.

37. Соединения типа “вал-ступица”: профильные, штифтовые. Общая характеристика и особенности расчета.

Профильные соединения рас­считывают на смятие. Условие прочности по допускаемым напря­жениям для соединения:

 

где l – длина соединения, обычно l = (1-2)d; b – ширина

прямолинейной части грани; – допускаемое напряжение смя­тия.

Штифтовые соединения

Штифтовое соединение работает на срез и смятие. Условие прочности при срезе радиального штифта;

 

а условие прочности по смятию:

 

где F_t – срезающая сила (осевая или окружная); i – число по­верхностей среза; – площадь штифта при срезе; – площадь поверхности смятия (сжатия); –допускаемое напряжение при срезе; – допускаемое напряжение при смятии.

Срезающая сила при передаче вращающего момента