Лекции по детали машин / Лекция 13

Лекция № 13 (2 часа)

Шпоночные и зубчатые (шлицевые) соединения

План лекции:

1. Шпоночные соединения: основные виды, особенности конструкций, расчет на прочность ненапряженного соединения с призматической шпонкой.

2. Зубчатые (шлицевые) соединения: классификация, особенность конструкции, расчеты на прочность и износостойкость.

1. Шпоночные соединения – это соединения типа «вал – ступица», где крутящий момент с одной детали на другую передается через специальный элемент – шпониз.

Основные виды шпонок: клиновые и призматические.

Основные виды шпоночных соединений:

• Напряженные с клиновыми шпонками;

• Ненапряженные с призматическими шпонками.

Особенности конструкций

• Соединения с клиновыми шпонками характеризуются свободной посадкой (с зазором) и расположением шпонки в вале с зазором по боковым граням. Момент от вала предается в основном силами трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки.

Рис.1

В связи с рядом недостатков конструкции, негативно влияющих на работу соединения, как например возможный перенос детали при больших частотах вращения из – за типа соединения значительно сокращается и далее не рассматривается.

• Наиболее распространены из – за простоты конструкции и дешевизны. Соединения с призматическими шпонками ненапряженные. Они требуют большой точности изготовления вала и отсутствия в ступице детали, так как часто здесь используется посадка с натягом. Момент передается с вала на ступицу боковыми гранями шпонки. При этом в ней возникает смятие и срез .

Рис. 2

Тогда проверочный расчет на прочность соединения сводится к проверке прочности шпонки по и .

Для стандартных шпонок расчет ведется лишь по первой формуле, так как их размеры по ГОСТ обеспечивают большую прочность по , чем, по .

При проведении проектного расчета этого вида соединений из справочных таблиц ГОСТа 23360-78 для известного диаметра вала d определяют размеры шпонки b и h. Затем ее длины рассчитываются как:

.

Разновидностями призматических шкивов являются сегментные и цилиндрические, прочность которых рассчитывается по формулам:

Рис. 3

Во всех приведенных зависимостях - допускаемые напряжения смятия, которые составляют:

Для неподвижных соединений 80…150МПа;

Для подвижных соединений 20…30МПа.

Шлицевые соединения – это соединения типа «вал – ступица», в котором момент с вала на ступицу передается через шлица (зубья), т.е. продольные выступы соответствующие ступицы и наоборот.

Все размеры зубчатых соединений, а также допуски на них стандартизованы.

По форме профили шлицов в поперечном сечении различают три типа шлицевых соединений:

- С прямообычными шлицами (рис. 4);

- С эвольвентными шлицами (рис. 5);

- С треугольными шлицами (распространены в основном в приборостроении, нестандартизированы и далее не рассматриваются).

Рис. 4 Рис. 5

Основные данные по названным двум видам шлицевых соединений:

Определяются при известном d по ГОСТ 1139-80	Определяются при известном d по ГОСТ 6033-80
Центрируются: По боковым граням; По D; По d.	Центрируются: По боковым граням шлицов; По D.

Прочность по напряжением смятия равных (боковых) поверхностей зубьев и их коррозийно – механическая износостойкость.

Проверочный расчет на прочность по напряжениям смятия ведется в соответствие с:

,

или

,

где

удельный суммарный статический момент площади рабочих поверхностей щлицов; - зависит от подвижности соединения, условий эксплуатации, твердости зубьев.

Проверочный расчет на износостойкость шлицов выполняют условие:

,

где - условное допускаемое напряжение.

- коэффициент числа зубьев соединения за полный срок службы.

N=60*t*n – число оборотов за время t, n – частота вращения вала.

- коэффициент режима;

- коэффициент осевой подвижности, для неподвижного соединения, для подвижного без нагрузки и с нагрузкой;

- коэффициент условной смазки подвижных соединений.

При проектных расчетах шлицевых соединений:

Задаются их типом;

По справочным таблицам соответствующих ГОСТов определяют стандартизованные параметры в зависимости от d (вала) или m и z (для эвольвентных шлицов) в зависимости от D (вала);

Рассчитывают значения и h;

Из формулы определяет l для заданного T, как

Проводится проверка на изнашивание.