Після визначення всіх коефіцієнтів, обчислення параметрів циклічних напружень розраховують коефіцієнт запасу n і порівнюють з допустимим

[n]=1,5…2,5. Часто до вала висувають підвищені вимоги по жорсткості. До таких валів відносяться, наприклад, вали коробок швидкостей, вали швидкісних ступенів редукторів. В таких випадках [n]≥2,5…3.

4.3. Розрахунок сполучень вал-маточина

Сполучення вал-маточина зубчастих і черв’ячних колес відноситься до з’єднань деталей, які охоплюють одна óдну. При встановленні колес на валах необхідно забезпечити надійне базування колеса на валу і передачу крутильного моменту від колеса до вала або від вала до колеса. Тому в цьому розділі розглядаються шпонкові та шліцьові з’єднання.

5.РОЗРАХУНОК ШПОНКОВОГО З'ЄДНАННЯ

Вбільшості випадків в редукторах для кріплення колес і муфт на валах застосовують ненапружені призматичні шпонки (на Рисунку

5.1показано частину вала зі шпонкою). Шпонка перешкоджає відносному повороту або пересуванню сполучених деталей, при цьому передає крутний момент від вала до маточини або навпаки. Матеріал шпонок – сталь 45 або

36

Призматичні шпонки мають прямокутний переріз з висотою h і шириною b зі співвідношенням h / b=1:1 для валів малих діаметрів до h / b=1:2 для валів великих діаметрів. Кінці шпонок можуть бути округленими (Рисунок 5.3, а), або плоскими (Рисунок 5.3, б). Робочими у призматичної шпонки є бокові, більш вузькі грані. Шпонку врізають у вал на глибину t1 (шпонковий паз у валу), та у маточину на глибину t2 (шпон-

ковий паз у маточині). Між верхньою горизонтальною поверхнею шпонки та поверхнею маточини є зазор, чим і пояснюється t1 +t2 > h (Рисунок

5.2).

Основним розрахунком для призматичних шпонок є умовний розрахунок на зминання у припущенні рівномірного розподілу тиску по поверхні кон-

такту бокових граней шпонки з валом та маточиною. Напруження σЗΜ в

шпонковому з′єднанні на вихідному валу визначаються за формулою (замість загального позначення для діаметра вала d у формулах використовується позначення діаметра вихідного вала під зубчастим колесом

- dΚΒ)

Перевірочним додатковим розрахунком є визначення напружень зрізу τЗΡ в горизонтальній площині, що розділяє вал і маточину.

37

В наведених формулах (5.1) та (5.2) T3 - крутильний момент, що передається з′єднанням, Н м; lΡ - робоча довжина шпонки, мм, яка для шпонки з закругленими кінцями lΡ = l −b, а з плоскими lΡ = l (l - довжина

шпонки). Довжина шпонки залежить від довжини маточини, як правило, її приймають на 5...10 мм менше.

Допустимі напруження в непорушних шпонкових з′єднаннях загального машинобудування при спокійному навантаженні пропонується приймати:

на зминання при сталевій маточини [σСΜ ]=80…150 МПа; на зріз - [τСΡ ]=60…90 МПа. Ці допустимі значення знижуються при роботі зі сла-

бкими поштовхами на 1/3, а при ударному навантаженні – на 2/3. Шпонки всіх основних типів стандартизовані й їхні розміри обирають за ГОСТ 23360-78 [16].

38

6. РОЗРАХУНОК ШЛІЦЬОВОГО З'ЄДНАННЯ

Рисунок 6.1.

Шліцьові з′єднання у порівнянні зі шпонковими мають більш високу навантажувальну здатність, створюють меншу концентрацію напружень у валах, тому забезпечують більш високу витривалість останніх, створюють краще центрування деталей на валах, більш зручні для масового та серійного виробництва. Тому шліцьові з′єднання можна розглядати як певну альтернативу шпонковим. Шліцьові з’єднання виконують з прямобічним (Рисунок 6.1, а), евольвентним (Рисунок 6.1, б) та трикутним (Рисунок 6.1, в) профілем. Для важко навантажених з’єднань найбільш поширені прямобічні з′єднання.

Для КВП пожежного автомобіля застосовують шліцьовий вал з прямобічним профілем, для якого разом із втулкою на Рисунку 6.2 показано перерізи та зовнішній вигляд.

За номінальний діаметр сполучення приймають його зовнішній діаметр, залежно від якого визначають розміри шліцьового з’єднання за ГОСТ 1139-80 [14].

Шліцьові з’єднання виходять з ладу внаслідок пошкодження робочих поверхонь зуб’їв: зминання, зносу, фреттінг-корозії, заїдання та внаслідок зламу шліцьових валів і зуб’їв. Зминання та знос в цьому випадку

пов’язані з одним параметром – напруженням зминання σЗΜ . Це дозволяє розглядати σЗΜ як узагальнений критерій розрахунку на зминання

та на знос. Такий розрахунок називається спрощеним розрахунком за узагальненим критерієм.

39

Рисунок 6.2.

Рисунок 6.3.

40

Розрахунок шліцьового з′єднання виконують як перевірочний (по напруженнях) зминання за формулою (відповідні позначення наведені на Рисунку 6.3)

де T3 - крутильний момент, що передається з′єднанням, Н мм; dCΡ - се-

редній діаметр шліцьового з′єднання, dCΡ = D 2+ d , мм; D - зовнішній

ψ =0,7...0,8. За умов використання змінних у вказаних розмінностях напруження σЗΜ має розмірність МПа.

Розміри та кількість зубів шліцьових з′єднань стандартизовані, визначаються за Таблицею 6.1.

41