Лекции / 2

19.11.04 Расчет шпоночных соединений.

1) Призматические шпонки – применяются при любом диаметре вала.

Достоинства: простота конструкции, сравнительно низкая стоимость.

Недостатки: трудность обеспечения взаимозаменяемости из-за пригонки по пазу.

t₁ – глубина паза вала, t₂ – глубина паза ступицы (втулки).

Стандартная шпонка рассчитывается только на смятие.

; []=60-100 (МПа); F_см=Т/(d_в/2); А_см=l_p*(h-t₁); l_p=l-b.

При проектировании шпонки дополнительно выполняется расчет на срез – для не стандартной шпонки.

[]≈0.25[]; F_ср= Т/(d_в/2); А_ср=b*l; l≈L_ст-10мм=(результат округляется по ГОСТ).

2) Сегментные шпонки – применяют при диаметре вала не более 38 мм, т.к. глубокий паз значительно ослабляет вал.

Достоинства: простота конструкции, низкая стоимость, обеспечена взаимозаменяемость.

Недостатки: значительное ослабление вала из-за глубокого паза, поэтому, сегментные шпонки применяются для мало нагруженных передач.

; []=60-100 (МПа); F_см=Т/(d_в/2); А_см=l_p*(h-t₁); l_p=l.

При проектировании шпонки выполняется расчет на срез (аналогично призматическим шпонкам):

[]≈0.25[]; F_ср= Т/(d_в/2); А_ср=b*l; l≈L_ст-10мм=(результат округляется по ГОСТ).

3) Цилиндрические шпонки – используются для закрепления детали на конце вала.

Достоинства: простота конструкции, низкая стоимость, удобство сборки соединения.

Недостатки: эту шпонку можно установить только на концевых участках вала.

Все стандартные шпонки рассчитываются на смятие.

; F_см=Т/(d_в/2); А_см=0,4d*l.

Проектный расчет на срез: F_ср= Т/(d_в/2).

4) Клиновые шпонки – применяются при больших динамических или ударных нагрузках.

Достоинства: простота сборки, выдерживает большие осевые усилия.

Недостатки: возможность применения только в тихоходных передачах при низкой точности, т.к. нарушено центрирование вала, что вызывает виение и перекос вала.

Расчет см. в справочнике.

1. Шлицевые шпонки – эти соединения как бы многошпоночные, но шпонки выполнены заодно с валом и называются шлицами или зубьями.

По сравнению со шпоночными, они обладают следующими преимуществами: лучшим центрированием на валу, большей нагрузочной способностью, надежностью.

В зависимости от профиля зубьев соединения бывают:

1. Прямобочные:

2. Эвольвентные:

3. Треугольные: только для тонкостенных втулок.

Размеры шлицевых соединений стандартизированы.

d - диаметр впадин шлицевого соединения;

D – диаметр выступов зубьев;

d_ср – средний диаметр шлицевого соединения;

b – ширина зуба;

h – высота зуба;

z – количество зубьев;

l_шл – длина шлицевого соединения,

l_шл­­=L_ст≈L_муфты / 2.

Расчет шлицевых соединений.

, ;

А_см=h*l_мм*z*φ; φ=0,7÷0,8 – коэф. неравномерности нагрузки по шлицам.

6) Штифтовые соединения: применяются для соединения элементов передач с валом и выполняют роль предохранителя от превышения крутящего момента.

Виды штифтов:

1. Цилиндрические (гладкие)	2. Цилиндрические с насеченными канавками	3. Конические (гладкие)

Для конических штифтов:

Смятие:

,

Заклепочное соединение.

В этом неразъемном соединении скрепляющим элементом является клепка, представляющая собой цилиндрический стержень с головкой, называемой закладной, вторая – образуется во время клепки и называется замыкающей. Заклепки применяются для соединения деталей из легких сплавов (например: дюралюминий), т.е. с пониженной надежностью сварки или возможностью применения сварки по конструктивным или технологичным соображениям, например, материалов, не поддающихся сварки, или материалов, которые нельзя нагревать.

Виды заклепочных соединений:

1. По количеству рядов: одно и многорядные.

2. По конструктивному исполнению:

а) внахлестку	б) встык с одной накладной	в) встык с 2-мя накладками
рис.1	δн=δ - рекомендуется	δн=δ/2 - рекомендуется

Параметры заклепочных соединений.

На примере рис.1.

d - диаметр стержня заклепки;

t – расстояние между центрами заклепок;

e – расстояние от края листа до заклепки.

t=(3÷6)*d, e=(1.5÷2)*d - рекомендуется,

z – количество заклепок в одном ряду в одну сторону от стыка.

Расчет заклепочных соединений.

1) На смятие плоскостей контакта: (см. рис.1)

A_см=δ_min*d*z*n,

n-число рядов.

2) На срез заклепок:

A­_ср=, i-количество плоскостей среза.

3) На разрыв листа по линии заклепок:

A_р=(t-d)*δ_min*z*n.

4) Выкалывание или срез кромки листа:

A_ср.кр.=(e-d/2)*δ_min.

4. Муфты

Муфты – это устройства для соединения валов между собой.

Муфты подбирают по ГОСТ по диаметру соединяемых валов и расчетному крутящему моментов.

T_p=k­_p*T_ном , k­_p – коэффициент режима работы, зависит от условий работы муфты (величина табличная).

Муфты бывают: постоянные (фланцевые и втулочные) и управляемые (или сцепные) (кулачковые, фрикционные и др.).

1. Втулочные муфты.

Муфты представляют собой втулку, которая соединяется с валом шпонками, штифтами, шлицами.

Достоинства втулочной муфты: простота конструкции, низкая стоимость, небольшие габариты.

Недостатки: трудность сборки и разборки, необходимость очень точного совмещения осей валов.

Расчет втулочной муфты.

1) Муфту рассчитывают на кручение:

, [τ_кр]=25 МПа (для стали).

.

2) Соединение муфты с валом проверяют на прочность.

Шпонка, шлицы – на смятие, штифты - на срез.

F_см или F_ср; ; .

2. Фланцевые муфты.

Фланцевые муфты состоят из 2-х полумуфт, каждая из которых насаживается на вал с натягом, затем по всему диаметру муфты скрепляются болтами.

Рис. 1

Достоинства: надежное соединение валов; простота конструкции; невысокая стоимость; простота сборки и разборки соединения, по сравнению с втулочным соединением.

Недостатки: строгое центрирование валов, относительно большие габариты по диаметру.

Расчет фланцевых муфт.

1) Болты проверяют на прочность (см. рис. 1).

d – диаметр вала;

D₀ – диаметр расположения центров болтов;

D_ст – диаметр ступицы;

в – толщина соединяемых деталей;

L – длина муфты;

z – количество болтов;

M… - маркировка болтов;

.

2) Рассчитывается соединение вала на прочность (шпонки, штифты, шлицы).