05 семестр / Книги и методические указания / Петров Соединения вал-ступица

11

1.6. Соединения клиновыми шпонками

Их размеры регламентированы ГОСТ 24068-80.

Клиновые шпонки работают верхней и нижней гранями. При нагружении вращающим моментом на вал со стороны ступицы и шпонки действуют реакции Fn, силы трения FТ= Fn ƒ. Вращающий момент передается за счет сил трения и эффекта защемления шпонки. Из условия равновесия вала

Т = Fn b6 + FT d2 + FT d 2− h = Fn (b6 + fd)

Здесь принято d-h≈d. Нормальная реакция ограничивается напряжением смятия на рабочих гранях шпонки Fn ≤ 0,5b l p [σ]см .

Тогда формула поверочного расчета запишется в виде

где Т – в Нм; размеры b, lp, d – в мм; коэффициент трения ƒ=0,12…0,18.

12

1.7. Соединения тангенциальными шпонками

Их размеры регламентированы ГОСТ 24069-80 и ГОСТ 24070-80.

Здесь применяется две пары шпонок. Каждая пара состоит из двух односкосных клиньев, поставленных навстречу друг другу. Пазы на валу и во втулке выполняются без уклонов. Натяг в соединении осуществляется в тангенциальном направлении осевым смещением клиньев. Шпонки устанавливаются под углом 120…135 °. Расчет на смятие ведут по одной паре шпонок, воспринимающей вращающий момент одного направления, пренебрегая силами трения.

где Т – в Нм; размеры d, h, lp – в мм.

Соединения тангенциальными шпонками находят применение в тяжелом машиностроении при больших нагрузках.

1.8. Примеры расчетов Пример 1

Чугунный шкив клиноременной передачи соединен с валом диаметра d=50 мм клиновой врезной шпонкой. Необходимо подобрать шпонку и найти предельный вращающий момент, который она может передать. Длина ступицы lсм=63 мм, материал шпонки – сталь Ст.5, материал вала – сталь 40х; коэффициент трения - ƒ=0,17; допускае-

мое напряжение смятия для материала шпонки [σ]см =150 МПа; расчетный диаметр шкива

Dср=360 мм; окружная сила Ft=3000 Н.

13

Решение.

Передаваемый вращающий момент

Из ГОСТ 24068-80 выбираем шпонку bxh=14х9 мм. Длину шпонки берем на 7 мм больше длины ступицы l=70 мм, что соответствует размерному ряду длин.

Проверяем шпонку на прочность по напряжениям смятия.

Предельный вращающий момент, который может передавать выбранная шпонка

Пример 2

Для вала d=60 мм подобрать стандартные размеры клиновой и призматической шпонок. Определить, какой момент может передать каждая из этих шпонок. Принять ра-

бочую длину шпонок lp≈1,3d≈80 мм; [σ]см =80 МПа; коэффициент трения - ƒ=0,17. Концы шпонок плоские.

Решение

1 Шпонка клиновая (исполнение 1) 18х11х90 ГОСТ 24068-80. Допускаемая величина передаваемого момента

[Т]= [σ]см b l p (b + 6 fd) = 80 18 80 (18 + 6 0,17 60) = 760 Н м 12 103 12 103

2 Шпонка призматическая 16х11х80 ГОСТ 23360-78 Допускаемая величина передаваемого момента

[Т]= 0,5[σ]см d l p (h −t1 ) 10−3 = 0,5 80 60 80(11−7) 10−3 = 768 Н м

14

2. ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Шлицевые соединения возникли как разновидность многошпоночного, у которого шпонки выполнены заодно с валом. По сравнению со шпоночными шлицевые соединения обеспечивают лучшее центрирование и направление сопрягаемых деталей, большую нагрузочную способность, меньшую концентрацию напряжений у вала, взаимозаменяемость и высокую технологичность в условиях массового производства.

Шлицевые соединения могут быть подвижными и неподвижными. В зависимости от формы профиля зубьев в поперечном сечении они бывают прямобочными, эвольвентными и треугольными.

2.1. Прямобочные шлицевые соединения

Основные параметры прямобочных шлицевых соединений нормированы ГОСТ 1139-80, который предусматривает легкую, среднюю и тяжелую серии, отличающиеся высотой и числом зубьев. Основные параметры: d – внутренний диаметр, D – наружный диаметр, b – ширина зубьев, Z – число зубьев. Применяется три способа центрирования соединений. Выбор способа центрирования связан с технологией и условиями работы соединения.

Наиболее жесткие допуски назначаются на центрирующий размер. Центрирование по d применяется, когда требуемая по условиям работы соединения высокая твердость шлицевой втулки не позволяет калибровать ее протяжкой.

15

В этом случае центрирующие поверхности вала и втулки после термообработки шлифуются. Центрирование по d применяется обычно для подвижных соединений (автотракторостроение, станкостроение). Центрирование по D применяется, когда шлицевое отверстие по условию твердости можно получить протяжкой. Поверхность диаметра D на валу шлифуется на обычных круглошлифовальных станках. Такой способ центрирования технологически наиболее простой, но может использоваться для соединений, где втулка не нуждается в термообработке. Центрирование по «b» обеспечивает наибольшую равномерность распределения нагрузки по зубьям. Применяется для тяжело нагруженных валов, когда требования к точности соосности являются второстепенными.

Условное обозначение соединения включает: обозначение центрирующего размера d, D или b, числа зубьев Z номинальных размеров dxD и обозначение посадки по центрирующему размеру, например,

d-8х36Н7/g6х40 ГОСТ 1139-80.

Таблица 3

Параметры прямобочных шлицевых соединений

16

Продолжение таблицы 3

17

Таблица 4

Поля допусков прямобочных шлицевых соединений Центрирование по наружному диаметру

Примечания: 1 Поле допуска h9 применяется при чистовом фрезеровании незакаленных

Примечание: Поле допуска е9 рекомендуется применять для незакаленных валов.

18

Таблица 5

Параметры эвольвентных шлицевых соединений

19

Продолжение таблицы 5

Параметры эвольвентных шлицевых соединений

20

2.2. Эвольвентные шлицевые соединения

Профиль эвольвентных зубьев очерчивается окружностями выступов и впадин, а их боковые стороны - эвольвентной. Основные параметры: D - номинальный наружный диаметр; m - модуль зубьев; Z - число зубьев; x - смещение исходного контура - нормированы ГОСТ 6033-80. Центрирование эвольвентных шлиц обычно производится по толщине S и только в случаях повышенной точности по концентричности используется центрирование по D.

По сравнению с прямобочными эвольвентные шлицевые соединения обладают повышенной нагрузочной способностью за счёт более равномерного нагружения зубьев и меньшей концентрации напряжений у вала. Эвольвентные зубья технологичнее прямобочных так как изготавливаются более производительным методом. Эвольвентные шлицевые соединения вытесняют прямобочные в условиях массового и крупносерийного производства.

Условное обозначение соединения включает номинальный диаметр D, модуль m, обозначение посадки по центрирующему элементу, например, при D=50 мм, m=2 с центрированием по боковым сторонам зубьев, 50х2х9Н/9g ГОСТ 603380.

Таблица 6

Посадки центрирующих боковых поверхностей по ГОСТ 6033-80