41. Шпоночные соединения

Шпоночными называют разъемные соединения составных частей изделия с применением шпонок. Шпоночные соединения могут быть неподвижными и подвижными и служат обычно для предотвращения относительного поворота ступицы и вала при передаче вращающего момента.

Достоинства:

простота и надежность конструкции;

легкость сборки и разборки соединения;

невысокая стоимость.

Недостатки:

снижение нагрузочной способности сопрягаемых деталей из–за уменьшения их поперечных сечений шпоночными пазами;

значительная концентрация напряжений в зоне этих пазов.

Расчет призматических шпонок

Размеры сечений шпонки (ширину b и высоту h), глубину паза вала t₁ выбирают в зависимости от диаметра вала d по ГОСТ 23360. Длину шпонки конструктивно принимают на 5–10 мм меньше длины ступицы, согласовывают со стандартом и проверяют на смятие по формуле

где F_t = 2Т/d – окружная сила, передаваемая шпонкой; A_см = (h–t₁)L_р – площадь смятия; L_р – рабочая длина шпонки рис. 17.4.

Рис. 17.1. Исполнения шпонок

Расчет сегментных шпонок

Размеры сечений шпонки (ширину b и высоту h), глубину паза вала t₁ и длину шпонки L выбирают в зависимости от диаметра вала d по ГОСТ 24071.

Сегментные шпонки, так же как и призматические, проверяют на смятие. Сегментная шпонка узкая, поэтому в отличие от призматической ее проверяют на срез.

.

Если расчетное напряжение превышает допускаемое более чем на 5%, то применяют две шпонки. Призматические шпонки устанавливают под углом 180˚, сегментные – вдоль вала в одном пазу ступицы. Это сильно ослабляет вал и ступицу, а также вызывает технологические затруднения. В таких случаях шпонки заменяют шлицевыми соединениями.

42. Волновые передачи

Волновая передача представляет собой планетарную передачу с одним гибким зубчатым колесом. Волновыми называются передачи, у которых передача вращательного движения осуществляется посредством бегущей волновой деформации одного из зубчатых колес.

Наиболее распространенная волновая передача (рис. 6.1а) состоит из ведущего звена водила Н, вращающегося гибкого колеса 1 с наружными зубьями и неподвижного жесткого колеса 2 с внутренними зубьями. Гибкое колесо 1 изготавливается в виде стакана из тонкой цилиндрической оболочки. Зубчатый венец этого колеса нарезан на легко деформируемом конце оболочки, другой конец которой через тонкое дно соединяется с ведомым валом. Зубья колес чаще всего эвольвентного профиля.

Рис. 6.1. Схема волновой передачи

Делительный диаметр гибкого колеса d₁ меньше делительного диаметра жесткого колеса d₂ на величину необходимой деформации d₁ - d₂ = = S (обычно S равно высоте зуба).

Водило H вставляется внутрь гибкого колеса 1, которое после сборки приобретает овальную форму. При этом на концах большой оси зубья зацепляются по всей высоте, на малой оси овала зубья не зацепляются. Между зонами зацепления зубья гибкого колеса находятся в промежуточном положении частичного зацепления. В нагруженном состоянии в зацеплении одновременно может находиться до 35% всех зубьев.

В данном случае преобразование движения осуществляется за счет деформирования зубчатого венца гибкого колеса 1. При вращении водила H волна деформации бежит по окружности гибкого зубчатого венца 1; при этом венец обкатывается в обратном направлении по неподвижному жесткому колесу 2, вращая стакан и вал. Поэтому передача называется волновой, а водило – волновым генератором. Ведущим звеном могут быть также любые зубчатые колеса. Так как зацепление зубчатых колес происходит в двух зонах, то радиальные перемещения венца гибкого колеса по окружности образуют две волны. Поэтому такую передачу называют двухволновой. Возможны трехволновые передачи.

Достоинства волновой передачи:

1) большое передаточное число при малых габаритах и сравнительно высоком КПД. Для одной ступени U ≈ 300; КПД 0.8 - 0.9;

2) малая масса и высокая нагрузочная способность, так как в зацеплении одновременно находится большое число зубьев;

3) возможность передачи движения в герметизированное пространство без применения уплотнений рис. 6.1б, где неподвижным является гибкое колесо 1;

4) работают с меньшим шумом и обладают высокой демпфирующей способностью;

5) подобно планетарной передаче, она может быть использована не только как редуктор или мультипликатор, но и как дифференциальный механизм;

6) малые нагрузки на валы и опоры вследствие симметричной конструкции;

7) высокая кинематическая точность;

) число деталей меньше в несколько раз, а стоимость – примерно в два раза. Срок службы стандартных передач общего назначения 10000 часов.

Недостатки:

1) сложность изготовления гибкого колеса и генератора;

2) ограничение угловой скорости вала генератора при больших диаметрах колес (во избежание больших окружных скоростей в ободе генератора).

Применение.

Волновая передача применяется: в механизмах с большим передаточным отношением, а также в устройствах с повышенными требованиями к кинематической точности и герметичности.