Шпоночные соединения. Шпоночные и зубчатые (шлицевые) соединения

Шпоночные и зубчатые (шлицевые) соединения

Прочность соединений и допускаемые напряжения

Прочность сварного соединения зависит от следующих основных факторов: качества основного материала и его способности к свариванию, конструкции соединения, способа сварки, характера действующих нагрузок.

Хорошо свариваются низко- и среднеуглеродистые стали. Высокоуглеродистые стали (чугуны и цветные сплавы) свариваются хуже.

Дефекты сварки:

- непровары;

- подрезы:

- шлаковые и газовые включения и т.п.

Влияние технологических дефектов сварки, усиливаются, при действии переменных и ударных нагрузок.

Меры повышения прочности сварных соединений:

- автоматическая сварка под флюсом и сварка в защитном газе;

- термообработка сваренной конструкции (отжиг);

- наклеп дробью и чеканка швов;

Допускаемые напряжения для сварных соединений [σ^/] и [τ^/] берутся из рекомендаций, в зависимости от вида сварки и допускаемых напряжений основного материала на растяжение.

При переменных нагрузках, допускаемые напряжения понижают умножением на коэффициент γ<1

γ= 1/[(0,6К_эф±0,2)- (0,6К_эф±0,2)R] ≤1,

Где R=σ_min/σ_max или τ_min/τ_max – коэффициент асимметрии цикла, К_эф – эффективный коэффициент концентрации напряжений. Верхние знаки – при растяжении, нижние – при сжатии.

Если получится γ≥1, принимают γ=1.

Дальнейший расчет выполняют по максимальному напряжению цикла, так, как если бы оно стало статическим.

Контрольные вопросы: 1. Каковы основные виды сварки в ма­шиностроении и в чем их сущность? 2. Что называют сварным швом? Назовите типы сварных швов. 3. Как рассчитывают стыковые сварные швы? 4. Как рас­считывают угловые, лобовые и фланговые, а также комбинированные сварные швы? 5. Как рассчитывают сварной шов, подверженный действию изгибающего момента? 6. Как рассчитывают сварные швы соединений, работающих на слож­ное сопротивление? 7. Как рассчитывают сварные швы при переменных нагруз­ках? 8. Как рассчитывают на прочность паяные соединения?

Шпоночные и зубчатые соединения служат для закрепления деталей на осях и валах. Соединения нагружаются в основном вращающим моментом.

Все виды шпонок можно разделить на клиновидные и призматические. Первая группа образует напряженные, а вторая – ненапряженные соединения. Размеры шпонок и допуски на них стандартизованы.

Соединение клиновыми шпонками характеризуется свободной посадкой ступицы на вал, расположением шпонки в пазе с зазорами по боковым граням, передачей вращающего момента от вала к ступице, в основном, силами трения, образованными запрессовкой шпонки. Запрессовка смещает центры вала и ступицы. Это смещение вызывает дисбаланс, и неблагоприятно сказывается на работе механизма, а также может вызвать перекос деталей. Клиновая форма шпонки нетехнологична. Эти недостатки являются причиной сокращения применения клиновых шпонок.

Рисунок 1 - Шпоночное соединение клиновыми шпонками

Соединение призматическими шпонками ненапряженное. Чаще посадка ступицы на вал производится с натягом. Момент передается боковыми узкими гранями шпонки, при этом, на них возникают напряжения смятия, а в продольном сечении шпонки – напряжения среза. Для упрощения расчета принимают, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты, а напряжения распределяются равномерно по длине и высоте шпонки. Размеры шпонки (bxhxl) выбирают по справочнику, в зависимости от диаметра вала. Длину l шпонки берут на 5…10 мм меньше длины ступицы. И далее из условия равновесия вала и ступицы, проверяем на прочность:

На смятие σ_см= 4Т/(hl_pd)≤ [σ _см],

На срез τ = 2Т/(bl_pd)≤ [τ].

Рисунок 2 - Соединение призматическими шпонками

Параллельность граней призматической шпонки позволяет осуществлять подвижные, в осевом направлении, соединения вала и ступицы.

Сегментная и цилиндрическая шпонки являются разновидностью призматической шпонки, поэтому они также рассчитываются на смятие. Шпоночный паз для сегментной шпонки значительно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки применяют для закрепления деталей на малозагруженных участках валов. Цилиндрическую шпонку используют для закрепления деталей на конце вала. Рассчитывают на смятие:

Рисунок 3 - Соединение сегментными шпонками

Условие прочности соединения цилиндрической шпонкой:

Рисунок 4 - Соединение цилиндрическими шпонками

Дата добавления: 2014-01-07