Расчет сегментной шпонки

Разме­ры сечения шпонки (ширину b и высоту h), глубину паза вала t₁ выбирают в зависимости от _диаметра d вала по ГОСТ 24071 — 80. Сегментные шпонки, так же как и призматические, проверяют на смятие:

Сегментная шпонка узкая, поэтому в отличие от призматической (стандартной) ее проверяют на срез:

τ_cp=2·T/(b·d·l_р)≤[τ_cp].

Материалы и допускаемые напряжения. Шпонки изготавливаются из из чистотянугых стальных прутков - углеродистой или легированной стали с пределом прочности σ_в ≥500 МПа (ГОСТ 8787 - 68, ГОСТ 8786 - 68; среднеуглеродистые стали Ст. 5, Ст. 6, 45, 50, 55, 60).Сегментные шпонки выполняют из стали сегментного профиля.

Допускаемые напряжения смятия:

- при спокойной нагрузке и стальной ступице [σ_см]=110...190 МПа, при чугунной - 70...100 МПа;

- при значительных колебаниях нагрузки [σ_см] следует снижать на 50%.

Допускаемые напряжения среза: [τ_cp]=70...100 МПа.

Если расчетное напряжение превышает допускаемое более чем на 5%, то применяют две шпонки. Призматические шпонки устанавливают под углом 180⁰, сегментные - вдоль вала в одном пазу ступицы. Постановка нескольких шпонок сильно ослабляет вал и ступицу, а также связана с технологическими трудностями. В таких случаях шпонки заменяют шлицевыми соединениями.

Шлицевые соединения (зубчатые)

Шлицевое соединение условно можно рассматривать как многошпоночное, у которого шпонки, называемые шлицами (зубьями), выполнены как одно целое с валом и входят в соответствующие пазы ступицы детали.

Достоинства шлицевых соединений по сравнению со шпоночными: возможность передачи больших моментов, высокая надежность при динамических и реверсивных нагрузках и повышенная прочность соединения вследствие увеличения суммарной рабочей поверхности шлицев, а также вследствие уменьшения глубины пазов и равномерного распределения нагрузки по окружности вала; более точное центрирование ступицы на валу; лучшее направление при осевом перемещении ступицы - все это позволяет использовать их в высоконагруженных быстроходных машинах.

Недостатки по сравнению со шпоночными: более сложная технология изготовления, а следовательно, и более высокая стоимость.

Шлицевые соединения бывают неподвижные для закрепления деталей на валу и подвижные, допускающие перемещение детали вдоль вала.

По форме профиля шлицев различают три типа соединений: прямобочиые, эвольвентные, треугольные.

Соединении шлицевые прямобочные. Наиболее распространены в машиностроении. Выполняют с тремя видами центрирования ступиц на валу: по боковым сторонам b, по наружному диаметру D, по внутреннему диамету d шлицев. Центрирование по b (боковым сторонам) способствует более равномерному распределению нагрузки по шлицам, но не обеспечивает точной соосности ступицы и вала - применяют при передаче больших моментов при ударных и реверсивных нагрузках, когда к точности центрирования не предъявляют высоких требований, например в шлицевых соединениях карданных валов автомобилей. Центрирование по D (наружному диаметру) (при твердости вала НВ≤350) и d (внутреннему диаметру) (при твердости вала НВ>350) более точное, поэтому эти виды соединений применяют в тех случаях, когда требуется повышенная точность совпа­дения геометрических осей вала и ступицы.

В зависимости от числа шлицев (зубьев) (Z= 6...20) и их высоты ГОСТ 1139-80 преду­сматривает три серии прямобочных соединений для валов с d = 23...112 мм легкую, среднюю, тяжелую. Легкая серия рекомендуется для неподвижных соединений, средняя - подвижных, тяжелая - для неподвижных и подвижных при передаче больших моментов.

Соединений шлицевые эвольвентные выполняют по ГОСТ 6033 - 80 с центрированием ступицы по боковым сторонам шлицев и реже по наружному диаметру вала. По равнению с прямобочными соединениями имеют более высокую точность и прочность, благодаря большему числу шлицев и скруглению впадин (утолщению шлицев к основанию), снижающему концентрацию напряжений. Технология нарезания эвольвентных шлицев проще и дешевле, чем прямобочных. Указанные преимущества этих соединений обеспечивают им все более широкое применение.

Соединения шлицевые треугольные применяют только в качестве неподвижных при передаче небольших моментов. Имеют большое число (до 70) мелких шлицев треугольной формы. Центрирование осуществляют только по боковым сторонам шлицев. Не стандартизированы. Рекомендуются для тонкостенных ступиц и пустотелых валов. Наибольшее распространение получили в приборостроении,

Расчет шлицевых соединений. Основными критериями работоспособности шлицевых соединений являются сопротивления рабочих поверхностей шлицев смятию и изнашиванию. Число и размеры поперечного сечения шлицев принимают в зависимости от диаметра вала по таблицам стандартов. Длина шлицев определяется длиной ступицы, а если ступица подвижная, то ходом ее перемещений.

Износ и смятие шлицев (зубьев) связан с одним и тем же параметром – давлениемσ_см. Это позволяет рассматривать σ_см как обобщенный критерий расчета и на смятие, и на изгиб, при этом допускаемое напряжение выбирают в соответствии с видом повреждения, на основе опыта эксплуатации подобных конструкций. Такой расчет называют упрощенным расчетом по обобщенному критерию.

Упрощенный расчет по обобщенному критерию. В упрощенной расчетной модели принято равномерное распределение нагрузки*по длине зубьев.

Расчет на смятие:

,

где T - номинальный крутящий момент,

К = 0,7...0,8 - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по зубьям (шлицам);

Z, h, d_cp, l - соответственно число шлицев, рабо­чая высота, средний диаметр соединения, рабочая длина шлицев

h = 0,5(D - d) - 2·f;

d_cp = 0,5(D+d),

S_F = Z·h·d_cp /2 - удельный (на единицу длины) суммарный статический момент площади ра­бочих поверхностей соединения относительно оси вала, мм³ /мм (приводится в справочниках).

Для эвольвентного профиля:

h≈m, d_cp =Z·m.

При расчете по обобщенному критерию допускаемые напряжения смятия [σ_см] для неподвижных шлицевых соединений с незакаленными рабочими поверхностями [σ_см]= 30...70 МПа, а с закаленными [σ_см] = 80... 150 МПа. Для подвижных соединений с закаленными поверхностями [σ_см]=5...15 МПа (большие значения относятся к спокойной нагрузке).

Расчет на износ:

Допускаемые напряжения [σ_изн] из условия ограничения изнашиваемости назначают и зависимости от вида термической обработки и твердости рабочих поверхностей соединяемых деталей: для улучшенных [σ_изн] = 0,032·НВ, для закаленных [σ_изн] = 0,3·HRC.

Для более точного расчета прямобочных шлицевых соединений используют расчет по ГОСТ 21425 - 75.

Условные обозначения прямобочного шлицевого соединения составляют из обозначения поверхности центрирования D, d или b, числа зубьев Z, номинальных размеров d × D×b (а также обозначения полей допусков по центрирующему диаметру и по боковым сторонам зубьев). Например, d-8 ×36H7/g6×40×7 означает восьмишлицевое соединение с центрированием по внутреннему диаметру с размерами d = 36 и D = 40 мм и посадкой по центрирующему диаметру H7/g6.

Дата добавления: 2014-01-15