Сегментные шпонки

Сегментные шпонки имеют глубокую посадку в вал и поэтому не перекашиваются под нагрузкой, они взаимозаменяемые. Однако глубокий паз существенно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки используют преимущественно для закрепления деталей на малонагруженных участках вала.

Клиновые шпонки создают напряжённые соединения, У этих шпонок рабочими являются широкие грани, одна из которых имеет уклон 1:100. Шпонки устанавливают в распор широкими гранями и фиксируют детали в осевом направлении Недостатком клиновых шпонок является то, что в процессе сборки нарушается соосность соединяемых деталей. Соединения клиновыми шпонками применяют главным образом в тихоходных передачах.

Критерии работоспособности и расчёт соединений. Шпоночные соединения выходят из строя из-за смятия (упруго-пластического сжатия) рабочих граней и возможного среза шпонок. Выбранные по стандартам, в зависимости от диаметра вала, шпонки проверяют на прочность на смятие

(29)

где М – вращающий момент;

lp – рабочая длина шпонки;

t2=0,4h – глубина врезания шпонки в ступицу;

[σсм] – допускаемое напряжение на смятие.

Из (29) находим рабочую длину шпонки

(30)

Полная длина l шпонки с круглёнными концами l=lp+b.

Проверку прочности шпонки на срез обычно не производят, так как это условие удовлетворяется при использовании стандартных сечений шпонок и рекомендуемых значений.

Если длина шпонки, определённая по формуле (30) оказывается больше длины ступицы колеса, то соединение образуют с помощью двух или трёх шпонок, установленных соответственно под углом 180º или 120º.

Соединение сегментными шпонками также рассчитывают по формуле (29), принимая t2=h—t1.

Шпонки изготовляют из сталей, имеющих σв ≥ 500 МПа (Ст6, стали 45; 50 и др.) Допускаемые напряжения обычно принимают [σсм]=200…500 МПа.

При реверсивной нагрузке значения допускаемых напряжений уменьшают 1,5 раза, а при ударной нагрузке – в 2 раза.

Шлицевыми соединениями называют соединения, которые образуются между выступами или шлицами вала и соответствующими по форме впадинами ступицы, насаженной на вал (рис. 23).

По сравнению со шпоночными шлицевые соединения имеют меньшие радиальные габариты, высокую несущую способность, взаимозаменяемы и обеспечивают хорошее центрирование деталей.

Поэтому их используют в условиях массового производства конструкций и при большой частоте вращения валов.

По форме поперечного сечения различают три типа шлицев: прямобочные, эвольвентные и треугольные (рис. 23).

Наибольшее распространение получили прямобочные шлицевые соединения, выполняемые с чётным числом шлицев (6; 8; 10; 12; 20); они стандартизированы, поэтому их размеры нельзя выбирать произвольно. В прямобочных шлицевых соединениях центрирование осуществляют по наружному, внутреннему диаметрах или по боковым сторонам шлицев (рис. 23 а, б, в).

Шлицевое соединение с эвольвентным (рис. 23 г) профилем отличается от прямобочного более совершенной технологией изготовления, повышенной прочностью самих шлицев и валов и точностью центрирования. Центрирование при эвольвентных шлицах осуществляется по боковым сторонам и реже по наружному диаметру. Шлицевое соединение с треугольными шлицами (рис. 23 д) применяют для неподвижных соединений при небольших нагрузках и малой толщине стенки ступицы.

Критерии работоспособности и расчёт соединения. Соединения выходят из строя в основном из-за повреждения боковых (рабочих) поверхностей (смятии, износ) и усталостного разрушения валов (рис. 24). Поэтому основным критерием работоспособности шлицевых соединений является прочностная надёжность самих шлицев и валов.

Зубья рассчитывают на смятие, как и шпоночные соединения:

(31)

где dm – средний диаметр соединения;

z – число шлицев (зубьев);

h, l – соответственно высота и длина поверхности контакта зубьев;

ψ=0,7…0.8–коэффициент, учитывающий концентрацию контактных давлений на краях соединения;

[σсм] – допускаемое напряжение смятия на боковых поверхностях.

Высота и средний диаметр для прямобочных зубьев

для эвольвентных зубьев h=m; dm=mz (здесь m – модуль).

Количество зубьев и диаметры заданы в стандарте в зависимости от диаметра вала. Длина соединения (как и для шпоночного соединения) принимается по ступице охватывающей детали (например, колеса), обычно l=(1…2)d.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите виды соединения деталей.

2. С какой целью применяют различные соединения, и какими соображениями при этом руководствуются?

3. Виды неразъёмных соединений.

4. Назовите достоинства и недостатки сварных соединений.

5. Какие виды сварных соединений наиболее распространены? Назовите сварные швы в зависимости от их расположения по отношению к внешним силам.

6. Расчёт стыковых и нахлёсточных швов.

7. Заклёпочные соединения. Достоинства и недостатки.

8. Конструкции заклёпочных швов.

9. Основные параметры заклёпочных швов. Расчёт заклёпочных соединений на прочность. Материалы заклёпок.

10. Виды разъёмных соединений. Резьбовые соединения. Достоинства и недостатки.

11. Параметры, определяющие резьбу и классификация резьб.

12. Критерии работоспособности резьбовых соединений. Расчёт на прочность элементов резьбы.

13. Основные случаи нагружения. Расчёт незатянутых болтов

14. Расчёт болтов при действии поперечной нагрузки, поставленных с зазором.

15. Расчёт болтов при действии поперечной нагрузки, поставленных без зазоров.

16. Расчёт болтов при эксцентричном приложении нагрузки. Материалы крепёжных деталей.

17. Шпоночные соединения. Виды. Достоинства и недостатки.

18. Критерии работоспособности и расчёты шпоночных соединений. Материалы шпонок.

19. Шлицевые соединения. Область применения. Достоинства и недостатки. Типы соединений.

20. Критерии работоспособности и расчёт шлицевых соединений.

3.  ВАЛЫ И ОСИ. ОПОРЫ ВАЛОВ И ОСЕЙ 3.1. Назначение и классификация

Валы и оси служат для поддержания вращающихся деталей (зубчатых колёс, звёздочек, шкивов, барабанов и др.)

Валом называют деталь, которая служит для передачи крутящего момента и одновременно является базой подвижной системы. При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях дополнительно – растяжение (сжатие).

Осью называют деталь, которая лишь фиксирует положение геометрической оси вращения подвижной системы. Ось не передаёт крутящего момента и, следовательно, не испытывает кручения. Оси могут быть неподвижными (рис. 25 а) и подвижными (рис. 25 б). На неподвижной оси деталь монтируется так, чтобы она могла вращаться на ней. На подвижной оси деталь закрепляется так, что её вращение осуществляется вместе с осью.

Валы в зависимости от вида испытываемой деформации различают:

− простые валы (валы), работающие в условиях кручения и изгиба, а иногда и растяжения (сжатия) (рис. 26б в);

− торсионные валы (торсионы), передающие только вращательный момент (рис. 26 г).

По геометрической форме различают валы прямые, и коленчатые (валы). Прямые валы выполняют гладкими (рис. 26 а) и ступенчатыми (рис. 26 б). Гладкий вал – вал с постоянным значением диаметра вдоль его оси. Ступенчатый вал – вал с различными значениями диаметров на отдельных участках вдоль его оси.

Гладкие валы и оси применяют там, где на сопрягаемые с ними деталями не действуют большие осевые нагрузки. Они просты в изготовлении и получают в последние годы большое распространение. В швейных машинах применяются в основном гладкие валы. Однако они могут создавать некоторые трудности при монтажных и демонтажных работах.