Соединения призматической,цилиндрической,сегментной шпонками.

Шпоночные и шлицевые соединения служат для закрепления на валу (или оси) вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, муфт и т. п. По конструкции шпонки подразделяют на:

- призматические эти шпонки не имеют уклона и их закладывают в паз, выполненный на валу (шпон­ки имеют отверстия для их закрепления).Призматические направляющие шпонки с креплением на валу применяют в подвижных соединениях для перемещения ступицы вдоль вала.Рабочими являются боковые, более узкие грани шпонок высотой h. Размеры сечения шпонки и глубины пазов принимают в зависимости от диаметра d вала.

Шпонку запрессовывают в паз вала. Шпонку с плоскими торцами кроме того помещают вблизи деталей (концевых шайб, колец и др.), препятствующих ее возможному осевому перемещению. Призматические шпонки не удерживают детали от осевого смещения вдоль вала.

- сегментные представляют собой сегментную пластину, заложенную закруглен­ной стороной в паз соответствующей формы, профрезерованный на валу.Сегментные шпонки, как и призматические, работают боковыми гранями. Их применяют при передаче относительно небольших вращающих моментов и часто применяют для конических концов валов. Сегментные шпонки (ГОСТ 24071-80) и пазы для них просты в изготовлении, удобны при монтаже и демонтаже (шпонки свободно вставляют в паз и вынимают). Широко применяют в серийном и массовом производстве;

- цилиндрические используют для закрепления деталей на конце вала. Отверстие под шпонку сверлят и обрабатывают разверткой после посадки ступицы на вал. При больших нагрузках ставят две или три цилиндрические шпонки, располагая их под углом 180° или 120°. Цилиндрическую шпонку устанавливают в отверстие с натягом. В некоторых случаях шпонке придают коническую форму.

Материал шпонок. Шпонки призматические, сегментные, клиновые стандартизованы. Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой чистотянутой стали с Н/мм² чаще всего из сталей 45, Ст6. Для изготовления специальных шпонок применяют легированные стали.

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов подобраны так, что прочность их на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений расчет на смятие. Проверку шпонок на срез в большинстве случаев не проводят. При расчете многошпоночного соединения допускают, что нагрузка распределяется равномерно между всеми шпонками.

Призматические шпонки,расчет на прочность где F_t=2T/d — сила, передаваемая шпонкой; А_см — площадь смятия

Соединения сегментными шпонками проверяют на смятие: Где l _p= l – рабочая длина шпонки; (h –t ₁) – рабочая глубина в ступице.Сегментная шпонка узкая, поэтому в отличие от призматической ее проверяют на срез.Условие прочности на срез

 

12 Зубчатые (шлицевые) соединения. Зубчатые соединения вал – ступица представляют собой соединения, образуемые выступами – зубьями на валу, входящими во впадины соответствующей формы в ступице. Эти соединения можно представить как многошпоночные, у которых шпонки выполнены за одно целое с валом.

Зубчатые соединения по сравнению со шпоночными имеют:

а) большую несущую способность;

б) большую усталостную прочность вала;

в) лучшее центрирование деталей на валу и лучшее направление при перемещении детали вдоль вала.

Зубчатые соединения применяются в качестве подвижных и неподвижных.

В зависимости от формы сечения зубьев различают три вида соединений:

1) Прямобочные, имеющие на валу зубья постоянной толщины.

2) Эвольвентные, с профилем зубьев очерченым эвольвентой.

3) Треугольные, с сечением зуба в форме треугольника.

Прямобочные соединения в зависимости от нагрузочной способности трех серий: легкой, средней и тяжелой. Кроме того, эти соединения различают по системе центрирования ступицы на валу: по боковым граням,по наружному диаметру,по внутреннему диаметру

В эвольвентном зубчатом соединении профили зубьев такие же, как у зубчатых колес. Поскольку в шлицевом соединении перекатывания нет, высота зубьев уменьшена до 0,9 … 1 модуля и угол профиля рейки увеличен до 30. Эвольвентные соединения обладают повышенной прочностью из – за большого числа зубьев и меньшей концентрации напряжений, связанной с закруглением профиля у основания зуба. Эти соединения перспективны, их применение ограничивается сложностью изготовления протяжек, с помощью которых нарезаются шлицы в ступицах.

Центрирование обычно осуществляется по боковым поверхностям, реже по наружному диаметру.

Соединения треугольного профиля применяют обычно в качестве неподвижных при стесненных радиальных габаритах. Центрирование в них осуществляется по боковым граням. Основными геометрическими параметрами являются числа зубьев, модули и угол впадин.

Зубчатые соединения выходят из строя из-за повреждения рабочих поверхностей: износа, смятия, заедания. В качестве расчетного критерия работоспособности принимается смятие боковых поверхностей шлицев:

, Нм

где z – число зубьев;

h – высота поверхности контакта зубьев (мм);

d _ср – средний диаметр поверхности контакта зубьев (мм);

- коэффициент, учитывающий неравномерную работу зубьев, обычно принимается равный 0,75;

l - длина поверхности контакта зубьев (мм);

Т – передаваемый крутящий момент (Нм).

Для зубьев прямоугольного профиля

где f - высота фаски.

Для зубьев эвольвентного профиля

h=m; d _ср= mz;

Для зубьев треугольного профиля

В ответственных случаях, когда требуется плавность работы, большой срок службы, отсутствие зазоров, малые усилия перемещения применяют шариковые шлицевые соединения, в которых трение скольжения при осевых перемещениях заменено трением качения.