Расчет на прочность клеммовых соединений

Клеммовое соединение способно передать крутящий момент

где F _зат – усилие затяжки болтов, Н; d – диаметр соединения (вала), мм; f - коэффициент трения для материалов деталей, входящих в соединение. В свою очередь усилие затяжки болтов зависит от прочности каждого из них

где z – число болтов в соединении; d ₁ – внутренний диаметр резьбы болта; [𝜎] _р – допускаемые напряжения растяжения для материала болта.

Напряжения смятия на контактных поверхностях деталей, входящих в соединение

где l – длина контактной поверхности соединяемых деталей; φ≈0,5 – коэффициент неравномерности давления по посадочной поверхности, возникающей за счёт жесткости ступицы; остальные величины определены выше.

В зависимости от выполнения соединения при расчете можно рассмотреть два предельных случая.

Первый случай. Клемма обладает большой жесткостью, а посадка деталей выполнена с большим зазором или же отверстие имеет эллиптическую форму (рис. 34,а). При этом можно допустить, что контакт деталей происходит по линии, а условие надежности соединения записывается так:

и

где S – внешняя осевая сила.

По условию равновесия любой половины клеммы до нагружения крутящим моментом: N=2Q, тогда и

а) б)

Рис. 34. Расчетные схемы клеммового соединения

 

Второй случай. Клемма достаточно гибкая, форма сопрягаемых деталей строго цилиндрическая, зазор в соединении равен нулю (рис.34,б). В этом случае можно полагать, что давление P распределено равномерно по поверхности контакта, а условие прочности соединения выражается в виде

Вспоминая теорему о равнодействующей равномерного давления на кривую стенку и рассматривая равновесие полуклеммы, запишем . После постановки и сокращения получим

Таким образом, нагрузочные способности для двух предельных случаев относятся как 2/π. Первый случай является самым неблагоприятным, а второй – наиболее рациональным с точки зрения потребной величины затяжки болтов. На практике условия работы клеммовых соединений рассматривают как среднее между двумя рассмотренными выше:

Для определения силы затяжки выразим Q:

где Z - число болтов, расположенных с одной стороны вала; k =1,3…1,8 - коэффициент надежности соединения.

При совместном действии M и S сдвигающей силой на поверхности контакта будет равнодействующая осевой силы S и окружной . Для такого случая

 

Вопросы для самопроверки

- В чём различие между разъёмными и неразъёмными соединениями?

- Каково назначение шпонок и какие их типы стандартизованы?

- Недостатки шпоночных соединений.

- В каких случаях применяют призматические шпонки?

- Какие достоинства имеют соединения сегментными шпонками и когда их рекомендуют применять?

- Как устанавливают размеры шпонок?

- Как произвести проверочный расчет призматических шпонок?

- Ваше мнение: какой основной недостаток имеют зубчатые соединения?

- Как назвать шпонку 1, показанную на рисунке, ее назначение?

 

- Какими гранями (боковыми или верхней и нижней) передается вращающий момент врезными призмати­ческими и клиновыми шпонками?

- Дайте определение детали — шпонке.

- Сколько деталей включает шпоночное и сколько — зубчатое соединение?

- Как называется деталь 3 на рисунке?

 

- Как называется соединение, показанное на рисунке? Какой недостаток имеет это соединение?

 

- Как называются детали, показанные на рисунке?

 

- Определите по рисунку тип зубьев (шлицев) на валах.

 

- Какова конструкция и основное назначение штифтовых соединений?

- Каковы виды нагружения и критерии расчёта штифтов?

- Какова конструкция и основное назначение шпоночых соединений?

- Каковы виды нагружения и критерии расчёта шпонок?

- Каковы основные виды шпонок, их достоинства и недостатки?

- Как проводится расчет шпонок на прочность?

- Дайте классификацию шлицевых соединений.

- Какими достоинствами обладают шлицевые соединения по сравнению со шпоночными?

- Какие существуют способы центрирования шлицевых прямобочных соединений?

- Как производят проверочный расчет прямобочного шлицевого соединения?

- Каковы виды шлицевых соединений и способы их центровки?

- Каковы преимущества и недостатки шпоночных, шлицевых, профильных соединений и шлицевых соединений качения в сравнении друг с другом?

- Как проводится расчет на прочность шлицевых соединений?

- Каковы назначение, виды и методы расчета штифтов?

- Какова конструкция и основное назначение шлицевых соединений?

- Каковы виды нагружения и критерии расчёта шлицов?

- Каково назначение шлицевых соединений? Их разновидности. Какие шлицевые соединения стандартизованы?

- Каким достоинствами обладают шлицевые соединения по сравнению со шпоночными?

- Какими применяют способы центрирования шлицевых прямоточных и эвольвентных соединений? Чем обусловлен выбор способа центрирования?

- В чем преимущества шлицевого соединения по сравнению со шпоночным?

- Критерии работоспособности шлицевых соединений? Почему они изнашиваются и как это учитывают при расчете?

- Каковы основные критерии работоспособности шлицевых соединений? Как устанавливают размеры шлицевых соединений?

- Каково назначение шпоночных соединений? Из разновидности. Материал шпонок. Недостатки шпоночных соединений.

- Почему шпонки рассчитывают по напряжениям смятия, а не среза?

- В каких случаях применяют призматические шпонки? Как получают для них пазы в ступице и на валу?

- Какие достоинства имеют соединения сегментными шпонками и когда рекомендуют применять такие соединения?

- Каковы основные критерии работоспособности соединений призматическими и сегментными шпонками? Как устанавливают размеры призматических и сегментных шпонок?

- Почему для разных ступеней одного и того же вала рекомендуют назначать одинаковые по сечению шпонки исходя из ступени меньшего диаметра и располагать их на одной образующей?

- Как выполняют проверочный расчет призматической шпонки?

 

- Какое соединение показано на рисунке.

1. Шпоночное

2. Шлицевое

3. Штифтовое

4. Резьбовое

 

- Как называются детали, показанные на рисунке?

1. Шпонки

2. Шлицы

3. Штифты

4. Шпонки призматические

 

- Укажите исполнение шпонки (согласно ГОСТ 8789-68), показанной на рисунке.

1. Шпонка призматическая, исполнение 1

2. Шпонка призматическая, исполнение 2

3. Шпонка призматическая, исполнение 3

4. Шпонка призматическая

 

- Укажите исполнение шпонки (согласно ГОСТ 8789-68), показанной на рисунке.

1. Шпонка призматическая, исполнение 1

2. Шпонка призматическая, исполнение 2

3. Шпонка призматическая, исполнение 3

4. Шпонка призматическая

 

- Укажите исполнение шпонки (согласно ГОСТ 8789-68), показанной на рисунке.

1. Шпонка призматическая, исполнение 1

2. Шпонка призматическая, исполнение 2

3. Шпонка призматическая, исполнение 3

4. Шпонка призматическая

 

- Назовите тип шпонки, наиболее приемле­мой для выходного вала с конической по­верхностью

1. Призматическая с плоским торцом

2. Призматическая с закругленным торцом

3. Сегментная

4. Клиновая без головки

5. Специальная

 

- Какое шпоночное соединение применяет­ся для передачи больших вращающих мо­ментов с переменным режимом работы?

1. Врезное

2. Тангенциальное

3. Фрикционное

 

- Какие материалы применяют для изготов­ления шпонок?

1. Углеродистая сталь

2. Чугун

3. Латунь

4. Бронза

 

- Назовите основные преимущества зубча­тых соединений по сравнению со шпо­ночными

1. Большая нагрузочная способность

2. Лучшее центрование соединяемых деталей

3. Меньшая длина ступицы

 

- Зубчатые (шлицевые) соединения прове­ряют по условию прочности на...

1)...изгиб

2)...кручение

3)...смятие

4)...срез

 

- Шпоночное соединение предназначено для передачи.… между валом и ступицей.

1) растягивающих сил

2) радиальных сил

3) изгибающего момента

4) вращающего момента

 

- Соединение ….. шпонкой изображено на рисунке..…

А Б В Г Д

1) сегментной

2) призматической

3) цилиндрической

4) клиновой

 

Напряженное соединение создает ….. шпонка.

1) призматическая

2) клиновая

3) сегментная

4) направляющая

 

Ненапряженное соединение создают шпонки …..

1) призматические

2) клиновые

3) сегментные

4) направляющие

 

При подборе стандартной призматической шпонки основным является расчет …..

1) на срез

2) на смятие

3) на изгиб

4) на кручение

 

При проектном расчете из условия прочности определяют …..

1) длину l шпонки

2) высоту h шпонки

3) ширину b шпонки

4) площадь поперечного сечения b x h шпонки

 

- Условие прочности для соединения с призматической шпонкой вид имеет …..

1)

2)

3)

4)

 

- Материалом для изготовления шпонок служит …..

1) бронза
2) сталь
3) чугун

4) латунь

 

- Наибольшей нагрузочной способностью при одинаковых габаритах ступиц, материалах и термообработке обладает …..

1) соединение цилиндрической шпонкой
2) соединение сегментной шпонкой
3) соединение призматической шпонкой
4) соединение клиновой шпонкой
5) шлицевое соединение

 

- Для чего в основном предназначено шпоночное соединение?

1. Для передачи растягивающих сил.

2. Для передачи сдвигающих сил.

3. Для передачи изгибающего момента.

4. Для передачи крутящего момента

 

- Какая из перечисленных шпонок имеет постоянное на рабочей длине сечение?

1. Клиновая фрикционная.

2. Клиновая врезная.

3. Призматическая обыкновенная.

4. Сегментная.

 

- В зависимости от чего выбирают сечение шпонки по стандарту?

1. Величины передаваемого момента

2. Характера нагрузки.

3. Материала шпонки.

4. Диаметра вала.

 

- Какая из перечисленных шпонок позволяет создавать напряженное соединение?

1. Призматическая закладная.

2. Направляющая

3. Фрикционная.

4. Сегментная.

 

- Соединение какой шпонкой может передавать осевое усилие?

1. Круглой.

2. Призматической.

3. Сегментной.

4. Фрикционной.

 

- В соединении какой шпонкой не требуется дополнительная обработка вала?

1. Клиновой врезной.

2. Клиновой фрикционной.

3. Призматической.

4. Сегментной.

 

- Как выполняются шпоночные канавки на валах?

1. Сверлением и развертыванием.

2. Фрезерованием (дисковой и торцовой фрезой).

3. Долблением.

4. Протягиванием.

 

- Что является основным критерием работоспособности ненапряженного шпоночного соединения?

1. Изгибная прочность шпонки.

2. Отсутствие смятия рабочей грани шпонки.

3. Прочность шпонки на срез.

4. Прочность шпонки на сжатие.

 

- В ненапряженном шпоночном соединении какое место шпонки наиболее нагружено?

1. Поверхность I.

2. Поверхность 2.

3. Сечение 3.

4. Сечение 4.

 

- На рисунке показано поперечное сечение различных шпоночных соединений. Какое из них сконструировано неправильно?

 

- Какая шпонка больше всего ослабляет вал?

1. Призматическая закладная.

2. Фрикционная.

3. Клиновая врезная.

4. Сегментная.

 

- По какой формуле следует определять напряжение смятия на рабочей грани призматической закладной шпонки?

где Т — передаваемый момент; d_В - диаметр вала; h - высота шпонки; l_p - рабочая длина шпонки.

 

- Какая из указанных шпонок не относится к группе клиновых шпонок?

1. Шпонка на «лыске»,

2. Сегментная.

3. Фрикционная.

4. Тангенциальная

 

- Сравнивая, напряженное шпоночное соединение клиновыми и ненапряженное призматическими шпонками_, отмечают, что напряженное соединение:

1) работает широкой (большой) гранью шпонки;

2) позволяет передавать момент и осевую силу;

3) требует ограждения при шпонках с головкой;

4) вызывает радиальное смещение оси ступицы относительно оси вала;

5) беззазорно;

6) может создавать перекосы.

Сколько из перечисленных качеств можно считать положительными?

1.Два

2. Три.

3. Четыре.

4. Пять.

 

- В напряженных (клиновыми шпонками) шпоночных соединениях какое место шпонки наиболее нагружено?

1. Поверхность 1.

2. Поверхность 2.

3. Сечение 3.

4. Сечение 4.

 

- Укажите какой вариант распределения напряжений на рабочей грани в напряженном соединении принимается за расчетный?

 

- Расчет показал, что шпонка в соединении перенапряжена. Что следует сделать?

1. Перейти на другой типоразмер шпонки (увеличить сечение b×h).

2. Изменить материал шпонки.

3. Изменить посадку шпонки в ступице детали или на валу.

4. Увеличить число шпонок.

 

- Вал и ступица детали выполнены из стали 45. Подберите целесообразный материал для шпонки:

1. Ст.3 (σ_T=240 мпа; σ_B=440 мпа).

2. Ст.45 (σ_T ==360 мпа; σ_B=610 мпа).

3. Ст.6 (σ_T ==300 мпа; σ_B=600 мпа).

4. Ст.55 (σ_T =390 мпа; σ_B=660 мпа).

 

- Укажите рекомендуемые значения допускаемых напряжений смятия для расчета шпоночных соединений стандартными шпонками:

1. [σ]_см=(10÷30) МПа.

2. [σ]_см=(30÷80) МПа.

3. [σ]_см=(80÷150) МПа.

4. [σ]_см=(150÷250) МПа.

 

- Центрирование по наружному D и внутреннему d диаметрам шлицевых соединений с прямобочными зубьями выбирают …..

1) для обеспечения высокой соосности вала и ступицы

2) для обеспечения подвижности

3) при тяжелых условиях работы

4) для обеспечения неподвижности

 

- Основным критерием работоспособности шлицевых соединения является …..

1) сопротивление срезу шлицев

2) сопротивление изгибу шлицев

3) сопротивление выкрашиванию шлицев

4) сопротивление смятию и изнашиванию шлицев

 

- Условие прочности при упрощенном (приближенном) расчете шлицевых соединений вид имеет …..

1)

2)

3)

4)

 

- Шлицевое соединение по сравнению с многошпоночным;

1. Более технологично.

2. Больше ослабляет вал.

3. Имеет большую нагрузочную способность.

4. Лучше центрирует деталь на валу.

Какая из этих характеристик не соответствует действительности?

 

- Какой профиль шлицев не стандартизован?

1. Вcе.

2. Прямобочный.

3. Эвольвентный.

4. Треугольный.

 

- Основные характеристики прямобочного шлицевого профиля:

1. Внутренний диаметр.

2. Наружный диаметр.

3. Число шлицев.

4. Ширина шлица.

Какую из них не включают в стандартное обозначение профиля?

 

- Стандарт предусматривает три серии соединений прямобочного профиля: легкую, среднюю, тяжелую. В чем основное отличие профилей разных серий?

1. Разный наружный диаметр при одинаковом внутреннем.

2. Разный внутренний диаметр при одинаковом наружном.

3. Разное число зубьев при одинаковых диаметрах.

4. Разный материал (для более тяжелой серии лучший материал).

 

- Стальная закаленная деталь закрепляется на термически необработанном валу с помощью шлицевого соединения. Какую систему центрирования целесообразно назначить?

1. По наружному диаметру.

2. По внутреннему диаметру.

3. По боковым граням.

4. Безразлично какую.

 

- Что является основным критерием работоспособности неподвижного шлицевого соединения?

1. Срез шлицев.

2. Изгиб шлицев.

3. Смятие шлицев.

4. Износ шлицев.

 

- Основными характеристиками эвольвентного шлицевого профиля являются:

1. Наружный диаметр.

2. Внутренний диаметр.

3. Число шлицев.

4. Модуль.

Какую из них не включают в стандартное обозначение профиля?

 

- Проектируется подвижное под нагрузкой шлицевое соединение. Какие профили можно назначить?

1. Прямобочный, эвольвентный, треугольный.

2. Прямобочный, эвольвентный.

3. Прямобочный, треугольный.

4. Эвольвентный., треугольный.

 

- Какой угол профиля имеет основная рейка для эвольвентных шлицев?

1. α=10°;

2. α =20°;

3. α = 30°;

4. α= 40°.

 

- Из приведенных приближенных формул (пренебрегается наличие фасок и зазоров) для расчетов шлицевого соединения прямобочного профиля указать записанную неправильно.

где Т — передаваемый момент; z — число шлицев; h — высота шлицев; l - рабочая длина; D — наружный диаметр; d — внутренний диаметр; d_ср — средний диаметр; ψ — коэффициент неравномерности нагружения шлицев; [σ]_см - допускаемые напряжения смятия.

 

- Приведены приближенные формулы (пренебрегается наличие фасок и зазоров) для расчетов различных шлицевых соединений. Какую из них следует использовать для расчетов соединения с эвольвентными шлицами?

где Т - передаваемый момент; h -высота шлицев; z - число шлицев; l - рабочая длина; d_ср - средний диаметр; D - наружный диаметр; d - внутренний диаметр; m -- модуль; ψ - коэффициент неравномерности нагружения шлицев; [σ]_см - допускаемые напряжения смятия.

 

- В форматы для расчетов шлицевых соединений входит коэффициент ψ≅0,75. Что он учитывает?

1. Неравномерность распределения нагрузки по шлицам.

2. Характер нагрузки (спокойная, ударная).

3. Характер назначенной посадки.

4. Запас сцепления.

 

- Для чего предназначено клиновое соединение?

1. Для передачи момента.

2. Для передачи осевого усилия.

3. Для передачи радиального усилия.

4. Для передачи окружного усилия.

 

- Клиновое соединение характеризуется следующими качествами:

1. Воспринимает нагрузку только в осевом направлении.

2. Имеет простую конструкцию.

3. Быстро собирается (разбирается).

4. Изготовление деталей связано с доводкой ручными операциями.

Какое из перечисленных качеств предопределило ограниченное распространение соединения?

 

- Форма клина характеризуется двумя основными параметрами: типом клина (односкосный, двухскосный) и формой поперечного сечения (боковые рабочие грани плоские или цилиндрические). Какие предпочтительнее?

1. Односкосные с плоскими рабочими гранями.

2. Двухскосный с плоскими рабочими гранями.

3. Односкосные с цилиндрическими рабочими гранями.

4. Двухскосные с цилиндрическими рабочими гранями.

 

- Клинья делают с уклонами:

1. 1:100.

2. 1:40.

3. 1:30.

4. 1:10.

Какой из них не характерен для силовых клиновых соединений?

 

- На рисунке изображена клиновая пара. Если сила Р — действующая, а сила Q — полезное сопротивление, каково соотношение между ними (ρ — угол трения)?

1. P=Q[tg(α+ρ)-tgρ].

2. P=Q[tg(α+ρ)+tgρ].

3. P=Q[tg(α-ρ)-tgρ].

4. P=Q[tg(α-ρ)+tgρ].

 

- На рисунке изображена клиновая пара. если сила Q — действующая, а сила Р — полезное сопротивление, каково соотношение между ними (ρ — угол трения)?

1. P=Q[tg(α+ρ)-tgρ].

2. P=Q[tg(α+ρ)+tgρ].

3. P=Q[tg(α-ρ)-tgρ].

4. P=Q[tg(α-ρ)+tgρ].

 

- Чем отличаются расчеты на прочность напряженного и ненапряженного клинового соединения?

1. Не отличаются.

2. При расчете напряженного соединения расчетную нагрузку можно занизить.

3. При расчете напряженного соединения расчетную нагрузку завышают до 50%.

4. При расчете напряженного соединения расчетную нагрузку завышают до 100%.

 

- Из какого условия определяют диаметр крепежного штифта?

1. из условия расчета штифта на смятие;

2. на сжатие;

3. на срез;

4. на изгиб.

 

- На рисунке показано закрепление детали на валу штифтом. По какой формуле определяется диаметр штифта?

 

email: KarimovI @ rambler. ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21