Соединения с прямобочным профилем зубьев.

Соединения с прямобочными зубьями применяются в неподвижных и подвижных соединениях ( шлицевых соединений используемых в машиностроении имеют прямобочный профиль зубьев), см. рис. 6.7. В прямобочных соединениях (ГОСТ 1139-80) зубья вала имеют постоянную толщину и расположены в радиальном направлении, они входят во впадины соответствующей формы в ступице. Стандартом предусмотрены три серии соединений с прямобочным профилем зубьев: легкая, средняя и тяжелая. Они отличаются высотой и числом зубьев (число зубьев от 6 до 20). У соединений тяжелой серии зубья выше, а их число больше, что позволяет передавать большие нагрузки. Соединения с прямобочным профилем применяют с центрированием ступицы по наружному и внутреннему диаметрам и боковым поверхностям шлицев.

Центрирование по боковым поверхностям (рис. 6.7, б) обеспечивает более равномерное распределение нагрузки по зубьям, но снижает точность центрирования ступицы на валу. Поэтому оно применяется при невысоких требованиях к соосности и для передачи значительных и переменных по значению или направлению вращающих моментов (например, в шлицевых соединениях карданных валов автомобилей). Центрирование по наружному (рис. 6.7, а) или внутреннему диаметру (рис. 6.7, в) более точное, поэтому эти виды соединений применяют в тех случаях, когда требуется повышенная точность совпадения геометрических осей соединяемых деталей (например, соединение зубчатого или червячного колеса с валом).

Соединения с эвольвентными зубьями.

Соединения с эвольвентными зубьями (ГОСТ 6033-80), так же как и с прямобочными зубьями, применяются в неподвижных и подвижных соединениях, см. рис. 6.8. Боковая поверхность выступов очерчена по эвольвенте (как профиль зубьев зубчатых колес). Отличие данного профиля заключается в большем угле зацепления () и меньшей высоте выступа (равна модулю), что связано с отсутствием перекатывания.

Рис. 6.8.

Применяют центрирование по боковым поверхностям зубьев (рис. 6.8, а), реже по наружному диаметру (рис. 6.8, б); данные соединения имеют высокую точность центрирования.

Достоинства эвольвентных шлицевых соединений по сравнению с прямобочными:

- повышенная прочность эвольвентных зубьев (в связи с утолщением выступа к основанию и наличием галтели);

- большая нагрузочная способность вследствие большей площади контакта и большего количества зубьев (от 6 до 82);

- технологичность изготовления (в производстве требуется меньшая номенклатура инструментов).

Недостатки эвольвентных шлицевых соединений:

- дороговизна изготовления (вследствие сложности используемых инструментов).

Соединения с эвольвентными зубьями применяют в основном для передачи больших вращающих моментов.

6.8. Соединения с треугольным профилем.

Шлицевые соединения треугольного профиля применяют в неподвижных соединениях, см. рис. 6.9. Изготавливают по отраслевым нормалям (например, ОСТ 100092-73). Обычно соединения имеют большое число мелких выступов-зубьев (число зубьев ; модуль ). Выступы выполняют как на цилиндрических, так и на конических поверхностях. Применяют центрирование только по боковым поверхностям, точность центрирования невысокая.

Соединения с треугольным профилем применяют для передачи небольших вращающих моментов тонкостенными ступицами, пустотелыми валами, а так же в соединениях торсионных валов, стальных валов со ступицами из легких сплавов, в приводах управления.

Шлицевые валы и ступицы изготавливают из среднеуглеродистых и легированных сталей с временным сопротивлением МПа.

Расчет шлицевых соединений.

Основными критериями работоспособности шлицевых соединений являются сопротивление рабочих поверхностей смятию и изнашиванию.

Изнашивание боковых поверхностей зубьев обусловлено микроперемещениями (взаимным относительным скольжением) деталей соединения при действии изгибающего и вращающего моментов или несовпадения осей вращения (из-за наличия зазоров, погрешностей изготовления и монтажа).

Пути повышения износостойкости:

- увеличение твердости контактирующих поверхностей;

- уменьшение зазоров;

- применение соответствующей смазки.

Число и размеры поперечного сечения шлицев принимают в зависимости от диаметра вала по соответствующему ГОСТу. Длина шлицев определяется длиной ступицы, а если ступица подвижная, то ходом ее перемещения.

Упрощенный (приближенный) расчет шлицевых соединений по критерию смятия является основным для шлицевых соединений (обычно проводится как проверочный). При приближенном расчете предполагают, что напряжения смятия на рабочих поверхностях распределены равномерно, см. рис. 6.10:

,

где - расчетный вращающий момент (наибольший из длительно действующих моментов при переменном режиме нагружения), Н·м; – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между выступами (зависит от точности изготовления), ; - средний диаметр соединения, мм; - число зубьев; - рабочая высота выступа, мм; - длина соединения, мм; - допускаемые напряжения смятия, МПа.

Для прямобочного профиля:

; ,

где - наружный диаметр зубьев вала; - внутренний диаметр ступицы; - размер фаски.

Для эвольвентного профиля:

; ,

где - модуль зубьев соединения.

Для зубьев треугольного профиля:

; .

Если расчетное напряжение превышает допускаемое более, чем на 5%, то увеличивают длину ступицы, изменяют размеры, термообработку и повторяют проверочный расчет.

Неточности расчета (из-за принятых допущений) компенсируют выбором допускаемых напряжений смятия , установленных с учетом опыта эксплуатации. Допускаемое напряжение на смятие шлицевого соединения принимают: МПа, причем большие значения применяют при тяжелых условиях эксплуатации (знакопеременной нагрузке, отсутствии смазки и т.д.).

 

Лекция 7.

Резьбовые соединения.

В материал лекции входит: резьбовые соединения, классификация резьб. Основные геометрические параметры резьб. Соотношение сил в винтовой паре. Условие самоторможения. КПД винтовой пары.

Резьбовые соединения являются наиболее распространенными разборными соединениями используемыми в машиностроении (болты, винты, шпильки, гайки и т. д.). Резьбовое соединение образуют две детали: у одной из которых на наружной, а у другой на внутренней поверхности выполнены расположенные по винтовой линии выступы – соответственно наружная и внутренняя резьбы.

Резьба – чередующиеся выступы и впадины, расположенные по винтовой линии на телах вращения, для соединения, уплотнения деталей или обеспечения перемещений одной детали по другой.

Достоинства резьбовых соединений:

- обеспечивают возможность многократной сборки – разборки.

- простота конструкции.

- низкая стоимость.

- высокая степень унификации и стандартизации.

- возможность создания больших осевых усилий.

- возможность самоторможения (исключает саморазвинчивание).

Недостатки резьбовых соединений:

- высокая концентрация напряжений в витках резьбы и как следствие этого – плохое восприятие вибраций (циклических нагрузок).

Винтовая линия.

Винтовая линия – линия, образованная на боковой поверхности прямого кругового цилиндра точкой, перемещающейся таким образом, что отношение между ее осевым перемещение а и соответствующим угловым перемещением постоянно, но не равно нулю или бесконечности.

Рис. 10.1. Параметры винтовой линии.

Осевое перемещение , при условии ,

где k - коэффициент пропорциональности.

Осевое перемещение, соответствующее полному обороту , называют шагом или ходом винтовой линии.

Угол подъема винтовой линии: ,

где d - диаметр окружности основания цилиндра.

При перемещении по боковой поверхности цилиндра нескольких точек, равномерно расположенных по окружности основания, получают несколько (n) винтовых линий.

Представим теперь, что по винтовой линии перемещают контур какой-либо фигуры (треугольника, трапеции), лежащей в плоскости, проходящей через ось цилиндра. Каждая точка контура, выступающая над поверхностью цилиндра, при этом описывает линию с одинаковым шагом – формирует винтовую поверхность витка резьбы соответствующего профиля.