Материал: Детали машин и основы конструирования. Учебное пособие. Нилов В.А., Рукин Ю.Б
|
2 м |
ср ; |
|||
ср |
|
|
|||
d pв |
|||||
|
|
|
|||
где: М – передаваемый момент р |
2м |
; |
|||
d |
|||||
|
|
|
|
||
d- диаметр вала;
К- глубина врезания шпонки в ступицу K = 0,4 h;
ℓp – рабочая длина шпонки со скруглѐнными торцами. При плоских торцах ℓp = ℓ . Здесь: ℓ – длина шпонки.
Поскольку при расчете шпонок принята упрощенная схема нагружения (не учитывается перекос шпонки в пазу вала и кромочные давления, рис.7.3), то допускаемые напряжения назначают с коэффициентом запаса 1,5…2,0 по отношению к пределу текучести наиболее слабого материала соединения.
Рис. 7.3 Схема нагружения шпоночного соединения
65
Для упрощения расчѐтов принимают, что плечо сил, действующих на шпонку относительно осевой линии вала, равно радиусу вала d2. Призматические шпонки – врезные. Рабочими гранями являются их боковые более узкие грани. Для облегчения сборки предусматривается радиальный зазор. Призматические шпонки по сравнению с клиновыми обеспечивают большую точность, а по сравнению с сегментными – меньше ослабляют вал, т.к. врезаются на меньшую глубину.
На рис 7.4 и табл. 7.2 приведены стандартные посадки призматической шпонки в пазы вала и ступицы.
|
|
|
|
|
Таблица 7.2 |
|
Посадки шпоночных соединений |
||||
|
Паз втулки |
|
|
Паз вала |
|
|
|
|
|
|
|
|
Соединение |
|
|
Соединение |
|
|
|
|
|
|
|
подвижное |
неподвижное |
реверсивное |
реверсивное |
неревнерсивное |
|
|
|
|
|
|
|
D10h9 |
Is9h9 |
P9h9 |
P9h9 |
|
N9h9 |
|
|
|
|
|
|
b |
d |
b |
t |
d |
Рис. 7.4 Стандартные посадки шпоночных соединений
66
7.3.Сегментные шпонки
Всвязи с ослаблением вала шпоночным пазом под сегментную шпонку, такие шпонки применяют для передачи относительно небольших моментов, их отличает устойчивое положение в соединении.
Так же, как и призматические, сегментные шпонки (рис. 7.5) рассчитываются на смятие:
|
|
2 м |
|
|
; |
|
см |
|
см |
||||
d k |
||||||
|
|
|
|
|
||
и на срез: |
|
|
|
|
||
|
|
2 м |
|
; |
|
|
|
|
|
ср |
|
||
ср |
d в |
|
||||
|
|
|
|
|
||
Рис. 7.5 Соединение сегментной шпонкой
|
|
Таблица 7.3 |
Примеры обозначений шпоночных соединений |
||
Вид соединения |
Обозначение |
|
1. Призматическая шпонка со |
ШПОНКА |
18×11×100 |
скругленными торцами |
ГОСТ 23360-70 |
|
2. Призматическая шпонка с пло- |
ШПОНКА |
2-18×11×100 |
скими торцами |
ГОСТ 23360-70 |
|
3. Шпонка сегментная |
ШПОНКА |
сегм. 6×10 |
|
ГОСТ 24071-80 |
|
67 |
|
|
Клиновые шпонки в отличие от призматических ставятся с зазором по боковым граням. Клиновые шпонки создают напряжѐнное соединение, способное передавать не только Мкр, но
иосевое усилие. Однако эти шпонки вызывают радиальное смещение оси ступицы на величину посадочного зазора и контактных деформаций. Это увеличивает биение насажанной детали. Применение клиновых шпонок резко сократилось. Достоинством является отсутствие зазоров и поэтому хорошее восприятие радиальных нагрузок.
Для упрощения расчѐта принимают, что при передачи
момента Мкр напряжения смятия по ширине поверхности контакта рабочих граней шпонки с валом и ступицей распределяются по закону треугольника. В этом случае передаваемый крутящий момент складывается из:
амомента нормальной силы давления N между ступицей
ишпонкой;
б момента силы трения Nq между ступицей и валом; в момента силы трения Nq
между ступицей и валом.
Приближѐнно можно принять q = q/ и плечо силы Nq равняется радиусу вала. При таком условии:
|
|
M |
|
|
N |
в |
|
N |
|
|
d |
N |
|
d |
; q q |
||
|
|
кр |
|
q |
|
|
|
q |
|
||||||||
|
|
|
6 |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Или: M |
|
N |
в |
N |
d ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
кр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
6 |
q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Откуда: 6Mкр |
Nв 6Nqd ; |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
N |
6M кр |
|
|
|
(а) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
в |
|
6qd |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
При принятом законе распределения напряжений смятия по ширине шпонки следует, что:
N |
1 |
в |
|
(в) |
2 |
см |
|||
|
|
|
|
Откуда:
68
|
2N |
|
см |
|
см . |
|
||
|
в |
|
Подставив значение N из а, получим:
|
12M кр |
см . |
|
мс |
в в |
6qd |
|
|
|
||
Шпонку на диске рассчитывают так же как и клиновую.
7.4. Конструкция и расчет шлицевых соединений
Соединение ступицы с валом вместо шпонки может осуществляться с помощью шлицов. Такое соединение ступицы с валом называется зубчатым или шлицевым.
В зависимости от формы профиля зубьев различают соединения с прямобочными, эвольвентными и треугольными зубьями (шлицами) (рис.7.6). Достоинства шлицевых соединений:
а) возможность передачи больших моментов благодаря значительно большей поверхности контакта соединяемых деталей и более равномерному распределению давления по этой поверхности;
б) более точное центрирование ступицы по валу, в) лучшее направление при перемещении ступицы по валу, г) большая прочность вала.
Рис. 7.6 Основные типы зубчатых (шлицевых) соединений: а – прямобочное; б – эвольвентное; в – треугольное
69