Начертательная геометрия и машиностроительное черчение

Рекомендации по конструированию шлицевых соединений

1. Для подвижных соединений рекомендуют рабочую длину ступицы принимать не менее диаметра вала, т.е. lp<d. При коротких ступицах (lp<d) возможно защемление от перекоса при перемещении вдоль вала.

2. В длинных ступицах (lp>1,5d) необходима расточка отверстия выхода стружки при протягивании (см. рис. 64).

3. Для облегчения входа протяжки и сборки соединения в отверстии предусматривают заводные фаски (см. рис. 64).

4. В соединениях, воспринимающих радиальные нагрузки (зубчатые и червячные колеса, звездочки, шкивы), зубья шлицевого соединения желательно располагать симметрично относительно венцов.

5. Для уменьшения изнашивания следует уменьшать зазоры в соединении, повышать точность изготовления и твердость рабочих поверхностей.

Рис.64

Основными критериями работоспособности шлицов являются:

- сопротивление боковых поверхностей смятию (расчёт аналогичен шпонкам);

- сопротивление износу при фреттинг-коррозии (малые взаимные вибрационные перемещения).

Расчет на прочность прямобочных шлицевых (зубчатых) соединений

Проверочный расчет на прочность прямобочных зубчатых соединений аналогичен расчету призматических шпонок.

В зависимости от диаметра вала d (рис. 65) по табл. 7 выбирают параметры зубчатого соединения, после чего соединение проверяют на смятие. Проверку зубьев на срез не производят.

Рис. 65. К расчету прямобочного шлицевого соединения

При расчете допускают, что по боковым поверхностям зубьев нагрузка распределяется равномерно, но из-за неточности изготовления в работе участвует только 75% общего числа зубьев (т.е. коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями (шлицами) Кшл = 0,75).

По аналогии с условием (34)

                                                             (40)

где Т — момент, Нмм; Кшл = 0,75; z — число зубьев (выбирают в зависимости от d по табл. 7); dcp = (D + d)/2 — средний диаметр соединения для прямобочных зубьев, мм; dcp = zm – средний диаметр соединения для эвольвентных зубьев, где т – модуль зубьев;  - площадь смятия, мм2; lр — рабочая длина зубьев, мм; D, l, r (см. рис. 65) — выбирают в зависимости от d по табл. 7;  - допускаемое напряжение на смятие боковых граней зубьев из сталей, имеющих > 500 МПа (  принимают по табл. 8). В таблице 8 приведены значения  для изделий общего машиностроения и подъемно-транспортных устройств, рассчитанных на длительный срок службы. В каждой отрасли машиностроения рекомендуют свои значения с учетом специфики эксплуатации (срок службы, режим нагрузки и пр.), качества изготовления, прочности материалов и др.

Например, в станкостроении рекомендуют более низкие значения:  = 12 – 20 МПа для неподвижных соединений и  = 4 – 7 МПа для подвижных без нагрузки – здесь учитывают влияние соединений на точность станков; в авиации для соединений валов с зубчатыми колесами рекомендуют более высокие значения = 50 – 100 МПа – для получения легких конструкций.

Таблица 7. Зубчатые прямобочные соединения, размеры, мм

Номинальные размеры

z х d х D

b

l

r, не более

Серия

6 х 26 х 30

6

0,3

0,2

Легкая

8 х 32 х 36

6

0,4

0,2

8 х 36 х 40

7

0,4

0,3

8 х 42 х 46

8

0,4

0,3

8 х 46 х 50

9

0,4

0,3

8 х 52 х 58

10

0,5

0,5

6 х 11 х 14

3

0,3

0,2

Средняя

6 x 21 х 25

5

0,3

0,2

6 х 26 х 32

6

0,4

0,3

8 х 36 х 42

7

0,4

0,3

10 х 16 х 20

2,5

0,3

0,2

Тяжелая

10 х 18 x 23

3

0,3

0,2

10 x 21 х 26

3

0,3

0,2

10 x 23 x 29

4

0,3

0,2

10 x 26 x 32

4

0,3

0,2

10 x 28 x 35

4

0,4

0,3

10 x 32 x 40

5

0,4

0,3

10 x 36 x 45

5

0,4

0,3

10 x 42 x 52

6

0,4

0,3

Таблица 8. Допускаемые напряжения смятия  на рабочих гранях зубьев (шлицев)

Соединение

Условия эксплуатации

 на рабочих гранях зубьев

без термической обработки

с термической обработкой

Неподвижное

Тяжелые

Средние

Легкие

35-40

60-100

80-120

40-70

100-140

120-200

Подвижное ненагруженное

Тяжелые

Средние

Легкие

15-20

20-30

25-40

20-36

30-40

40-70

Подвижное под нагрузкой

Тяжелые

Средние

Легкие

3-10

5-15

10-20

Примечания: тяжелые условия эксплуатации означают, что нагрузка знакопеременная с ударами; вибрации большой частоты и амплитуды; плохие условия смазки в подвижных соединениях; невысокая точность изготовления.

Последовательность проверочного расчета зубчатых соединений

Исходные данные:

Передаваемый крутящий момент Т.

Диаметр вала d и длина ступицы lст.

Условия работы.

Последовательность расчета:

1.Задаются видом зубчатого соединения в зависимости от точности центрирования деталей, величины нагрузки, условий эксплуатации и типа производства.

2. Зная диаметр вала d, по ГОСТу принимают размеры зубчатого соединения, причем серией задаются в зависимости от характера соединения и условий работы.

3.  Из условия прочности на смятие определяют расчетное напряжение  в соединении и сравнивают с допускаемыми  (табл. 8). Если  превышает  более чем на 5%, то увеличивают длину ступицы lст или принимают другую серию, а иногда другой вид соединения и повторяют проверочный расчет.

Штифтовые и профильные соединения

Штифтовые соединения служат для соединения осей и валов с установленными на них деталями при передаче небольших вращающихся моментов. Образуются совместным сверлением соединяемых деталей и установкой в отверстие с натягом специальных цилиндрических или конических штифтов (рис. 66). Соединения предназначены для точного взаимного фиксирования деталей, а также для передачи небольших нагрузок.

Рис.66 Штифтовые соединения

Рис.67 Конструкции штифтов

Известны цилиндрические (рис.67,а,б), конические (рис.67, в, г, д), цилиндрические пружинные разрезные (рис.67, е), просечённые цилиндрические, конические и др. (рис.67, ж, з, и, к), простые, забиваемые в отверстия (рис.67, б, в), выбиваемые из сквозных отверстий с другой стороны (гладкие, с насечками и канавками, пружинные, вальцованные из ленты, снабжённые резьбой для закрепления или  извлечения (рис.67, д) и т.д. Применяются специальные срезаемые штифты, служащие предохранителями.

По назначению их разделяют на силовые и установочные. На рис. 68 показана установка цилиндрического штифта. В качестве силовых используют конические и фасонные штифты.

Рис. 68. Соединение цилиндрическим штифтом

При больших нагрузках ставят два или три штифта (под углом 90 или 120°). При передаче знакопеременной нагрузки эти штифты следует устанавливать так, чтобы исключить их выпадение. Материал штифтов — сталь Ст5, Стб, 40, 35Х и др. Гладкие штифты выполняют из стали 45 и А12, штифты с канавками и пружинные – из пружинной стали.

При закреплении колёс на валу штифты передают как вращающий момент, так и  осевое усилие.

Достоинства штифтовых соединений:

- простота конструкции;

- простота монтажа-демонтажа;

- точное центрирование деталей благодаря посадке с натягом;

- работа в роли предохранителя, особенно при креплении колёс к валу.

Недостатком штифтовых соединений является ослабление соединяемых деталей отверстием.

Подобно заклёпкам штифты работают на срез и смятие. Соответствующие расчёты выполняют обычно как проверочные

      

Штифты с канавками рассчитывают также, как гладкие, но допускаемые напряжения материала занижают на 50%.

Профильные соединения относятся к бесшпоночным соединениям. Соединяемые детали скрепляются между собой посредством взаимного контакта по некруглой поверхности. Простейшим профильным соединением является соединение с валом или с осью, как показано на рис. 69, а. Более совершенными являются профильные соединения с овальным контуром поперечного сечения. По сравнению со шпоночными и шлицевыми соединениями профильные обеспечивают лучшее центрирование и более высокую прочность, но сложность изготовления профильного отверстия ограничивает их применение. Расчет па прочность профильных соединений сводится в основном к проверке их рабочих поверхностей на смятие.

Рис. 69. Профильные соединения

Рекомендуемая последовательность проектировочного расчета