 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Ненапряженные шпоночные соединения
6.2.3.1 Конструкция и параметры соединения Конструкция соединения призматической шпонкой представлена на рисунке 9.1.
На рисунке введены следующие обозначения: d – номинальный диаметр соединения; b´h – размеры (ширина и высота) поперечного сечения шпонки; ℓст – длина ступицы; ℓш – длина шпонки; ℓр – рабочая длина шпонки; Δ – гарантированный зазор между шпонкой и дном паза ступицы; t1 и t2 – глубина врезания шпонки в вал и ступицу; Т1 и Т2 – вращающие моменты (движущий и сопротивления); ω – угловая скорость; hF1 , hF2 – плеч сил Ft1 и Ft2 (равнодействующих давлений в стыках вал-шпонка и шпонка-ступица). Размеры b´h принимают в зависимости от d b´h=f(d) , b=(0,2…0,3)d , причем b:h = 1:1…2:1 (например, 6´6…80´40 мм). Длина шпонки ℓш=ℓст–5…10 мм. Рабочая длина шпонки зависит от исполнения, например, для шпонки со скругленными концами (см. рис.9.1 б) ℓр=ℓш–b. 2.3.2 Взаимодействие и напряженно-деформированное состояние деталей соединения В рассматриваемом случае осуществляется только угловая фиксация ступицы на валу для передачи вращающего момента от вала к ступице или наоборот. Рабочими гранями при этом являются узкие боковые. Детали соединения испытывают смятие, а шпонки – дополнительно сдвиг (срез) (см. рисунок 9.1).
2.3.3 Виды отказов и расчета. Критерии работоспособности Основной вид отказов – смятие рабочих поверхностей. При проектировании необходимо обеспечить прочность соединения. Так как |Т1|=|Т2|=Т, то учитывая, что hF1<hF2 (см. рисунок 9.1 в), имеем Ft1>Ft2 . Следовательно, при t1=t2 sсм 1>sсм 2 . Поэтому для обеспечения равнопрочности по смятию, как правило, принято что (ГОСТ 23360-78) t1>t2 , (t2 ≈0,4h) 2.3.4 Расчет на прочность Шпоночные соединения следовало бы рассматривать на прочность по напряжениям смятия и среза. Однако при стандартизации ширина b и высота h шпонки назначены таким образом, что запас прочности по срезу больше, чем по смятию. Поэтому стандартные соединения рассчитывают только на смятие. Условие прочности имеет вид sсмi =Fti/Aсмi ≤[sсм]min ; i = 1; 2. Так как Fti=Т/hFi ; hFi≈d/2 и Aсмi =tiℓр , то окончательно
где Т – передаваемый вращающий момент, Н∙м; [sсм]min – допустимое напряжение смятия менее прочной детали. Целесообразно, чтобы это была шпонка. Принимая, что t2 ≈0,5h , будем иметь sсм=4T×103 /(dhℓр)≤[sсм]min . Отсюда ℓрmin =4T×103 /(dh[sсм]min ).
2.3.5 Допускаемые напряжения [sсм]min =sT min/[S, где sTmin – предел текучести материала менее прочной детали (шпонки); [S] – допускаемое значение коэффициента безопасности, причем [S]=1,5…2 и [S]=2,2…3 при нереверсивной спокойной и реверсивной нагрузке соответственно.
2.3.6.Достоинства и недостатки шпоночных соединений Достоинства – простота конструкции; возможность жесткой угловой фиксации насаживаемой детали. Недостаток призматических шпонок – трудоемкость в изготовлении (требуется ручная пригонка или подбор), что ограничивает их применение в соединениях машин крупносерийного и массового производства. Кроме того, шпоночный паз ослабляет вал и является концентратором напряжений.
2.4 Напряженные соединения клиновыми шпонками Клиновые шпонки – клинья, как правило, с уклоном 1:100, обеспечивающим самоторможение. У них рабочими являются широкие верхняя и нижняя грани, а по боковым граням имеется зазор. Эти шпонки создают напряженное соединение и обеспечивают как угловую, так и осевую фиксацию, т.е. такое соединение способно передавать не только вращающий момент, но и осевую силу. Достоинства соединений – отсутствие зазоров и поэтому хорошее восприятие ударных нагрузок. Недостатки соединений – клиновые шпонки при сборке вызывают радиальное смещение оси ступицы по отношению к оси вала на величину радиального посадочного зазора и контактных деформаций. Кроме того, возможен перекос соединительных деталей. В этой связи область применения клиновых шпонок сейчас резко сократилась.
2.5 Конструирование шпоночных соединений Данный вопрос рассматривается в работе /17/.
3 Шлицевые соединения 3.1 Функциональное назначение и конструкция соединения Шлицевое соединение (рисунок 9.2) условно можно рассматривать как многошпоночное, у которого шпонки выполнены за одно целое с валом.
Шлицевые соединения предназначены для жесткой угловой фиксации ступиц деталей на валах.
3.2 Достоинства шлицевых соединений По сравнению со шпоночными соединениями они имеют следующие преимущества: повышенную нагрузочную способность благодаря значительно большей поверхности контакта, равномерному распределению давления по высоте зубьев и меньшей концентрации напряжений у валов; высокую точность центрирования ступицы на валу; взаимозаменяемы. Это предопределяет использование соединений при больших нагрузках и частоте вращения в условиях массового производства.
3.3 Виды соединений. Способы центрирования В зависимости от формы зубьев (см. рисунок 9.2) соединения с прямобочными, эвольвентными и треугольными шлицами. Шлицевые соединения могут быть неподвижными и подвижными: без нагрузки (в коробках передач) и под нагрузкой (карданные валы автомобилей). Наибольшее применение в машиностроении имеют прямобочные шлицевые соединения, размеры которых стандартизированы по ГОСТ 1139. Эвольвентное шлицевое соединение (ГОСТ 6033) отличается от прямобочного более совершенной технологией изготовления, повышенной прочностью самих шлиц и валов и точностью центрирования. Треугольное шлицевое соединение применяется для неподвижных соединений при небольших нагрузках, на тонкостенных деталях и т.п. При соединении шлицевой втулки с валом различают три способа их относительного центрирования: по наружному диаметру D , по боковым сторонам зубьев b и по внутреннему диаметру d. Более подробно по данному вопросу рассматривают в курсе «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения» / 37 /.
3.4 Условия работы. Виды отказа Эксперименты показывают, что при работе шлицевых соединений при радиальных нагрузках и изгибающих моментах происходят скольжение и изнашивание, связанные с зазорами и контактными деформациями /11, 27 /, особенно в тех случаях, когда отсутствует подача смазочного материала, например, в шлицевых соединениях валов в муфтах. Основные виды отказа шлицевых соединений связаны с повреждениями рабочих поверхностей зубьев в виде: износа, смятия, фреттинг-коррозии и заедания. Кроме того, возможны поломки шлицевых валов и зубьев.
3.5 Критерии работоспособности и расчета Главными критериями работоспособности шлицевых соединений являются износостойкость, стойкость против заедания и прочность. Надежность соединений обеспечивается выбором соответствующего материала, упрочнением (поверхностная закалка с нагревом ТВЧ, цементация или нитроцементация с закалкой, азотирование) рабочих поверхностей шлицев и расчетом. Основным считают расчет на износ с проверкой на смятие до приработки / 27 /.
3.6 Расчеты шлицевых соединений Выбранные по расчетному диаметру вала d и длине ступицы ℓр в соответствии со стандартами шлицевые соединения проверяются на износостойкость. Исходное условие износостойкости (по напряжению смятия) sсм=F1 /Aсм1≤[s]усл, где F1–окружная сила, приходящаяся на один шлиц (рисунок 9.3); Aсм1 – площадь смятия одного шлица; [s]усл – условное допускаемое давление. Так как F1=T/(rmz) и Aсм1=hpℓр, то окончательно
где SF=rmzhp ; rm=0,5dm=0,25(D+d); hp =0,5(D–d)–2C. В приведенных выражениях Т – вращающий момент, Н·м ; S F – удельный суммарный статический момент рабочей поверхности всех шлицев относительно оси вращения; ℓр – рабочая длина соединения; dm – средний по высоте шлицев диаметр; z – число шлицев; hp – рабочая высота шлицев; С – радиальный размер фасок.
3.7 Выбор условного допускаемого давления Ограничимся случаем упрощенного расчета (по ГОСТ 2125) прямобочных шлицевых соединений, имеющих преимущественное применение. Для него [s]усл выбирают из таблиц стандарта в зависимости от твердости [s]усл=f(HRCЭ) , причем [s]усл=90…205 МПа при твердости 20…60 HRCЭ .
4 Шариковые шлицевые соединения Они используются в качестве подвижных соединений вал – ступица. Малые силы для перемещения, отсутствие зазора и большая угловая жесткость – достоинства этих соединений. Допускаемые вращающие моменты соединений из цементуемых сталей Т=0,016zшℓdD , где Т , Н·м ; zш – число рабочих шлицев; d – диаметр шариков, мм; D – диаметр окружности расположения центров шариков, мм; ℓ – рабочая длина соединения, мм.
5 Профильные соединения Конструкция таких соединений представлена на рисунке 9.4. Достоинства: - рабочие поверхности деталей можно обрабатывать шлифованием, в том числе отверстия в ступицах, имеющих высокую твердость; - обеспечение хорошего центрирования соединяемых деталей без концентрации напряжений в них; - пониженный шум. Недостатки: несущая способность таких соединений ниже, чем шлицевых, так как в соединениях с выпуклыми поверхностями напряжения смятия выше.
Более благоприятно распределены напряжения у профилей с вогнутыми поверхностями, например, у трефных соединений (см. рисунок 9.4 д). Они представляют собой, по существу, крупные шлицы трапецеидального профиля и по прочности на смятие и изгиб равноценны последним, но имеют пониженное сопротивление кручению. Из-за сложной технологии изготовления профильные соединения целесообразно применять при массовом производстве.
6 Штифтовые соединения Конструктивные разновидности штифтовых соединений показан на рисунке 9.5 Цилиндрический штифт, по существу, - круглая шпонка. Соединения воспринимают осевую силу Fa и вращающий момент Т. Штифты испытывают деформацию сдвига (среза) и смятия. Более подробно о штифтовых соединениях изложено в / 17, 27 /.
   Вопросы для самоконтроля 1 Какие виды шпонок применяют в машиностроении и каково их назначение? 2 Почему размеры поперечного сечения шпонок назначают в зависимости от диаметра вала? 3 Объясните, почему глубина шпоночного паза вала больше, чем ступицы. 4 Почему прочность призматических шпонок достаточно проверить по напряжениям смятия? 5 В каких случаях рекомендуется применять сегментные шпонки? 6 Почему клиновые шпонки не применяют в точном машиностроении? 7 Каковы рекомендации по конструированию шпоночных соединений? 8 По каким признакам классифицируют шлицевые соединения? 9 Каковы достоинства шлицевых соединений по сравнению со шпоночными? 10 Какие используют способы центрирования шлицевых прямобочных соединений и в каких случаях? 11 В чем заключаются особенности расчета шлицевых соединений? 12 Каковы достоинства шариковых шлицевых соединений? 13 Объясните конструкцию профильных соединений. Каковы их достоинства и недостатки? 14 Каковы конструктивные формы штифтов? Укажите область их применения.
|
sсм=T103/(SFℓр)≤[s]усл ,
