ШПОНКОВІ, ШЛІЦЬОВІ (ЗУБЧАСТІ)

ТА БЕЗШПОНКОВІ З‘ЄДНАННЯ

7.1. Шпонкові з‘єднання

Шпонкові з'єднання служать для закріплення деталей, що обертаються, на осях і валах. За допомогою цих з'єднань здійснюється передача крутного моменту, наприклад, від вала на шестерню, шків і т.д.

Шпонкові з'єднання одержали широке поширення завдяки простоті і надійності конструкції, зручності зборки і розбирання вузла, низькій вартості.

У залежності від характеру навантаження шпонкові з'єднання розділя­ються на напружені і ненапружені.

7.1.1. Конструкції напружених шпонкових з‘єднань

Напружені шпонкові з‘єднання утворюються за допомогою клинових шпонок, які за способом розташування на валах діляться на врізні, на лисці, фрикційні і тангенціальні.

Врізні шпонки (рис. 7.1). Робочими є широкі грані шпонки. Передача крутного моменту від вала 1 до ступиці 2 відбувається в основному за рахунок сил тертя, що утворюються в з'єднанні від запресування шпонки 3. Клинові врізні шпонки по конструкції підрозділяються на клинові без головки (рис. 7.1, а) і шпонки клинові з головкою (рис. 7.1, б). З клинових шпонок врізні шпонки одержали найбільше поширення. Вони більш надійні (ніж шпонки на лисці і фрикційні) і більш технологічні (ніж тангенціальні).

Рис. 7.1. З‘єднання деталей за допомогою клинової врізної шпонки

Рис. 7.2. З‘єднання за допомогою клинової шпонки на лисці

Шпонки на лисці (рис. 7.2). Для шпонки на лисці на валу передбачають плоску площадку, називану лискою. При цьому вал послабляється лискою в меншій мірі, ніж канавкою для врізної шпонки.

Фрикційні шпонки (рис. 7.3). Вал не має паза, а поверхню шпонки, що стикається з валом, виго­товляють циліндричною з радіусом, рівним ра­діусу вала. Передача крут-

Рис. 7.3. З‘єднання за допомогою фрикційної шпонки

ного мо­менту здійснюється силами тертя. Фрикційні шпон­ки дозволяють регу­лювати положення деталі на валу як у кутовому, так і в осьовому напрям­ках, тому їх застосовують при необ­хідності частих переста­новок наса­дженої на валу деталі.

У порівнянні з врізними шпон­­ками фрикційні і шпонки на лисці вимагають ступиць більшого діаметра і вони менш надійні. Тому їх засто­совують при передачі невеликих крутних моментів.

Рис. 7.4. З‘єднання за допомогою клинових тангенціальних шпонок

Тангенціальні шпонки (рис. 7.4). Шпонка складається з двох одноукосних клинів (і=1:100). Натяг між валом і ступицею створюється в дотичному на­прямку. Одна із широких граней тангенціальної шпонки направлена по дотич­ній до перерізу вала, а одна з вузьких граней – по радіусу вала. Таке розта­шування танген­ціальних шпонок викликає необхідність постановки в з'єднанні двох шпонок, розміщених під кутом 120…130°.

Тангенціальні шпонки надійні, але з'єднання цими шпонками складне, вони застосовуються переважно у важкому машинобудуванні при великих динаміч­них навантаженнях.

При з'єднанні деталей за допомогою напруженого шпонкового з'єднання засто­совується вільна посадка ступиці на вал (із гарантованим зазором). За­пресовка шпонки зміщає центри вала і ступиці на розмір, рівний зазору посадки і деформації деталей. Цей зсув викликає дисбаланс і погано позначається на роботі механізму при великих швидкостях обертання (викликає вібрації). Крім того, обробка паза в ступиці з ухилом створює додаткові технологічні труднощі і часто потрібна індивідуальна пригінка шпонки по пазу, що неприпустимо в умовах масового виробництва.

7.1.2. Ненапружені шпонкові з‘єднання та їх розрахунок

Ненапружені шпонкові з'єднання є найбільш поширеними і утворюються за допомогою призматичних і сегментних шпонок.

Призматичні шпонки (рис. 7.5) застосовуються для утворення нерухомих і рухомиих шпонкових з'єднань. У рухомих з'єднаннях шпонки закріплюються на валу (направляючі шпонки) або в ступиці (ковзні шпонки).

Призматичні шпонки працюють боковими гранями. Розрахунок зводиться до вибору перерізу шпонки за ГОСТом у залежності від діаметру вала і визначенню її довжини з рівнянь міцності. Можливими ушкодженнями призматичної шпонки є зминання бокових граней і зріз.

Рис. 7.5. З‘єднання деталей за допомогою призматичної шпонки

Умова міцності на зминання:

, (7.1)
де і – розрахункове і допустиме напруження на зминання шпонкового з‘єднання; h – висота шпонки; l – розрахункова довжина шпонки.

Якщо прийняти y=d/2, то крутний момент, який передається шпонкою, , звідки

. (7.2)

Умова міцності на зріз:

, (7.3)
де – відповідно розрахункове і допустиме напруження на зріз шпонки. Тоді , звідки

. (7.4)

З отриманих значень довжини шпонки l слід прийняти більше.

Сегментні шпонки працюють боковими гранями (рис. 7.6). Перевага сегментної шпонки – у можливості виготовлення паза за допомогою дискової фрези. Однак глибокий паз значно послаблює вал, тому сегментні шпонки застосовуються при передачі порівняно невеликих навантажень.

Розрахунок сегментних шпонок виконується з тих же передумов, що і призматичних.

Рис. 7.6. З‘єднання за допомогою сегментних шпонок

Рівняння міцності на зминання виступаючої частини шпонки:

, (7.5)
де .

Умова міцності на зріз шпонки:

. (7.6)

Стандартні шпонки виготовляються з чистотягнутих сталевих прутків вуглецевої або легованої сталі. Якщо деталі з'єднання (вал, ступиця, шпонка) виготовлені з різних матеріалів; то вибирається по матеріалу, що має найнижчі характеристики міцності. Допустимі напруження зрізу вибираються по матеріалу шпонки.

Недоліки шпонкових з‘єднань:

1) зниження здатності витримування навантажень з‘єднуваних деталей, тому що пази, лиски зменшують площу поперечного перерізу і викликають концентрацію напружень;

2) ускладнена точна (концентрична) посадка деталей;

3) неможливість передачі однією шпонкою значних крутних моментів.

7.2. Шліцьові (зубчасті) з‘єднання

Шліцьові з'єднання утворюються виступами (шліцями або зуб‘ями) на валу, що входять у западини відповідної форми в ступиці. Шліці на валу фрезеруються, а пази – протягуються. У порівнянні зі шпонковими шліцьові з'єднання мають наступні переваги:

1) більш висока міцність шліцьових з'єднань при перемінних і ударних навантаженнях;

2) більша поверхня контакту шліців, що забезпечує можливість передачі більших зусиль;

3) краще центрування з‘єднуваних деталей і краще напрямлення при переміщенні уздовж вала.

Шліцьові з'єднання бувають нерухомі для нерухомого з'єднання ступиці і вала і рухомі, що забезпечують можливість осьового переміщення ступиці по валу (наприклад, зубчастого колеса коробок передач верстатів, автомобілів і т.д.). За формою профілю розрізняють три основних типи шліцьових з'єднань: прямокутні (прямобічні), евольвентні і трикутні.

Прямокутні шліцьові з‘єднання (рис. 7.7, а) в даний час одержали най­більше поширення і застосовуються в рухомих і нерухомих з'єднаннях. Прямо­кутні шліцьові з'єднання виконуються з центруванням по бічних сторонах шліців (розмір b), по зовнішньому D і внутрішньому d діаметрах. На рис. 7.7, а показане шліцьове з'єднання з центруванням по внут­рішньому діаметру. Розміри прямокутних шліцьових з'єднань стан­дартизовані.

Евольвентні шліцьові з'єднання (рис. 7.7, б) застосовуються в рухо­мих і нерухомих з'єднаннях. Вони виконуються з центруванням по бічних сторонах або, рідше, по зовнішньому діаметру. Евольвентні шліці можна виготовляти на зубофрезерувальних верстатах, одержуючи при цьому високу точність. Основні розміри евольвентних з'єднань установлені ГОСТом (ряд модулів, числа зубів, кут вихідного контуру).

Трикутні шліцьові з'єднання (рис. 7.7, в) застосовуються в нерухомих з'єднаннях для передачі невеликих крутних моментів при застосуванні тонко­стінних втулок або при обмежених габаритах по діаметру. Центрування цього

Рис. 7.7. Типи шліцьових з‘єднань (за формою шліця):

а – прямокутне (прямобічне); б – евольвентне; в – трикутне

з'єднання здійснюється тільки по бічних сторонах шліців. Крім циліндричних застосовуються також конічні шліцьові трикутні з'єднання.

Останнім часом почали застосовувати кулькові шліцьові з‘єднання, у яких для переміщення ступиці достатньо дуже малих зусиль. При переміщенні ступиці під навантаженням несуча спроможність кулькових шліцьових з'єднань у декілька разів більша, ніж звичайних (зубчастих) з'єднань. Однак кулькові шліцьові з'єднання по конструкції складніші і дорожчі звичайних шліцьових з'єднань. Тому їхнє застосування обмежене спеціальними установками.

Число і розміри поперечного перерізу шліців приймають за ГОСТом у залежності від діаметра вала. Довжина шліців визначається довжиною ступиць, а якщо ступиця рухома, – то ходом її переміщення. Розрахунок шліцьових з'єднань роблять як перевірочний. Шліцьові з'єднання роз­раховують на зми­нання:

Рис. 7.8. Розрахункова схема прямокутного шліцьового з‘єднання

, (7.7)
де – розрахункове напруження зминання на робочих поверхнях шліців; Т – крутний момент, що передається; d_c – середній діаметр шліцьового з‘єднання; z – число шліців; h – висота поверхні шліців; l – довжина поверхні контакту шліців, яка приймається рівною довжині ступиці; y – коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу навантаження між шліцями (y=0,7…0,8); [ ] – допустиме напруження зминання робочих поверхонь шліців.

Для прямокутних шліців (рис. 7.8) розміри d_c і h визначаються із виразів:

де f – розмір фаски.

Для шліців евольвентного профілю з центруванням по бокових поверхнях

де – ділильний діаметр; т – модуль зубів.

Для шліців евольвентного профілю з центруванням по зовнішньому діаметру D

Для шліців трикутного профілю (див. рис. 7.8, в)

Недоліки шліцьових з‘єднань:

1) концентрація напружень у кутах пазів та біля основи шліців;

2) нерівномірність розподілу навантаження між шліцями;

3) необхідність застосування спеціального обладнання для виго­товлення шліцьових валів і втулок.

7.3. Безшпонкові з‘єднання

Безшпонкове з‘єднання ступиці та валу може бути виконане:

1) у вигляді з‘єднання з гарантованим натягом (розглянуто раніше);

2) профільним;

3) за допомогою фрикційних затискних кілець.

Рис. 7.9. Профільне з‘єднання деталей

У профільних з‘єднаннях (рис. 7.9) контакт спряжених деталей відбувається по гладкій некруглій поверхні (циліндричній або конічній). Форма перерізу поверхні Б посадки деталей може бути різною: трикутною, квадратною, круглою з лисками, овальною і т.п.

Рис. 7.10. З‘єднання за допомогою фрикційних затискних кілець

Ці з‘єднання відрізняються високою надійністю, однак через складність виготовлення вони отримали обмежене застосування. Розрахунок на міцність профільних з‘єднань зводиться до перевірки робочих поверхонь на зминання.

З‘єднання за допомогою фрикційних затискних кілець (рис. 7.10) почали застосовуватись порівняно недавно. При осьовому натисненні гайкою 2 внутрішнє кільце 4 стискається, а діаметр зовнішнього кільця 3 збільшується. Великий радіальний тиск, який створюється пружними кільцями, викликає значні сили тертя на поверхнях контакту, що забезпечує передачу крутного моменту від валу 1 на ступицю 5. Кільця виготовляють із спеціальної сталі і піддають термічній обробці.

Контрольні питання до розділу "роз‘ємні з‘єднання"

Різьбові з‘єднання

1. Утворення різьби. Основні геометричні параметри різьби.

2. Основні типи різьб. Їх призначення.

3. Основні кріпильні деталі. Матеріали для їх виготовлення.

4. Переваги і недоліки різьбових з‘єднань.

5. Класифікація різьбових з‘єднань у залежності від характеру навантаження.

6. Класифікація різьбових з‘єднань у залежності від призначення.

7. Силові співвідношення у гвинтовій парі. ККД гвинтової пари.

8. Умова самогальмування різьби.

9. Конструкції пристроїв, що перешкоджають самовідгвинчуванню гайки.

10. Розрахунок різьбових з‘єднань, навантажених осьовою силою: умова міцності стержня; умови міцності витка різьби; перевірка різьби за питомим тиском.

11. Розрахунок різьбових з‘єднань, навантажених осьовою силою і крутним моментом.

12. Проектний розрахунок попередньо затягнутого болта без наступної затяжки.

13. Розрахунок попередньо затягнутого болта, для якого можлива наступна затяжка.

14. Розрахунок різьбових з‘єднань, навантажених поперечною силою (випадки установки болта в отвір з зазором і без зазору).

15. Максимальне напруження у матеріалі у випадку навантаження попередньо затягнутого болта з ексцентричною головкою.

16. Конструкції клемових з‘єднань. Можливі випадки навантаження.

Клинові і штифтові з‘єднання

1. Як утворюються клинові з‘єднання? Їх класифікація: за призначенням; у залежності від методу зборки. Конструкції клинів.

2. Переваги і недоліки клинових з‘єднань.

3. Умова самогальмування клина.

4. Умови міцності для ненапруженого клинового з‘єднання.

5. Призначення штифтових з‘єднань. Конструкції і матеріали штифтів.

6. Умова міцності штифта при дії на нього сили, перпендикулярної до його осі.

Шпонкові, шліцьові і безшпонкові з‘єднання

1. Призначення шпонкових і шліцьових з‘єднань.

2. Класифікація шпонкових з‘єднань у залежності від характеру навантаження.

3. Конструкції напружених шпонкових з‘єднань. Порівняльна характеристика.

4. Конструкції шпонок для утворення ненапружених шпонкових з‘єднань.

5. Недоліки шпонкових з‘єднань.

6. Можливі пошкодження призматичної шпонки. Умови міцності.

7. Розрахунок сегментних шпонок.

8. Конструкції шліцьових з‘єднань за призначенням і за формою профілю шліців.

9. Переваги шліцьових з‘єднань у порівнянні зі шпонковими.

10. Способи центрування шліцьових з‘єднань. Вибір і перевірка міцності шліцьових з‘єднань.

11. Конструкції безшпонкових з‘єднань.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. – М.: Машиностроение, 1982.

2. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. – М.: Машиностроение, 1979.

3. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. – М. – 1990.

4. Гузенков. П.Г. Детали машин. – М: Высш. шк.. 1986.

5. Детали машин. Расчет и конструирование. В 3-х т. / Под. ред. Н.С. Ачеркана. – М.: Машиностроение, 1969.

6. Заблонський К.І. Деталі машин. – Одеса: Астро Принт, 1999.

7. Иванов М.Н. Детали машин. – М.: Высш. шк., 2000.

8. Кудрявцев В.Н. Детали машин. – М.: Высш. шк., 1980.

9. Николаев Г.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Расчет и проектирование. – М. – 1990.

10. Решетов Д.Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1989.

ЗМІСТ

Стор.

ВСТУП......................................................................................... 3

НЕРОЗ‘ЄМНІ З‘ЄДНАННЯ........................................................... 4

1. ЗАКЛЕПКОВІ З‘ЄДНАННЯ......................................................... 4

1.1. Області застосування, конструкції, технологія...................

виготовлення заклепкових з‘єднань...................................... 4

1.2. Класифікація заклепкових з‘єднань...................................... 6

1.3. Міцність елементів заклепкового з‘єднання........................ 8

1.4. Розрахунок міцних заклепкових з‘єднань............................ 10

2. ЗВАРНІ З‘ЄДНАННЯ.................................................................... 11

2.1. Загальні відомості.................................................................... 11

2.2. Види зварних з‘єднань і типи зварних швів......................... 12

2.3. Розрахунок зварних з‘єднань.................................................. 15

3. ПАЯНІ ТА КЛЕЙОВІ З‘ЄДНАННЯ........................................... 17

3.1. Загальні відомості.................................................................... 17

3.2. Паяні з‘єднання........................................................................ 18

3.3. Клейові з‘єднання.................................................................... 19

4. З‘ЄДНАННЯ З ГАРАНТОВАНИМ НАТЯГОМ........................ 20

Контрольні питання до розділу "Нероз‘ємні з‘єднання"......................... 22

РОЗ‘ЄМНІ З‘ЄДНАННЯ............................................................................ 23

5. РІЗЬБОВІ З‘ЄДНАННЯ................................................................. 23

5.1. Загальні відомості.................................................................... 23

5.2. Утворення різьби та види різьб.............................................. 24

5.3. Класифікація різьбових з‘єднань........................................... 27

5.4. Силові співвідношення, умови самогальмування і ККД

гвинтової пари......................................................................... 28

5.5. Розрахунок різьбових з‘єднань............................................... 32

5.5.1. З‘єднання, навантажене осьовою розтяжною силою 32

5.5.2. Болт сприймає розтяг і кручення................................ 34

5.5.3. Попередньо затягнутий болт, додатково навантаже-

ний осьовою розтяжною силою.................................... 35

5.5.4. Болт, навантажений поперечною силою, встанов-

лений у отвір з зазором................................................. 38

5.5.5. Болт, навантажений поперечною силою, встанов-

лений у отвір з-під розвертки без зазора..................... 39

5.5.6. Попередньо затягнутий болт з ексцентричною голов-

кою................................................................................... 40

5.6. Клемові з‘єднання.................................................................... 41

6. КЛИНОВІ ТА ШТИФТОВІ З‘ЄДНАННЯ................................... 44

6.1. Клинові з‘єднання.................................................................... 44

6.2. Штифтові з‘єднання................................................................ 49

7. ШПОНКОВІ, ШЛІЦЬОВІ (ЗУБЧАСТІ) ТА БЕЗШПОНКОВІ

З‘ЄДНАННЯ.................................................................................... 50

7.1. Шпонкові з‘єднання................................................................ 50

7.1.1. Конструкції напружених шпонкових з‘єднань.......... 51

7.1.2. Ненапружені шпонкові з‘єднання та їх розрахунок.. 53

7.2. Шліцьові (зубчасті) з‘єднання................................................ 55

7.3. Безшпонкові з‘єднання............................................................ 58

Контрольні питання до розділу "Роз‘ємні з‘єднання"............................. 59

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА........................................................... 61

Поиск по сайту: