Соединения сегментными шпонками. Шлицевые соединения. Сравнительная оценка соединений

Лекция №11

8.3. Соединения сегментными шпонками

Сегментные шпонки распространены меньше призматических. Шпонки изготавливают из чистотянутых сегментных профилей диаметром d_ш. Высота шпонки h = 0,4 d_ш, длина l = d_ш.  Шпонки имеют более глубокую посадку (рис. 8.2), не перекашиваются под нагрузкой и не требуют ручной пригонки. Их ставят на относительно тонких участках валов (до 38 мм). При длинных ступицах можно ставить в ряд по оси вала две сегментные шпонки.

Принцип работы сегментных шпонок подобен принципу работы призматических шпонок. Размеры шпонок приведены в справочниках [5, 9].  Расчёт на смятие выполняют по формуле, аналогичной (8.1):

                                                   (8.5)

Обозначение: Шпонка b × h × D ГОСТ 24071-80.

Пример 8.2. Подобрать сегментную шпонку и проверить её по напря-жениям смятия по следующим исходным данным: диаметр вала d = 30 мм, крутящий момент на валу Т = 200 Нм, материал ступицы сталь 35. Нагрузка нереверсивная. Шпоночное соединение – основное, посадка – переходная.

Решение.

Предел текучести стали 35 = 300 МПа (прил. 8). Допускаемое напряжение смятия  [s_см] = 360/2,1 = 142,9 МПа (коэффициент запаса s в п. 8.2). Принимаем по диаметру вала шпонку с размерами: ширина b = 8 мм, высота h = 11 мм, глубина паза втулки t₂ = 3,3 мм, диаметр шпонки d_ш = 28 мм (прил. 19). Длина шпонки l = d_ш  = 28 мм. Рабочие напряжения смятия:

Вывод. Прочность достаточна, так как рабочее напряжение незначительно ниже допускаемого. Принята шпонка 81128 ГОСТ 24071-80.

8.4. Соединение клиновыми шпонками

Клиновые шпонки (рис. 8.3) располагают в пазу с зазором по боковым граням, а рабочими являются широкие грани шпонки. Передача крутящего момента от вала к ступице осуществляется, в основном, силами трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки (забивки шпонки в паз). При этом в деталях возникают напряжения смятия по широким граням и по полуцилиндру.

Клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали, при котором её торцовая плоскость не будет перпендикулярна оси вала. Обработка паза в ступице с уклоном, равным уклону шпонки (1:100), создаёт дополнительные технологические трудности и часто требует индивидуальной пригонки шпонки по пазу, что недопустимо в условиях крупносерийного и массового производства.

Разновидностью клиновых шпонок являются тангенциальные шпонки (рис. 8.4), которые ставят попарно в паз, располагая их наклонными поверхностями друг к другу и забивая их в противоположные стороны. При необходимости реверса ставят два комплекта шпонок с их расположением под 120.  Размеры клиновых шпонок приведены в литературе [2, 3, 9]. Применение клиновых шпонок значительно сократилось, что позволяет не рассматривать их конструктивные разновидности и расчёт на прочность.

Тема 9: Шлицевые соединения

9.1. Оценка и применение

Шлицевое соединение (рис. 9.1) условно можно рассматривать как много-шпоночное, у которого шпонки выполнены заодно с валом в виде наружных зубьев, вследствие чего их называют также зубчатыми соединениями. В отверстии ступицы 2 протяжкой нарезают внутренние зубья, наружные зубья на валу 1 фрезеруют. По сравнению со шпоночными шлицевые соединения имеют следующие достоинства:

1) Меньше радиальные габариты.

Рис. 9.1. Шлицевое соединение

2) Высокая несущая способность.

3) Взаимозаменяемость.

4) Хорошее центрирование деталей.

Эти преимущества позволяют использовать соединения в условиях массового производства и при большой угловой скорости валов. Шлицевые соединения нашли широкое применение в высоконапряжённых машинах (автотракторная промышленность, станкостроение, авиастроение, сельхозмашиностроение). Соединения обеспечивают жёсткое фиксирование деталей в окружном направлении и допускают их взаимные осевые перемещения (подвижные соединения).

Недостатки:

1) Концентрация напряжений (меньшая, чем у шпоночных соединений).

2) Относительная сложность изготовления.

9.2. Классификация и геометрия

По форме профиля зубьев различают три вида соединений: прямобочные, эвольвентные и треугольные.

          А) Соединения с прямобочными зубьями (рис. 9.2) наиболее распро-странены в машиностроении. В зависимости от числа зубьев (z = 6…20) и их высоты предусмотрены три серии соединений: легкая, средняя и тяжелая. При переходе от легкой к тяжёлой серии увеличивается число зубьев, внешний диаметр и, как следствие, нагрузочная способность.

Рис. 9.2. Поверхности центрирования

Центрирование осуществляют по внешнему D (рис 9.2, а) или внутреннему d (рис. 9.2, б) диаметрам зубьев, а также по боковым поверхностям зубьев b(рис. 9.2, в). При центрировании по диаметрам соединение имеет минимальные зазоры по поверхностям диаметров D или d  и ограниченный зазор по боковым сторонам. По нецентрирующему диаметру предусмотрен значительный зазор.