Главная страница
Навигация по странице:

  • Шпоночные соединения 1.1.Общие сведения Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки и др.). Шпонка

  • Достоинства шпоночных соединений

  • 1.2. Разновидности шпоночных соединений Шпоночные соединения подразделяют на напряженные и напряженные. Ненапряженные

  • Соединения призматическими шпонками.

  • Соединения сегментными шпонками

  • Соединения клиновыми шпонками

  • Соединения тангенциальными шпонками

  • 1.З.Расчет шпоночных соединений

  • Соединения призматическими шпонками проверяют по условию прочности на смятие

  • При проектировочных расчетах

  • Условие прочности на срез

  • ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 2.1 .Общие сведения

  • 2.2. Разновидности шлицевых соединений Шлицевые соединения различают: по характеру соединения

  • 2.3. Расчет шлицевых соединений

  • Вопрос 2 – Способы центрирования шлицевых соединений

  • Вопрос 3 – Прессовые соединения. Характеристика. Способы сборки

  • Вопрос 4 – Расчет прессовых соединений

  • Ответы к зачету. Вопрос 1 Шпоночные и шлицевые соединения. Виды, расчет на прочность Шпоночные соединения Общие сведения


    Скачать 0.65 Mb.
    НазваниеВопрос 1 Шпоночные и шлицевые соединения. Виды, расчет на прочность Шпоночные соединения Общие сведения
    АнкорОтветы к зачету.docx
    Дата24.04.2017
    Размер0.65 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаОтветы к зачету.docx
    ТипДокументы
    #2938
    страница1 из 3
      1   2   3

    Вопрос 1 – Шпоночные и шлицевые соединения. Виды, расчет на прочность

    Шпоночные соединения

    1.1.Общие сведения

    Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки и др.). Шпонка представляет собой стальной брус, устанавливаемый в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей. Основные типы шпонок стацдартизованы. Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковым или концевыми фрезами, в ступицах протягиванием.

    Достоинства шпоночных соединений - простота конструкции и сравнительная легкость монтажа и демонтажа, вследствие чего их широко применяют во всех отраслях машиностроения.

    Недостаток - шпоночные пазы ослабляют вал и ступицу насаживаемой на вал детали. Ослабление вала обусловлено не только уменьшением его сечения, но главное, значительной концентрацией напряжений изгиба и кручения, вызываемой шпоночным пазом. Шпоночное соединение трудоемко в изготовлении: при изготовлении паза концевой фрезой требуется ручная пригонка шпонки по пазу; при изготовлении паза дисковой фрезой крепление шпонки в пазу винтами (от возможных осевых смещений).

     1.2. Разновидности шпоночных соединений

     Шпоночные соединения подразделяют на напряженные и напряженные. Ненапряженные соединения получают при использовании призматических и сегментных шпонок. В этих случаях при сборке соединений в деталях не возникает предварительных напряжений. для обеспечения центрирования и исключения контактной коррозии ступицы устанавливают на валы с натягом.

    Напряженные соединения получают при применении клиновых, и тангенциальных шпонок. При сборке таких соединений возникают предварительные (монтажные) напряжения.

    Основное применение имеют ненапряженные соединения.

    Соединения призматическими шпонками. Рабочими являются боковые, более узкие грани шпонок высотой h. Размеры сечения шпонки и глубины пазов принимают в зависимости от диаметра d вала.

    По форме торцов различают шпонки со скругленными торцами исполнение 1, с плоскими торцами

    исполнение 2 , с одним плоским, а другим скругленным торцом исполнение З .

    Соединения сегментными шпонками . Сегментные шпонки, как и призматические, работают боковыми гранями. Их применяют при передаче относительно небольших вращающих моментов. Сегментные шпонки и пазы для них просты в изготовлении, удобны при монтаже и демонтаже. Широко применяют в серийном и массовом производстве.







    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/57/76/5097657.jpeg



     

    Соединения клиновыми шпонками . Клиновые шпонки имеют форму односкосных самотормозящих клиньев с уклоном 1:100. Такой же уклон имеют и пазы в ступицах. Клиновые шпонки изготовляют без головок и с головками. Головка служит для выбивания шпонки из паза. В этих соединениях ступицу устанавливают на валу с небольшим зазором. Клиновую шпонку забивают в пазы вала и ступицы, в результате на рабочих широких гранях шпонки создаются силы трения, которые могут передавать не только вращающий момент, но и осевую силу. Соединение хорошо воспринимает ударные и переменные нагрузки.

    Соединения клиновыми шпонками применяют в тихоходных передачах.

    Соединения тангенциальными шпонками. Тангенциальная шпонка состоит из двух односкосных клиньев с уклоном 1:100 каждый. Работает узкими боковыми гранями. Клинья вводятся в пазы вала и ступицы ударом; образуют напряженное соединение. Распорная сила между валом и ступицей создается в касательном (тангенциальном) направлении. В соединении ставят две тангенциальные шпонки под углом 120°, каждая шпонка передает момент только в одну сторону.

    1.З.Расчет шпоночных соединений

    Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов подобраны так, что прочность их на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений расчет на смятие. Проверку шпонок на срез в большинстве случаев не проводят.
    Соединения призматическими шпонками проверяют по условию прочности на смятие:

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/58/76/5097658.png

    Сила, передаваемая шпонкой, F1=2*103T/d. На смятие рассчитывают выступающую из вала часть шпонки.

    При высоте фаски шпонки http://www.vevivi.ru/best/images/servus/59/76/5097659.pngплощадь смятия

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/60/76/5097660.pngследовательно,

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/61/76/5097661.png

    Где Т- передаваемый момент, H-м; d – диаметр вала, мм; h, r1высота шпонки и глубина паза нп валу, мм (таблица величин); http://www.vevivi.ru/best/images/servus/62/76/5097662.jpeg - допускаемые напряжения смятия, lp – рабочая длина шпонки; для шпонок с плоскими торцами lp=l, со скругленными lp=l

    -http://www.vevivi.ru/best/images/servus/63/76/5097663.jpeg

    При проектировочных расчетах после выбора размеров поперечного сечения шпонки Ь и h по таблице определяют расчетную рабочую длину 1 шпонки по формуле (4.1).

    Длину шпонки со скругленными торцами lp= 1+Ь или плоскими торцами lp== 1 назначают из стандартного ряда.

    Длину ступицы 1смпринимают на 8... 10 мм больше длины шпонки. Если длина ступицы больше величины 1,5d,, то шпоночное соединение целесообразно заменить на шлицевое или соединение с натягом.
    Соединения сегментными шпонками (см. рис. 4.1) проверяют на смятие:

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/64/76/5097664.png

    Где lp=l – рабочая длина шпонки; (h –t) – рабочая глубина в ступнице.

    Сегментная шпонка узкая, поэтому в отличие от призматической ее проверяют на срез.

    Условие прочности на срез

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/65/76/5097665.png

     

    Где b – ширина шпонки; http://www.vevivi.ru/best/images/servus/66/76/5097666.jpeg - допускаемое напряжение на срез шпонки.

    Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой чистотянутой стали с

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/67/76/5097667.pnghttp://www.vevivi.ru/best/images/servus/68/76/5097668.png600 Н/мм2 чаще всего из сталей 45, Стб.

    Допускаемые напряжения смятия для шпоночных соединений:

    при стальной ступице [http://www.vevivi.ru/best/images/servus/67/76/5097667.png]см = 130...200 Н/мм2

    при чугунной [http://www.vevivi.ru/best/images/servus/67/76/5097667.png]см 80... 110 Н/мм2. Большие значения принимают при постоянной нагрузке, меньшие при переменной и работе с ударами.

    При реверсивной нагрузке [http://www.vevivi.ru/best/images/servus/67/76/5097667.png]см снижают в 1,5 раза.

    Допускаемое напряжение на срез шпонок http://www.vevivi.ru/best/images/servus/69/76/5097669.jpeg 70... 100 Н/мм2.

    Большее значение принимают при постоянной нагрузке.

    ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

     2.1 .Общие сведения

    Шлицевое соединение образуют выступы зубья на валу и соответствующие впадины шлицы в ступице . Рабочими поверхностями являются боковые стороны зубьев. Зубья вала фрезеруют по методу обкатки или накатывают в холодном состоянии профильными роликами по методу продольной накатки. Шлицы отверстия ступицы изготовляют протягиванием.

    Шлицевые соединения стандартизованы и широко распространены в машиностроении.

    Достоинства шлицевых соединений по сравнению со шпоночными. 1. Лучшее центрирование соединяемых деталей и более точное направление при их относительном осевом перемещении. 2. Меньшее число деталей соединения: шлицевое соединение образуют две детали, шпоночное три, четыре. З. При одинаковых габаритах возможна передача больших вращающих моментов за счет большей поверхности контакта. 4. Большая надежность при динамических и реверсивных нагрузках. 5. Большая усталостная прочность вследствие меньшей концентрации напряжений изгиба, особенно для эвольвентных шлицев. б. Меньшая длина ступицы и меньшие радиальные размеры.
    Недостатки более сложная технология изготовления, а следовательно, и более высокая стоимость.

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/70/76/5097670.jpeg
    2.2. Разновидности шлицевых соединений

    Шлицевые соединения различают: по характеру соединения - неподвижные для закрепления детали на валу; подвижные, допускающие перемещение вдоль вала; по форме зубьев прямобочные , эвольвентные , треугольные; по способу центрирования (обеспечения совпадения геометрических осей) ступицы относительно вала с центрированием по наружному диаметру В , по внутреннему диаметру ,и по боковым поверхностям зубьев. Зазор в контакте поверхностей: центрирующих практически отсутствует, нецентрирующих значительный.

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/71/76/5097671.png

     

    2.3. Расчет шлицевых соединений

    Основными критериями работоспособности шлицевых соединений являются сопротивления рабочих поверхностей смятию и изнашиванию.

    Параметры соединения выбирают по таблицам стандарта в зависимости от диаметра вала, а затем проводят расчет по критериям работоспособности.
    Смятие и изнашивание рабочих поверхностей связаны с действующими на контактирующих поверхностях напряжениями http://www.vevivi.ru/best/images/servus/67/76/5097667.pngсм.

    Упрощенный (приближенный) расчет основан на ограничении напряжений смятия допускаемыми значениями http://www.vevivi.ru/best/images/servus/67/76/5097667.pngсм., назначаемыми на основе опыта эксплуатации подобных конструкций:

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/72/76/5097672.png

    где Т- расчетный вращающий момент (наибольший из длительно действующих моментов при переменом режиме нагружения), Н-м;

    К3- коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями (зависит от точности изготовления и условий работы),

    К = 1,1... 1,5;d- средний диаметр соединения, мм; число z -зубьев; h -рабочая высота зубьев, мм; lp-рабочая длина соединения, мм; http://www.vevivi.ru/best/images/servus/67/76/5097667.pngсм допускаемое напряжение смятия, Н/мм2.
    Для соединений с прямобочными зубьями:

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/73/76/5097673.png

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/74/76/5097674.pngf – фаска зуба.

    Для соединения с эвольвентными зубьями:

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/75/76/5097675.png

    Для соединения с треугольными зубьями

    http://www.vevivi.ru/best/images/servus/76/76/5097676.png


    Вопрос 2 – Способы центрирования шлицевых соединений

    Существуют три способа центрирования вала:



    По наружному диаметру
    Самый простой и дешевый способ центрирования. Вал фрезеруют и шлифуют по наружному диаметру, втулку протягивают. Применяется при отсутствии термообработки поверхности отверстия втулки или при ее термическом улучшении (НВ 280-300)



    По внутреннему диаметру
    Самый точный и дорогой способ центрирования. Вал фрезеруют и продольно шлифуют по внутреннему диаметру и боковым поверхностям шлицев, втулку протягивают и шлифуют по внутреннему диаметру. Применяется при закаленных втулке и вале.



    По боковым сторонам
    Наиболее равномерное распределение нагрузки между шлицами; точность центрирования невысока. Вал фрезеруют и продольно шлифуют по боковым поверхностям шлицев, втулку протягивают. Применяется для тяжелонагруженных соединений при термически улучшенной поверхности отверстия втулки (НВ 280-300).

    Вопрос 3 – Прессовые соединения. Характеристика. Способы сборки

    Прессовым называется соединение составных частей изделий с гарантированным натягом вследствие того, что размер охватываемой детали больше соответствующего размера охватывающей детали. Прессовые соединения передают рабочие нагрузки за счет сил трения покоя между сопряженными поверхностями, которые могут быть цилиндрическими и коническими. допускают нечастую разборку без нарушения целостности составных частей изделия.
    Разность размеров вала и отверстия до сборки называется натягом. Нагрузочная способность прессовых соединений определяется преимущественно натягом, который назначают в соответствии с посадками.
    Достоинства прессовых соединений: простота и технологичность конструкций за счет отсутствия соединительных деталей, обеспечение хорошего центрирования соединяемых деталей, возможность применения при очень больших осевых нагрузках и вращающих моментах, высокая надежность при ударных нагрузках.

    Основные недостатки прессовых соединений: сложность демонтажа и возможность ослабления натяга после разборки, ограниченность несущей способности при вибрационных нагрузках за счет фреттинг-коррозии (разрушение сопряженных поверхностей при очень малых колебательных относительных перемещениях), рассеивание величины натяга и нагрузочной способности соединения за счет допусков на изготовление деталей.
    Прессовые соединения могут быть получены тремя способами: продольной сборкой путем запрессовки осевой силой; поперечной сборкой за счет нагрева или охлаждения одной из деталей до состояния, при котором они свободно соединяются; комбинированной, например, гидропрессовой сборкой, при которой одновременно с действием осевого усилия в зону контакта сопрягаемых деталей подается масло под высоким давлением для получения необходимой поперечной деформации. Из этих трех способов наименее совершенным является первый — запрессовка, так как при нем неизбежно повреждение контактных поверхностей, нарушение их микрогеометрии и, как следствие, снижение нагрузочной способности соединения в полтора-два раза.

    Вопрос 4 – Расчет прессовых соединений
    В результате сборки прессового соединения за счет натяга на сопрягаемых поверхностях возникают контактные давления р,



    которые равномерно распределены по поверхности контакта. Если на конструкцию действует осевая сила F и вращающий момент T , то на сопрягаемых поверхностях возникнут силы трения, которые должны исключить относительное смещение деталей соединения. Пользуясь принципом независимости действия сил, можем написать условия равновесия:

    http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image021.gif,

    http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image023.gif, (1)

                 где http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image025.gif— коэффициент сцепления; для стальных и чугунных деталей: http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image026.gif= 0,08...0,1 при запрессовке; http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image026.gif=0,12...0,14 при сборке с нагревом или охлаждением; http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image026.gif= 0,12 при гидропрессовании; если одна из деталей латунная или бронзовая, то http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image026.gif= 0,05.

                  Из вышеуказанных условий равновесия определим минимально необходимые значения контактного давления:

    http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image028.gif,

    http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image030.gif. (2)

                 Если осевая сила F и вращающий момент Т действуют одновременно, то расчет ведут по равнодействующей R осевой и окружной силы:

    http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image032.gif, т.е. http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image034.gif, (3)

    тогда

    http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image036.gif(4)

                В зависимости от ответственности соединения полученное минимально необходимое значение http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image038.gifувеличивают, умножая его на коэффициент запаса сцепления К = 1,5...3. По найденному расчетному контактному давлению http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image040.gifопределяем расчетный натяг Np , пользуясь выводимой в вузовских курсах «Сопротивления материалов» формулой Ляме для расчетов толстостенных цилиндров (цилиндр считается толстостенным, если его средний радиус превышает толщину стенки не более чем в пять раз):

    http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image042.gif, (5)

    где http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image044.gif;

    http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image046.gif;

    http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image048.gif, http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image050.gif, и http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image052.gif, http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image054.gif—модули упругости первого рода и коэффициенты       Пуассона соответственно для материалов охватываемой и охватывающей деталей: для стали http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image056.gif= 0,3, для чугуна http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image056.gif= 0,25, для бронзы http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image056.gif= 0,33. Учитывая возможное нарушение микрогеометрии контактных поверхностей при сборке прессового соединения, полученное значение расчетного натяга Npувеличивают на http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image060.gif= 1,2 ( Rz1 + Rz2 ) — поправка на срезание и сглаживание микронеровностей, где Rz1и Rz2— высоты микронеровностей по десяти точкам, тогда требуемый натяг N Т = Np + u (если сборку выполняют нагреванием или охлаждением деталей, то и = 0).

                По величине требуемого натяга NTподбирают стандартную посадку, при котором NT= Nmin (посадку подбирают по наименьшему натягу).

                При сборке прессового соединения с нагревом охватывающей или охлаждением охватываемой детали разность их температур t определяется по формуле

    http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image062.gif, (6)

    где Nmax— наибольший натяг выбранной посадки; zc — зазор, необходимый для свободного соединения деталей, принимаемый равным 10 мкм при d = 30...80 мм, 15 мкм при d свыше 80 до 180 мм и 20 мкм при d свыше 180 до 400 мм, где d — номинальный диаметр соединяемых поверхностей; http://lib.nspu.ru/umk/afad3e6bb45a221f/files/5.files/image064.gif— коэффициент линейного расширения.
      1   2   3
    написать администратору сайта