§ 3. Профильные соединения

Профильными называют соединения, в которых ступица (втулка) насаживается на фасонную поверхность вала и таким образом обеспечивается передача вращения. На рис. 33.5 в качестве примера показано соединение на квадрате со скруг­ленными углами (для снижения концентрации напряжений), применяют также соединения эллиптического и треугольного сечений.

По сравнению со шпоночными и шлицевыми эти соеди­нения имеют небольшую концентрацию напряжений и более высокую точность центрирования. Однако сложность изготов­ления ограничивает области применения соединений.

Расчет соединений. Профильные соединения рассчитывают на смятие. Условие прочности по допускаемым напряжениям для соединения, показанного на рис. 33.5, имеет обычный вид

(33.3)

где l — длина соединения, обычно l = (1 / 2)d; b — ширина пря­молинейной части грани (см. рис. 33.5); [σ_см] - допускаемое напряжение смятия, [σ_см] = 100/140 МПа для термообработанных поверхностей.

§ 4. Штифтовые соединения

Штифтовые соединения (рис. 33.6) применяют при небольших нагрузках преимущественно в приборостроении. Детали соединяются при этом по переходным посадкам.

Для исключения выпадания в процессе работы используют штифты с насеченными канавками, штифты вальцованные, штифты резьбовые (рис. 33.7). Часто для этих же целей про­изводят разведение или раскернивание концов штифтов.

Основные типы штифтов стандартизованы. Их изготовляют из углеродистых сталей 30, 45, 50 и др.

По характеру работы штифтовое соединение подобно зак­лепочному соединению (работает на срез и смятие). Для ра­счета соединения используют те же зависимости. Условие прочности при срезе штифта (рис. 33.8)

а условие прочности по смятию

где F_t — срезающее усилие (осевое или окружное); i — число поверхностей среза; А_с — площадь штифта при срезе, А_с = = nd²/4; А_см — площадь поверхности смятия (сжатия); А_см = = d(D — d₁); [τ _с]- допускаемое напряжение при срезе, обычно [τ _с]= 70/80 МПа; [σ_см] —допускаемое напряжение при смя­тии; [σ_см] = 2004-300 МПа.

Срезающее усилие при передаче вращающего момента

Пример 1. Подобрать сегментные шпонки для втулочной муфты, соединяющей два вала (рис. 33.9). Материал муфты и валов — сталь 45, шпонки — сталь Ст6. Передаваемый момент при среднем режиме использования Т= 100 Н • м (диаметр вала 35 мм).

Решение. 1. По ГОСТ 24071 — 80 для вала d = 35 мм выбираем шпонку сегментную размерами: 6 = 6 мм, h = 10 мм, d₁ = 25 мм, l = 24,5 мм (шпонка сегментная 6 х 10), t₁ = 7,5 мм.

Определяем напряжения смятия по формуле (33.1):

Пример 2. Определить наибольший вращающий момент, который может передать колесо без среза штифта (рис. 33.10), при d = 10 мм,

l = 50 мм, d_B = 40 мм, [τ_с] = 80 МПа. Решение. Допускаемый вращающий момент

Глава 34

ПРУЖИНЫ И РЕЗИНОВЫЕ УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ § 1. ТИПЫ ПРУЖИН

Пружины относятся к числу наиболее распростра­ненных упругих элементов конструкций и применяются в ка­честве виброизолирующих, амортизирующих, возвратно-подаю­щих, натяжных, динамометрических и других устройств.

По виду воспринимаемой внешней нагрузки различают пружины растяжения, сжатия, кручения и изгиба.

В зависимости от требований и особенностей конструкции применяют:

а) витые пружины [цилиндрические - растяжения (рис. 34.1, а), сжатия (рис. 34.1,6) и кручения (рис. 34.1, в); фасонные — сжатия (рис. 34.1, г — е)].

б) специальные пружины [тарельчатые и кольцевые (рис. 34.2, а, б) - сжатия, листовые и рессоры (рис. 34.2, в) — изгиба, спиральные (рис. 34.2, г) — кручения и др.].

В машиностроении наиболее распространены витые ци­линдрические пружины из проволоки круглого сечения.

Пружины растяжения (см. рис. 34.1, а) обычно навивают без просветов между витками, а в большинстве случаев — с начальным натяжением (давлением) между витками, компенсирующим частично внешнюю нагрузку.

Натяжение обычно составляет (0,25 — 0,3) F_np, где F_np — предельное усилие для пружины, при котором полностью исчерпываются упругие свойства материала.

Внешнюю нагрузку такие пружины воспринимают обычно последними отогнутыми витками (рис. 34.3, а — в) — для пру­жин диаметром до 3 — 4 мм. Такие витки имеют высокую концентрацию напряжений в местах отгиба и пониженное сопротивление усталости.

Для ответственных пружин диаметром свыше 4 мм часто применяют зацепы (рис. 34.3, г — е).

Пружины сжатия (см. рис. 34.1, б) навивают с просветом между витками, который должен на 10 — 20% превышать осе­вые упругие перемещения каждого витка при наибольшей внешней нагрузке.

Для создания опорных плоскостей последние витки пружин сжатия поджимаются к соседним и сошлифовываются пер­пендикулярно оси (рис. 34.4).

Соосность пружин с сопрягаемыми деталями до­стигается установкой опорных витков в специальные тарелки, расточки в корпусе, канавки (рис. 34.5).

Длинные пружины под нагрузкой могут терять устой­чивость (выпучиваться). Такие пружины обычно ставят на специальные оправки (рис. 34.6, а) или в стаканы (рис. 34.6, б). Концентрические пружины в ряде конструкций также разделя­ют стаканами (рис. 34.6, в).

Пружины кручения (см. рис. 34.1, е) навивают обычно с малым углом подъема и небольшими зазорами между витками (0,5 мм). Внешнюю нагрузку они воспринимают с помощью отогнутых концевых витков.

Пружины характеризуются следующими основными пара­метрами (см. рис. 34.4): 1) диаметром проволоки d или размерами сечения; 2) средним диаметром D_o; 3) индексом с = D₀/d; 4) числом рабочих витков n; 5) длиной рабочей части H_о; 6) шагом витков t = Н₀/п; 7) углом подъема витков α = arctg.

Последние три параметра рассматривают в ненагруженном и нагруженном состояниях.

Индекс пружины характеризует кривизну витка. Пру­жины с индексом с < 3 применять не рекомендуется из-за высокой концентрации напряжений в витках.

Обычно индекс пружины выбирают в зависимости от диаметра проволоки в следующих пределах:

d, мм..... до 2,5 3-5 6-12

с...... 5-12 4-10 4-9

Материалы. Витые пружины изготовляют навивкой холод­ным или горячим способом, далее производят отделку торцов, термическую обработку и контроль.

Основными материалами для пружин являются высокоуг­леродистые стали 65, 70, марганцовистая сталь 65Г, крем­нистая сталь 60С2А, хромованадиевая сталь 50ХФА и др.

Пружины, работающие в химически активной среде, изго­товляют из цветных сплавов.

Для защиты поверхности витков от окисления пружины ответственного назначения покрывают лаком или промасли­вают, а пружины особо ответственного назначения оксиди­руют, а также наносят цинковое или кадмиевое покрытия.