1.2.2. Расчет призматических шпонок
Конструкция соединения призматическими шпонками изображена на рис.26. Они работают боковыми гранями, которыми сопрягаются с пазами на подвижных или переходных посадках ГТЗ...ГТ5 квалитетов точности.
Такой характер соединения обеспечивает достаточную точность центрирования и не вызывает заметных внутренних напряжений в деталях в процессе сборки. Размеры сечения шпонок и пазов принимают в зависимости от диаметра вала по стандарту ГОСТ 23360-78 .Например, шпонка 16х10х80 ГОСТ 23360-78.
В тех случаях, когда по условиям работы шестерня должна перемещаться вдоль вала применяются направляющие шпонки с креплением их на валу посредством винтов.
При большом перемещении детали вдоль вала применяют скользящие шпонки, которые крепятся со ступицей.
Рис.26Призматическая шпонка
При расчете призматических шпонок принимают, что момент передается с вала на ступицу боковыми узкими гранями шпонки. При этом на боковых гранях возникают напряжения смятия, А в продольном сечении шпонки - напряжения среза.
Для простоты
расчета допускают, что шпонка врезана
в вал на половину своей высоты h,
напряжения смятия σ
распределяются равномерно по всей
высоте и длине шпонки, а если их несколько,
то равномерно на все шпонки,
Размеры h
и b
шпонок, и пазов в ГОСТах подобраны так,
что нагрузку соединения ограничивают
не напряжения среза, а напряжения смятия.
Поэтому соединения призматическими
шпонками проверяют по условию прочности
смятия: σ
=
,
(56) l
=
,
(57где Т-
передаваемый крутящий момент, Н·мм,
d – диаметр вала, мм;
k- рабочая высота, мм, k=0,4h;
l -рабочая длина шпонки, мм.
Для шпонок с округленными торцами: l =l – b,
где l - общая длина шпонки, мм.
Общая длина шпонки с прямыми торцами принимается:
l
=l
-
(3…5) мм,
где l
- длина ступицы, мм. Условия прочности
шпонки на срез определяют по формулам:
τ
=
[
τ
];
l
=
.
1.3.1. Шлицевые соединения. Расчет шлицевых соединений на смятие и износ.
Шлицевые соединения можно рассматривать как многошпоночные, в которых шпонки как бы изготовлены заодно с валом. В последние годы, в связи с общим повышением напряжений в деталях машин, шлицевые соединения получили самое широкое распространение взамен шпонок. Этому способствует оснащение промышленности специальным оборудованием - шлицефрезерными и протяжными станками. В сравнении со шпоночными шлицевые соединения имеют большую нагрузочную способность, лучше центрируют соединение и меньше ослабляют вал.
По профилю различают следующие шлицевые соединения (рис. 28):
прямобочные (а) - число шлиц Z = 6, 8, 10, 12;
звольвентные (б)- число шлиц Z = 12, 16 и более;
треугольные (в) - число шлиц Z = 24, 36 и более.
Рис. 28
Эвольвентные шлицы создают меньшую концентрацию напряжений у основания шлица, поэтому в настоящее время получают преимущественное распространение. Треугольные шлицы мелкие, поэтому мало ослабляют вал, однако они способны передавать лишь относительно небольшую нагрузку.
Шлицевые соединения применяются с центрированием ступицы по валу (рис. 29):
а) по наружному диаметру;
б) по внутреннему диаметру;
в) по боковым граням.
Рис. 28 а
Соединение (в), во избежание термических короблений, требует чистовой протяжки ступицы после термообработки, поэтому твердость ступицы не может быть выше HRC=30. Соединение (б) требует шлифовки вала по посадочному диаметру на специальных станках, зато ступица может быть твердой, так как посадочный диаметр шлифуется на обычных внутришлифовальных станках. Соединение (в) допускает твердые шлицы на валу и на ступице, однако для обеспечения сборки, считаясь с возможных короблением шлицов при закалке, зазоры в соединении должны быть увеличенными.