3.5. Розрахунки на міцність

Деталі шпонкового ненапруженого з'єднання зазнають зминання поверхонь, а шпонки – додатково зрізу.

Основний вид відмов – зминання робочих поверхонь.

Шпонкові з'єднання розраховують на міцність за напружен-нями зминання σ_зм та зрізу τ_зр (рис. 3.1).

Умови міцності на зминання та зріз:

σ_зм ≤ [σ_зм] ,

τ_зр ≤ [τ_зр] ,

де [σ_зм], [τ_зр] – допустимі напруження, які визначаються за рекомендаціями.

3.6. Напружені з'єднання клиновими шпонками

Клинові шпонки – це клини, як правило, з уклоном 1:100, що забезпечує самогальмування (рис. 3.3). У них робочими є широкі верхня та нижня грані, а по бокових гранях існує зазор. Ці шпонки створюють напружене з'єднання і забезпечують як кутову, так і осьову фіксацію. Таке з'єднання здатне передавати не лише обертальний момент, а й осьову силу.

Рисунок 3.3 – Конструкція шпонкового з'єднання з клиновою шпонкою

Перевага таких з'єднань – гарне сприйняття ударних навантажень. Недолік – клинова шпонка в процесі складання спричиняє радіальне зміщення осі маточини щодо осі вала, тобто перекіс з'єднуваних деталей.

3.24) Характеристика і призначення пресових з'єднань. Переваги та недоліки пресових з'єднань

З'єднання двох деталей по цилідричній поверхні можна виконати без болтів, шпонок, шліців. Для цього достатньо при виготовленні деталей забезпечити натяг посадки, а при складанні запресувати одну деталь у іншу. Приклади таких з'єднань: з'єднання маточини зубчастого колеса або будь-якої іншої деталі (шківа, зірочки, диски турбін, маховики та ін.) з валом; з'єднання вінця черв'ячного колеса з центром; з'єднання кільця підшипника кочення з валом або корпусом.

Натягом N називають додатну різницю діаметрів вала та отвору N = В – А (рис. 4.1). Після складання внаслідок пружних і пластичних деформацій діаметр посадкових поверхонь d стає загальним (А<d<В); маточина (втулка) зазнає розтягу, а вал – стискання. При цьому на поверхні посадки виникає питомий тиск Р і відповідні до нього сили тертя, які забезпечують нерухомість з'єднання та передавання навантаження (осьової сили, обертального моменту, згинального моменту).

Отже, з'єднання з натягом, – це рознімні, нерухомі, напружені з'єднання.

Рисунок 4.1 – Схема пресового з'єднання

Навантажувальна здатність пресового з'єднання насамперед залежить від натягу, який не може бути виконаний точно. Розсіяння натягу від мінімального N_min до максимального N_max регламентується стандартом допусків і посадок.

Способи складання пресових з'єднань такі:

1) пресування;

2) нагрівання втулки (+200 – +300 ºС);

3) охолодження вала (–80 – –200 ºС).

Складання пресуванням має недоліки – зминання та часткове зрізання (шабрування) шорсткості посадкових поверхонь, що призводить до послаблення міцності з'єднання. Щоб полегшити складання і зменшити шабрування, в отворі виконують фаску, а у валі – західний конус або західний циліндричний пасок із граничним відхиленням g6. Температурне складання не має цих недоліків, але нагрівання до високих температур може змінити струтуру і відповідно механічні характеристики металу.

Необхідну різницю температур нагрівання втулки або охолодження вала Δt для вільного складання з'єднання визначають за формулою

Δt = (N_max – S) / (α · d) ,

де S – мінімальний необхідний зазор (≈0,1 мм) для вільного складання;

α – температурний коефіцієнт лінійного розширення.