3 Расчет шлицевых соединений.

По форме профилей зубьев различают три типа шлицевых соединений: прямобочные, эвольвентные, треугольные.Соединение с прямобочными зубьями выполняют с центрированием по боковым граням зубьев, по наружному или внутреннему диаметру.

Число зубьев шлицев 6...20.

Ц ентрирование по диаметрам (D или d) обеспечивает более высокую соосность вала и ступицы, центрирование по боковым граням обеспечивает более равномерное распределение нагрузки по зубьям, применяется при тяжелых условиях работы.

Какое центрирование — по наружному или внутреннему диаметру — конкретно выбирают по технологическим условиям изготовления.

Соединение с эвольвентными зубьями выполняют с центрированием по боковым граням или по наружному диаметру вала. Наиболее распространен первый способ.

Основные критерии работоспособности шлицевых соединений — сопротивление рабочих поверхностей зубьев смятию и коррозионно-механическое изнашивание.

На расчет шлицевых соединений разработан ГОСТ 21425 — 75.

Расчетная формула для шлицевого соединения:

где SF = (z h dm)/2 — удельный (на единицу длины) суммарный статический момент площади рабочих поверхностей (см. таблицу ГОСТ 21425 — 75), l — рабочая длина зубьев, z — число зубьев, dm = 0,5(D+d) — средний диаметр, h = 0,5(D-d)-2f — рабочая высота прямобочных зубьев, для эвольвентных — h  m и d m = z m; где m — модуль зубьев.Размеры поперечного сечения зубьев выбирают по таблицам стандарта в зависимости от диаметра вала. Длину зубьев l рассчитывают и согласовывают с длиной ступицы.

Расчет на изнашивание выполняется по условию:

где [изн] — условное допускаемое напряжение (берется по таблицам ГОСТа);

— коэффициент числа циклов нагружения,

N = 60 t n, KE — коэффициент режима работы, Кос — коэффициент осевой подвижности, Кс — коэффициент условий смазки

Кос = 1 — соединение неподвижно;

Кос = 1,25 — соединение подвижное без нагрузки;

Кос = 3 — соединение подвижное под нагрузкой;

Кс = 0,7 — смазка без загрязнений;

Кс = 1 — средняя смазка;

Кс = 1,4 — смазка с загрязнениями.

Билет 19

1. Соединения с натягом. Способы получения. Достоинства и недостатки. Область применения

Натягом N называется положительная разность диаметров вала и отверстия. N = B — A. После сборки диаметр посадочного отверстия становится общим. На поверхности посадки возникает удельное давление р и соответствующие ему силы трения, которые обеспечивают неподвижность соединения.Нагрузочная способность прессового соединения прежде всего зависит от натяга, значение которого устанавливают в соответствии с нагрузкой. Практически расчетный натяг очень невелик, он измеряется микрометрами и не может быть выполнен точно.

Сборку любого прессового соединения выполняют одним из трех способов: прессованием, нагревом втулки, охлаждением вала.

Прессование — распространенный и несложный способ сборки. Однако этому способу свойственны недостатки: смятие и частичное срезание (шабровка) шероховатостей посадочных поверхностей, возможность неравномерных деформаций деталей и повреждения их торцов. Шабровка и смятие шероховатостей приводят к ослаблению прочности соединения до полутора раз; по сравнению со сборкой нагревом или охлаждением. Для облегчения сборки и уменьшения шабровки концу вала и краю отверстия рекомендуют придавать коническую форму.

Шабровка поверхностей контакта устраняется полностью при сборке по методу нагревания втулки (до 200...400°С) или охлаждения вала (твердая углекислота — 79°С, жидкий воздух — 196°С). Недостатком метода нагревания является возможность изменения структуры металла, появление окалины и коробления. Необходимую разность температур t нагрева втулки или охлаждения вала, обеспечивающую свободную сборку, подсчитывают по формуле

t=(Nmax+S0)/( d),

где Nmах — наибольший натяг посадки; S0 — минимально необходимый зазор, обеспечивающий свободную сборку (рекомендуется принимать равным минимальному зазору посадки H7/g6),  — температурный коэффициент линейного расширения; d — номинальный диаметр посадки.

Условие прочности при нагружении осевой силой:

где р — давление на поверхности контакта, К = 1,5 — 2 — коэффициент запаса прочности, l — длина втулки, d — диаметр соединения.

При нагружении соединения крутящим моментом условие прочности имеет вид:

При совместном действии осевой силы Fa и крутящего момента Т условие прочности примет вид:

Удельное давление связано с натягом зависимостью:

где N — расчетный натяг,

Е1 и Е2 — модули упругости, 1 и 2 — коэффициенты Пуассона материалов вала и втулки. Расчет при нагружении изгибающим моментом проработать самостоятельно ( Иванов М.Н. Детали машин).