Штифтові з'єднання

Штифти в основному призначені для точного взаємного фіксування деталей, а також для передачі відносно невеликих навантажень – обертальних моментів та осьових сил. За формою штифти поділяють на: циліндричні, конічні (рис. 4.2) та іншої форми (фасонні, циліндричні пружинні, просічні, зрізні).

Рисунок 4.2 – Приклади штифтових з'єднань

Штифтові з'єднання, як і шпонкові, розраховують на міцність за напруженнями зминання σ_зм та зрізу τ_зр .

Профільні (безшпонкові) з'єднання

Під профільними з'єднаннями розуміють з'єднання типу вал-маточина з контактом по плавному некруглому циліндричному або конічному профілю без шпонок і шліців (рис. 4.3).

Переваги таких з'єднань:

1) відсутність джерел концентрації напружень при крученні;

2) гарне самоцентрування;

3) знижений шум під час роботи.

Рисунок 4.3 – Профільні з'єднання

Основні недоліки профільних з'єднань:

1) складна технологія виготовлення (на токарних, фрезерних, шліфувальних верстатах або на верстатах із ЧПУ);

2) несуча здатність нижча, ніж у шліцьових.

4.1.2 Порівняльна характеристика та області застосування

Шпонкові з'єднання призначені для кутової або кутової та осьової фіксації маточин деталей (зубчастих коліс, зірочок, шківів тощо) на валах.

Штифти в основному призначені для точного взаємного фіксування деталей, а також для передачі відносно невеликих навантажень – обертальних моментів та осьових сил.

Шліцьові з'єднання призначені для жорсткої кутової фікації маточин деталей на валах. Шліцьове з'єднання умовно можна розглядати як багатошпонкове, в якому шпонки виконані як одне ціле з валом.

4.1.3 Види пошкоджень та критерії працездатності

Переваги та недоліки призматичних шпонкових з'єднань

Переваги:

1) простота кострукції;

2) жорстка кутова фіксація насаджуваної деталі.

Недоліки:

1) трудомісткість виготовлення, бо потрібне ручне приганяння або підбирання деталей з'єднання, що обмежує їх використання в умовах великосерійного та масового виробництва;

2) шпонковий паз ослаблює вал і викликає в ньому концентрацію напружень.

4.1.4 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. 4.1).

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.

Ненапружене шпонкове з'єднання з призматичною шпонкою

Конструкцію з'єднання з призматичною шпонкою зображено на рис. 4.4, де позначено:

d – номінальний діаметр з'єднання;

b×h – ширина і висота поперечного перерізу шпонки, які беруть за стандартом залежно від діаметра вала d ;

l – довжина шпонки, що вибирається за стандартом;

l_р – робоча довжина шпонки (l_р = l – b);

l_м – довжина маточини (l_м = l + 5...10 мм);

– гарантований зазор між шпонкою і дном паза маточини;

t₁ – глибина паза вала;

t₂ – глибина паза маточини (t₁ > t₂ , t₂ ≈ 0,4 h);

Т₁ , Т₂ – рушійний і опорний обертальні моменти;

ω – кутова швидкість.

Рисунок 4.4 – Конструкція шпонкового з'єднання з призматичною шпонкою

У такому з'єднанні виконується лише кутова фіксація маточини на валу для передавання обертального моменту від вала до маточини або навпаки. Робочими гранями при цьому є вузькі бічні.