Шпоночные и шлицевые соединения.

Выбор размеров и расчёт шпоночных соединений на прочность. Шпо­ночные соединения предназначены для соединения с валами зубчатых и чер­вячных колёс, шкивов, звёздочек, муфт и других тел вращения. Такие соедине­ния подразделяют на ненапряжённые (используют закладные призматические, сегментные или круглые шпонки) и напряжённые соединения (клиновыми и тангенциальными шпонками).

Стандартизованы шпоночные соединения с призматическими (рис. 54, а) и сегментными (рис. 54, б) шпонками, а также с клиновыми и тангенциальны­ми шпонками. Два последних вида шпонок не обеспечивают высоких требова­ний к соосности соединяемых деталей и здесь не рассматриваются. Материал шпонок - сталь чисто тянутая марок Ст6, 45, 50 с пределом прочности не менее 600 МПа.

Основное внимание следует уделить выбору размеров шпонки по стан­дарту в зависимости от диаметра вала, назначению её длины в зависимости от длины ступицы и расчёту шпонки по критериям работоспособности — на срез и на смятие. Рабочими гранями призматических шпонок являются узкие грани, у сегментных - боковые. Сегментные шпонки просты в изготовлении, но значи­тельно ослабляют вал - их применяют при валах диаметром менее 40 мм.

Расчёт шпоночного соединения производят по условию прочности на смятие выступающей из вала части шпонки:

Условие прочности соединения на срез шпонки по сечению b-l_p:

где z — число шпонок в соединении;

Рис. 54. Шпоночное соединение: а - призматической шпонкой; б - сегментной шпонкой

l_p - рабочая длина шпонки, мм;

[τ_ср] = 90... 100 МПа - допускаемые напряжения среза;

[σ_см] = 110... 120 МПа - допускаемые напряжения смятия.

Выбор размеров и расчёт шлицевых соединений на прочность. Шлицевые соединения предназначены для подвижных и неподвижных соединений с валами тех же деталей, что и шпоночные, но применяются при передаче больших вращающих моментов и при повышенных требованиях к соосности соединяемых деталей.

Профиль шлицев (рис. 55) - прямобочный, эвольвентный или треуголь­ный. В зависимости от величины вращающего момента установлены три типа соединений - лёгкой, средней и тяжёлой серии. Выбор размеров и числа шли­цев производят по стандарту в зависимости от диаметра вала и величины вращающего момента. Длину шлицев принимают равной длине ступицы.

Рис. 55. Форма профиля шлицев Рис. 56. Способы центрирования:

а - прямобочная; б - эвольвентная; прямобочных шлицевых соединений, в - треугольная

В прямобочных шлицевых соединениях применяют три способа центрирования: по наружному диаметру, по внутреннему диаметру и по боковым сто­ронам зубьев. По наружному диаметру D (рис. 56, а) соединение центрируют, когда твёрдость втулки допускает обработку чистовой протяжкой, а вал шли­фуют по наружному диаметру D, - рекомендуется при повышенных требовани­ях к соосности элементов соединения. По внутреннему диаметру d (рис. 56, б) центрируют, когда твёрдость втулки высока и поэтому втулку шлифуют по внутреннему диаметру d, - этот способ обеспечивает наибольшую точность совпадения геометрических осей элементов соединения, но выполнение его дороже. По боковым сторонам зубьев b (рис. 56, в) центрируют, когда невысоки требования к соосности, но соединение передаёт значительный или знако­переменный вращающий момент, - этот способ наиболее экономичен.

Работоспособность шлицевого соединения определяется в основном расчётом на смятие, который ведут по условию:

где Т - расчётный вращающий момент, Н∙м;

k_рн = 1,1...1,5 - коэффициент, учитывающий неравномерность распреде­ления нагрузки между зубьями;

z - количество зубьев;

d_сp - средний диаметр шлицевого соединения, мм;

h - рабочая высота зубьев, мм;

l - длина шлицев, обычно равная длине ступицы, мм;

[σ_см] - допускаемые напряжения смятия, МПа.

Шлицевые соединения с эвольвентным профилем зубьев (рис. 55, 6) имеют то же назначение, что и соединения с прямобочными шлицами. Эвольвентные шлицевые соединения являются предпочтительными, что обусловлено радом преимуществ их по сравнению с прямобочными шлицевыми соедине­ниями. Эти преимущества: технологичность (инструмент и методы обработки аналогичны обработке эвольвентных зубьев зубчатых колёс); прочность (постепенное утолщение зуба к его основанию, отсутствие острых углов — концен­траторов Напряжений); точность (возможность применения точных методов обработки зубьев: фрезерование обкаткой, шевингование, шлифование и т.д., что обеспечивает деталям лучшее центрирование и самоустанавливаемость под нагрузкой).

Основным и наиболее экономичным способом центрирования шлицевых соединений с эвольвентным профилем зубьев является центрирование по боковым сторонам зубьев. Расчёт эвольвентных шлицевых соединений производят по условию прочности на смятие боковых поверхностей зубьев.