Разновидность шлицевых соединений

Шлицевые соединения различают: по характеру соединения – неподвижные для закрепления детали на валу (рис. 4.1); подвижные,допускающие перемещение детали вдоль вала (например, блока шестерен коробки передач станка, см. рис. 4.3);

по форме зубьев – прямобочные (рис. 4.1), эвольвентные (рис. 4.2,а), треугольные (рис. 4.2,б);

по способу центрирования ступицы относительно вала – с центрированием по наружному диаметру D (см. рис. 4.1,а), внутреннему диаметру d (см. рис. 4.1,б) и боковым поверхностям зубьев (см. рис. 4.1, в и 4.2).

Рис. 4.2 Эвольвентное и треугольное шлицевые соединения

Соединения с прямобочным профилем зубьев(см. рис. 4.1). Применяют в неподвижных и подвижных соединениях; имеют постоянную толщину зубьев; выполняют с различными способами центрирования.

В соединениях, где требуются высокая соосность вала и ступицы, применяют центрирование по одному из диаметров. Наиболее технологично центрирование по наружному диаметру, которое рекомендуется при твердости внутренней поверхности ступицы Н<350 НВ. Калибровку центрирующих поверхностей ступицы выполняют протягиванием, а калибровку вала – шлифованием.

Центрирование по внутреннему диаметру рекомендуется при высокой твердости материала ступицы, когда калибровка отверстия протяжкой невозможна. В этом случае центрирующие поверхности ступицы и вала доводят шлифованием.

Центрирование по боковым поверхностям обеспечивает более равномерное распределение нагрузки по зубьям. Рекомендуется для передачи больших переменных ударных нагрузок при пониженной точности центрирования (карданные валы и др.).

Стандарт предусматривает три серии соединений с прямобочным профилем зубьев: легкую, среднюю и тяжелую(табл. 4.1), которые отличаются высотой и числом зубьев.

Таблица 4.1 Соединения шлицевые прямобочные (выборка)

Размеры, мм (см. рис. 4.1); z – число зубьев

Тяжелая серия имеет более высокие зубья с большим числом их. Рекомендуется для передачи больших вращающих моментов.

Соединения с эвольвентным профилем зубьев (см. рис. 4.2,а). Применяются в неподвижных и подвижных соединениях. Зуб очерчен по кривой – эвольвенте. Угол зацепления α=30°. Ножка зуба усилена. Серий не имеют. Выполняются по стандарту с центрированием по боковым поверхностям зубьев, реже по наружному диаметру. По сравнению с прямобочными зубьями имеют повышенную прочность благодаря большому количеству зубьев и утолщению зубьев к основанию, позволяют применять типовые процессы зубонарезания. Рекомендуются для передачи больших вращающихся моментов.

Соединения с треугольным профилем зубьев (см. рис. 4.2,б). применяются в неподвижных соединениях. Имеют большое число мелких зубьев. Выполняются с центрированием по боковым поверхностям. Не стандартизованы. Рекомендуются для тонкостенных ступиц, пустотелых валов, а также для передачи небольших вращающих моментов.

Шлицевые валы и ступицы изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей с σ в≥500 Н/мм².

Расчет шлицевых соединений

Основными критериями работоспособности шлицевых соединений являются сопротивления рабочих поверхностей смятию и изнашиванию. Эти соединения, аналогично шпоночным, выбирают по таблицам стандартов в зависимости от диаметров вала, а затем проверяют расчетом.

Расчет на смятие. Условие прочности на смятие рабочих поверхностей зубьев

(4.1)

где Т – передаваемый вращающий момент, Н·мм; SF – удельный (на единицу длины) суммарный статический момент площади рабочих поверхностей, мм³/мм (см. табл. 4.1); l p – рабочая длина зубьев (см. рис. 4.1); [σ]см – допускаемое напряжение смятия, Н/мм.².

Для неподвижных соединений с незакаленными поверхностями [σ]см = 30…70 Н/мм², а с закаленными [σ] см = 80…150 Н/мм².

Для подвижных соединений с закаленными поверхностями [σ]см = 5…15 Н/мм². Большие значения относятся к спокойной нагрузке.

Расчет на изнашивание. Условия ограничения изнашивания

(4.2)

где [σ]изн – допускаемое напряжение на ограничение изнашивания, Н/мм².

Значение [σ]изн при неограниченном числе циклов нагружения принимают в зависимости от вида термообработки и твердости рабочих поверхностей соединяемых деталей (Н/мм²):

[σ]изн=0,032 НВ – для улучшенных зубьев;

[σ]изн = 0,3НRСэ – для закаленных зубьев.

Если расчетное напряжение σсм превышает допускаемое более чем на 5 %, то увеличивают длину ступицы или принимают другую серию, а иногда другой вид соединения и повторяют проверочный расчет.

При проектировочных расчетах шлицевых соединений после выбора размеров сечения зубьев по стандарту (см. табл. 4.1) определяют расчетную длину зубьев lр по формулам (4.1) и (4.2). из двух значений берут большее. Длину ступицы принимают l ст= l р +4…6 мм и более в зависимости от конструкции соединения. Если получается, что l ст >1,5, назначают другую серию или изменяют термообработку.

Часть шестая

ГЛАВА 1. ВАЛЫ И ОСИ

Общие сведения

Зубчатые колеса, шкивы, звездочки и другие вращающиеся детали машин устанавливают на валах или осях.

Вал предназначен для поддержания сидящих на нем деталей и для передачи вращающего момента. При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях дополнительно растяжение и сжатие.

Ось – деталь, предназначенная только для поддержания сидящих на ней деталей. В отличие от вала ось не передает вращающего момента и, следовательно, не испытывает кручения. Оси могут быть неподвижным или вращаться вместе с насаженными на них деталями (рис. 1.1).

По геометрической форме валы делятся на прямые (рис. 1.2), коленчатые и гибкие. Коленчатые и гибкие валы относятся к специальным деталям и в настоящем курсе не рассматриваются.

Оси, как правило, изготовляют прямыми (см. рис. 1.1). По конструкции прямые валы и оси мало отличаются друг от друга.

Прямые валы и оси могут быть гладкими или ступенчатыми (см. рис. 1.2). Образование ступеней связано с различной напряженностью отдельных сечений, а также условиями изготовления и удобства сборки.

Рис. 1.1 Ось тележки

По типу сечения валы и оси бывают сплошные и полые. Полое сечение применяется для уменьшения массы или для размещения внутри другой детали.

Рис. 1.2 Прямой ступенчатый вал:

1 – шип, 2 – шейка, 3 – подшипник.

Конструктивные элементы.

Материалы валов и осей

Цапфы – участки вала и оси, лежащие в опорах. Они подразделяются на шипы, шейки и пяты.

Шипом называется цапфа, расположенная на конце вала или оси и передающая преимущественно радиальную нагрузку (см. рис. 1.2).

Шейкой называется цапфа, расположенная в средней части вала или оси.

Опорами для шипов и шеек служат подшипники.

Шипы и шейки по форме могут быть цилиндрическими, коническими и сферическими. В большинстве случаев применяются цилиндрические цапфы.

Пятой называют цапфу, передающую осевую нагрузку (рис. 1.3). Опорами для пят служат подпятники. Пяты по форме могут быть сплошными (рис. 1.3,а), кольцевыми (рис. 1.3,б) и гребенчатыми (рис. 1.3,в). Гребенчатые пяты применяют редко.

Рис.1.3 Пяты

Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими и коническими (см. рис. 1.2). При посадках с натягом диаметр этих поверхностей принимают больше диаметра соседних участков для удобства напрессовки (см. рис. 1.2).

Рис. 1.4 Переходные участки вала

Переходные участки между двумя ступенями валов или осей выполняют:

а) с канавкой со скруглением для выхода шлифовального круга (рис. 1.4, а). Эти канавки повышают концентрацию напряжений;

б) с галтелью (поверхность плавного перехода от меньшего сечения вала к большему) постоянного радиуса (рис. 1.4,б);

в) с галтелью переменного радиуса (рис. 1.4,в), которая способствует снижению концентрации напряжений, а потому применяется на сильно нагруженных участках валов или осей.

Эффективными средствами для снижения концентрации напряжений в переходных участках являются выполнение разгрузочных канавок (рис. 1.5,а), увеличение радиусов галтелей, высверливание отверстий в ступенях большого диаметра (рис. 1.5,б). Деформационное упрочнение (наклеп) галтелей обкаткой роликами повышает несущую способность валов и осей.

Рис.1.5 Способы повышения усталостной прочности валов

Материалы валов и осей. Материалы валов и осей должны быть прочными, хорошо обрабатываться и иметь высокий модуль упругости. Валы и оси изготовляют преимущественно из углеродистых и легированных сталей. Для валов и осей без термообработки применяют стали Ст5,Ст6; для валов с термообработкой – стали 45, 40Х. Быстроходные валы, работающие в подшипниках скольжения, изготовляют из сталей 20, 20Х, 12ХНЗА. Цапфы этих валов цементируют для повышения износостойкости.

Валы и оси обрабатывают на токарных станках с последующим шлифованием цапф и посадочных поверхностей.

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: