Главная Обратная связь Поможем написать вашу работу!

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Определение нагрузочной способности



Шпоночных и шлицевых соединений

Цель работы: изучить конструкции шпоночных и шлицевых соединений, определить геометрические параметры стандартных шпонок и шлицов и осуществить проверку работоспособности этих соединений при заданных условиях эксплуатации.

 

Оборудование и инструмент: лабораторные образцы шпоночных и шлицевых соединений, штангенциркуль, линейка.

Теоретические основы работы

Шпоночные и шлицевые (зубчатые) соединения относятся к разъёмным соединениям и предназначены для передачи вращающего момента с вала на ступицу сидящей на нем детали (например, зубчатого колеса, полумуфты и т.п.) или наоборот.

1.1. Шпоночные соединения

В шпоночных соединениях вращающий момент с вала на ступицу (или наоборот) передается с помощью специального элемента – шпонки, устанавливаемой в пазах этих соприкасающихся деталей и препятствующей их относительному повороту или сдвигу.

Наиболее широко распространены в настоящее время ненапряженные шпоночные соединения с призматическими шпонками (рис. 4.1). Центрирование в этих соединений выполняют по диаметру посадки ступицы на вал.

Рис. 4.1. Конструктивная схема соединения с призматической шпонкой

Призматические шпонки имеют, как правило, закругленные концы и прямоугольное поперечное сечение, ширина и высота которого так же, как и длина , стандартизованы, и выбираются по справочным таблицам ГОСТ 23360-78 [2] в зависимости от диаметра вала (табл. 4.1). В качестве материала для изготовления данных шпонок в ответственных консструкциях обычно используется среднеуглеродистая сталь 45.

Таблица 4.1

Геометрические характеристики призматических шпонок из ГОСТ 23360-78

d, мм Св.17до22 22-30 30-38 38-44 44-50 50-58 58-65 65-75
b, мм
h, мм
l, мм 14-70 18-90 22-110 28-140 36-160 45-180 50-200 56-220

Шпонки врезают по ширине в пазы вала и ступицы на глубину, равную примерно половине ее высоты . Рекомендуемые посадки для шпонки: в паз вала – Р9/h9, в паз ступицы – Js/h9. При этом для соединения вала со ступицей, например, зубчатого колеса следует выбирать посадки с натягом типа H7/p6.



Вращающий момент передается со ступицы на вал узкими боковыми гранями шпонки (рис. 4.1). При этом на них возникают напряжения смятия , а в продольном сечении шпонки – напряжения среза . Однако, у стандартных шпонок размеры и подобраны таким образом, что нагрузку соединения ограничивают не напряжения среза, а напряжения смятия. Поэтому определение работоспособности шпоночного соединения сводится к проверке его прочности по напряжениям смятия

, (4.1)

где - окружная сила от момента (Нм), действующая на боковую грань шпонки; - площадь смятия; - рабочая длина шпонки; - общая длина шпонки; - длина ступицы; - допускаемое напряжение смятия в неподвижных соединениях с призматическими шпонками [1].

1.2. Шлицевые соединения

В шлицевых соединениях вращающий момент с вала на ступицу (или наоборот) передается с помощью специальных выступов (зубьев) на внешней цилиндрической поверхности вала, заходящих в соответствующие им пазы (шлицы) на внутренней цилиндрической поверхности ступицы и наоборот. Естественно, что материалом для получения шлицов являются материалы вала и ступицы, для изготовления которых обычно выбирают среднеуглеродистые, стали, типа сталь 45, реже легированные стали, типа сталь 40Х.



В силовых машиностроительных конструкциях в настоящее время обычно используются соединения с прямобочными шлицами (рис. 4.2) и эвольвентными шлицами (рис. 4.3).

 

Рис. 4.2. Соединение с прямобочными шлицами   Рис. 4.3. Соединение с эвольвентными шлицами

Из соединений с прямобочными шлицами наиболее распространены соединения с центрированием по наружному диаметру (рис. 4.2) или внутреннему диаметру . Геометрические параметры и этих соединений стандартизованы и выбираются по справочным таблицам ГОСТ 1139-80 [2] в зависимости от их номинального внутреннего диаметра , равного диаметру отверстия в заготовке ступицы, и серии (табл. 4.2). Стандарт предусматривает три серии: легкую среднюю и тяжёлую. Для одного и того же диаметра с переходом от легкой серии к средней и тяжелой возрастает наружный диаметр и увеличивается число шлицов , При этом их ширина уменьшается, а фаска практически не меняется. Поэтому соединения средней и тяжелой серий отличаются повышенной нагрузочной способностью.

Таблица 4.2

Геометрические характеристики прямобочных шлицов из ГОСТа 1139-80

, мм
Легкая серия
,мм
, мм
,мм 0,3 0,4 0,5
Средняя серия
,мм
, мм
,мм 0,3 0,4 0,5
Тяжёлая серия
,мм
, мм
,мм 0,3 0,4 0,5
                           

Эвольвентные шлицевые соединения технологичнее прямобочных и обладают большей нагрузочной способностью. Центрирование в соединениях с эвольвентным профилем шлицов выполняют, как правило, по их боковым поверхностям (рис. 4.3), реже по наружному диаметру . За номинальный диаметр соединения принимают его наружный диаметр , равный диаметру заготовки вала, и в зависимости от него определяют по справочным таблицам ГОСТа 6033-80 [2] модуль шлицов и их число (табл. 4.3).



Таблица 4.3

Геометрические характеристики эвольвентных шлицов из ГОСТ 6033-80

  , мм , мм
1,25
1,5

Посадки элементов шлицевых соединений также регламентированы указанными выше стандартами и выбираются по соответствующим справочным таблицам [2].

Отказы шлицевых соединений обычно обусловлены смятием и изнашиванием боковых рабочих поверхностей их зубьев. При этом и смятие, и износ зависят от одного и того же фактора – величины напряжений смятия на этих поверхностях шлицов. Следовательно, прочность по напряжениям смятия можно принять в качестве обобщенного критерия работоспособности шлицевых соединений. Тогда в упрощенной расчётной модели при равномерном распределении нагрузки по длине шлицов определение работоспособности соединений сводится к проверке условия

, (4.2)

где - номинальный передаваемый соединением вращающий момент, Нм; - число зубьев (щлицев); - средний диаметр соединения, мм; - высота шлицев, мм; для прямобочных щлицев: , ; для эвольвентных шлицев: , ; - длина шлицев; - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по зубьям (шлицам); - допускаемое напряжение смятия; для неподвижных соединений при средних условиях эксплуатации и твердости материала шлицев не более [1].

 

2. Порядок выполнения работы и оформление её результатов

1. Изучают теоретические основы работы.

2. Путем опытных замеров определяют геометрические характеристики исследуемых валов с приматическими шпонками, с прямобочными и эвольвентными шлицами, и заносят полученные результаты в соответсвующие табл. 4.4…4.6.

Таблица 4.4

Размеры и условное обозначение призматической шпонки

Геометрические характеристики, мм Результаты измерений
d - номинальный диаметр вала  
- ширина шпонки  
- высота шпонки  
- длина шпонки  
- рабочая длина шпонки  
Условное обозначение: Шпонка х х ГОСТ 23360-78

Таблица 4.5

Размеры и условное обозначение прямобочных шлицев

Геометрические характеристики, мм Результаты измерений
d - номинальный внутренний диаметр  
- наружный диаметр шлицов  
- ширина шлицев  
- фаска шлицев  
- число шлицев  
- длина шлицов  
Условное обозначение: D-10х46х56Н7/js6x7D9/js 7ГОСТ 1139-80

Таблица 4.6

Размеры и условное обозначение эвольвентных шлицев

Геометрические характеристики, мм Результаты измерений
- номинальный внешний диаметр  
- модуль шлицев  
- число шлицев  
- длина шлицев  
Условное обозначение; 35х2х9Н/9g ГОСТ 6033-80

3. Используя табл. 4.1…4.3, уточняют стандартные размеры исследуемых изделий и заносят в табл. 4.4…4.6 их условные обозначения.

4. Рассчитывают максимальный вращающий момент , передаваемый каждым из исследуемых соединений, исходя из условий их прочности.

Для соединения с призматической шпонкой с учётом (4.1) и определённых ранее значений геометрических характеристик вала и шпонки рассчитывают как

. (4.3)

Для обоих видов шлицевых соединений с учётом (4.2) и определённых ранее значений геометрических характеристик вала и шлицев вычисляют согласно

. (4.4)

Выводы

В выводах указывают основные результаты работы, сопоставляют полученные результаты с данными учебной литературы [1, 2], дают сравнительную оценку нагрузочной способности исследованных соединений и корректности проведённых исследований.

Контрольные вопросы

1. К какому типу соединений деталей машин относятся шпоночные и шлицевые соединения?

2. Каково основное назначение шпоночных и шлицевых соединений?

3. Какие из размеров шпоночных соединений с прямобочными шлицами и с эвольвентными шлицами называются номинальными и почему?

4. Каким образом центрируют шпоночные соединения, соединения с прямобочными шлицами и соединения с эвольвентными шлицами?

5. Какие посадки рекомендуются для шпонки в паз вала и в паз ступицы?

6. Почему шпоночные соединения с призматическими стандартными шпонками проверяют на прочность только по напряжениям смятия?

7. Что принимают за обощённый критерий работоспособности шлицевых соединений?

8. В чём заключается различие между лёгкой, средней и тяжёлой сериями стандартных прямобочных шлицев?

9. Какими преимуществами обладают эвольвентные шлицевые соединения относительно соединений с прямобочными шлицами?

10.Какое из исследованных соединений и почему обладает большей нагрузочной способностью по передаваемому вращающему моменту?

 


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5


Просмотров 1004

Эта страница нарушает авторские права




allrefrs.ru - 2021 год. Все права принадлежат их авторам!