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.