Расчет шлицевых соединений

Основным критерием работоспособности шлицевых соединений является сопротивление рабочих поверхностей смятию и изнашиванию. Изнашивание боковых поверхностей зубьев (фреттинг-коррозия, см. § 1.7) обусловлено микроперемещениями деталей соединения вследствие

пругих деформаций при действии радиальной нагрузки и вращающего момента или несовпадения осей вращения (из-за зазоров, погрешностей изготовления и монтажа).

Параметры соединения выбирают по таблицам стандарта в зависимости от диаметра вала, а затем проводят расчет по критериям работоспособности.

Смятие и изнашивание рабочих поверхностей связаны с действующими на контактирующих поверхностях напряжениями σ_см.

Упрощенный (приближенный) расчет основан на ограничении напряжений смятия допускаемыми значениями [σ]_см, назначаемыми на основе опыта эксплуатации подобных конструкций:

(8.1)

где Т— расчетный вращающий момент (наибольший из длительно действующих моментов при переменном режиме нагружения), Нм; К₃ — коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями (зависит от точности изготовления и условий работы), К₃ = 1,1...1,5; d_cp — средний диаметр соединения, мм; z —число зубьев; h —рабочая высота зубьев, мм; l _р — рабочая длина соединения, мм; [σ]см ^— допускаемое напряжение смятия, Н/мм². Для соединений с прямобочными зубьями

где f — фаска зуба.

Для соединений с эвольвентными зубьями

Для соединений с треугольными зубьями

В табл. 8.3 приведены значения [σ]_см для изделий общего машиностроения и подъемно-транспортных устройств, рассчитанных на длительный срок службы.

Таблица 8.3. Допускаемые напряжения смятия [σ]_см для расчета шлицевых соединений

Тип соединения	Условия эксплуатации	\|σ\|_см, Н/мм²
<350 НВ	>40 HRC
Неподвижное Подвижное без нагрузки (блок шестерен коробки передач, см. рис. 8.3)	а б в а б в	35...50 60...100 80... 120 15...20 20...30 25...40	40...70 100...140 120...200 20...35 30...60 40...70

Продолжение табл. 8.3

Тип соединения	Условия эксплуатации	\|σ\|_см, Н/мм²
< 350 НВ	>40 HRC
Подвижное под нагрузкой (шпиндели сверлильных станков, соединение карданного вала)	а б в	—	3...10 5...15 10...20

Примечания: 1. а — тяжелые условия эксплуатации — нагрузка знакопеременная с ударами; вибрации большой частоты и амплитуды; плохие условия смазывания; невысокая точность изготовления; б — условия эксплуатации средние; в — условия эксплуатации хорошие.

2. Большие значения—для легких режимов нагрузки.

Если расчетное напряжение σ_см превышает допускаемое более чем на 5 %, то увеличивают длину ступицы, изменяют размеры, термообработку или принимают другой вид соединения и повторяют проверочный расчет.

При проектировочном расчете шлицевых соединений после выбора размеров сечения зубьев по стандарту (см. табл. 8.1 и 8.2) определяют длину зубьев l _р [формула (8.1)].

Если получается, что l_p>l,5d, то изменяют размеры, термообработку или принимают другой вид соединения.

Длину ступицы принимают l _ст = l _р + 4...6 мм и более в зависимости от конструкции соединения.

Расчет шлицевого соединения ведут в последовательности, изложенной в решении примера 8.1.

Уточненный расчет на смятие и износ разработан для прямобочных шлицевых соединений (см. ГОСТ). В расчете учитываются характер на-гружения, конструктивные особенности соединения, требуемый ресурс и др. (см. [5]).