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 σсм.
|
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; dcp — 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 σсм 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 lp>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]).
