Шпонкові з'єднання 

    Шпонка – деталь, яка встановлюється в пазах двох деталей, що стикаються, та перешкоджає відносному повороту чи зсуву цих деталей.
     Оцінка  з'єднань  призматичними  шпонками і  їхнє  застосування
    Призматичні шпонки широко застосовують у всіх галузях   машинобудування.    
Переваги:

• простота  конструкції,
• низька вартість .

Недоліки:

• послаблення валу і маточини шпонковими пазами;
• концентрація напружень у зоні шпонкової канавки
• міцність з'єднання нижче міцності вала і маточини (при перехідних посадках або посадках із зазором)
• труднощі забезпечення їхньої взаємозамінності (необхідність пригону або підбора шпонки по пазу, що обмежує їх застосування у крупносерійному і масовому виробництві)

    Тому шпонкові з'єднання не рекомендують для швидкохідних динамічно навантажених валів.
     Пригоном прагнуть забезпечити стійке положення шпонки в пазах, тому що перекіс (вивертання) шпонки значно послабляє з'єднання. Сегментна шпонка з глибоким пазом у цьому відношенні має перевагу перед простою призматичною шпонкою. Її воліють застосовувати при масовому виробництві.
    Всі основні види шпонок можна розділити на:

• клинові врізна  (ГОСТ  8791-68), створює напружений стан за верхньою та нижньою гранями шпонки і передає крутний момент за рахунок сил тертя на них,
• призматична звичайна з округленими кінцями (ГОСТ 8789-68), сприймає навантаження бічними гранями.
• призматична напрямна врізна із закріпленням на валу (ГОСТ 8790-68), допускає переміщення маточини вздовж осі валу,
• сегментна (ГОСТ 8794-68),
• кругла (не стандартизована)

     Розміри шпонок і допуски на них стандартизовані.
     З'єднання клиновими шпонками (наприклад, урізною клиновою шпонкою) характеризується вільною посадкою маточини на вал (із зазором); розташуванням шпонки в пазу з зазорами по бічних гранях, пов’язаною з технологічними труднощами. (робітниками є широкі грані шпонки); передачею обертаючого моменту від вала до маточини в основному силами тертя, що утворяться в з'єднанні від запресовування шпонки. Запресовування шпонки зміщає центри вала і маточини на деяке значення А, рівне половині зазору посадки і деформації деталей. Цей зсув викликає дисбаланс і несприятливо позначається   на    роботі   механізму    при    великих   частотах обертання.
     Клинова форма шпонки може викликати перекіс деталі, при якому її торцева площина не буде перпендикулярна осі вала. Обробка паза в маточині з ухилом, рівним ухилові шпонки, створює додаткових технологічних труднощів і часто вимагає індивідуального пригону шпонки по пазу. Такий пригін зовсім неприпустимий в умовах масового виробництва. Ці недоліки послужили причиною того, що застосування клинових шпонок різко скоротилося в умовах сучасного виробництва.
    З’єднання призматичними шпонками ненапружене. Воно вимагає виготовлення вала й отвору з великою точністю В багатьох випадках посадка маточини на вал виробляється з натягом.
    Тип з’єднання

• вільне (для направляючих шпонок)
• нормальне(для крупносерійного та масового виробництва)
• щільне(для одиничного та серійного виробництва)

    Момент передається з вала на маточину бічними вузькими   гранями   шпонки. При цьому на них виникають   напруження   зминання см, а в подовжньому перерізі  шпонки — напруження  зрізу  ..
   Для спрощення розрахунок допускають, що шпонка врізана у вал на половину своєї висоти, напруження розподіляються рівномірно по висоті та довжині шпонки,  плече  рівнодіючої  цих  напружень  дорівнює  .    
     У   стандартних   шпонок   розміри   b   і   h   підібрані   таким чином. що  навантаження  з'єднання обмежують не напруження зрізу; а напруження зминання. Тому при розрахунках звичайно використовують  тільки  умову міцності на зминання.
     Паралельність граней призматичної шпонки дозволяємо в   осьовому   напрямку   здійснювати   рухливі   з'єднання маточини   з   валом   (коробки   швидкостей  і   ін.).   Сили  тертя, що виникають при переміщенні маточини в рухливому з'єднанні, можуть порушити правильне положення шпонки, тому доцільно її кріпити до валу гвинтами (а).
    В деяких конструкціях доцільно застосовувати  короткі  шпонки,  прикріплені  до маточини .
     Сегментна і циліндрична шпонки є різновид  призматичної шпонки, тому що принцип роботи цих
 шпонок подібний принципові роботи призматичної шпонки.
     У з'єднанні за допомогою сегментної шпонки глибока посадка шпонки забезпечує їй більш стійке положення, чому простої призматичної шпонки. Однак глибокий паз значно послабляє вал, тому сегментні шпонки застосовують головним чином для закріплення деталей на малонавантажених ділянках вала, наприклад на кінцях валів.
     При  довгих   маточинах   можна   ставити   в   ряд  по   осі   вала дві  сегментні  шпонки.
      Циліндричну шпонку використовують для закріплення деталей на кінці вала. Отвір під шпонку свердлять і обробляють розгорненням після посадки маточини на вал. При великих навантаженнях ставлять дві або три циліндричні шпонки, розташовуючи них під кутом 180 або 120°. Циліндричну шпонку встановлюють в отвір з натягом. У деяких випадках шпонці додають конічну форму.
    Матеріал  шпонок  і  допустимі напруження:
   Стандартні шпонки виготовляють з чистотянутих сталевих прутків —  вуглецевої за ГОСТ 380-71 та ГОСТ 1050-74  або легованої сталі з межею міцності  не нижче 500 МПа.

    Значення допустимих напружень залежить від:

• режиму роботи,
• міцності матеріалу вала і втулки,
• типу посадки втулки на вал.

   Для  нерухомих  з'єднань  :

• при  перехідних  посадках  допустимі напруження зминання 80...150  МПа;
• при  посадках  з  натягом   допустимі напруження зминання 110...200   МПа.

   Менші значення для чавунних маточин і при різких змінах навантаження.
   У рухливих (в осьовому напрямку) з'єднаннях допустимі напруження значно  знижують з  метою попередження  задиру  й  обмеження  зносу. При  цьому  приймають  допустимі напруження зминання 20...30  МПа.
    Значення допустимих напружень зрізання приймається в залежності від характеру навантаження – для спокійного навантаження допустимі напруження зрізання 120 МПа, для помірних поштовхів  допустимі напруження зрізання85 МПа, для ударного навантаження допустимі напруження зрізання 50 МПа.
   Загальні  зауваження  з  розрахунку  шпонкових  з'єднань:
    Усі розміри шпонок і допуски на них стандартизовані. Стандарт передбачає для кожного діаметра вала визначені розміри поперечного переріза шпонки. Тому при проектних розрахунках розміри b и h беруть по довіднику і визначають l. Розрахункову довжину шпонки округляють до стандартного розміру, узгоджуючись з розміром маточини.
    Отримані вище розрахункові формули не враховують впливу сил тертя, що утворяться в з'єднанні при посадках з натягом. Ці сили тертя частково розвантажують шпонку і враховуються при виборі допустимих напружень.
     У тих випадках, коли одна шпонка не може передати заданого моменту, установлюють дві або три шпонки. При цьому варто враховувати, що постановка декількох шпонок зв'язана з технологічними утрудненнями, а також послабляє вал і маточину. Тому багатошпонкове з'єднання майже не застосовують. Їх заміняють зубцюватими з'єднаннями.

Зубцюваті  (шліцові)  з'єднання

    Зубцюваті (шлицеві) з'єднання – це з’єднання, які утворюються виступами – зубцями на валу, які входять у впадини відповідної форми в маточині. Розміри зубцюватих з'єднань, а також допуски на них стандартизовані.
    Переваги:
велика навантажувальна здатність (велика робоча поверхня і рівномірний тиск по висоті зубців),

• велике втомна міцність вала (більш низька концентрація напружень за рахунок скруглення у основі виступів та западин),
• краще центрування деталі на валу,
• зменшується число деталей з’єднання,
• зменшується довжина маточини.

   Недоліки:

• більш складна технологія виготовлення,
• більш висока вартість

   Область застосування:

• у високонавантажених машинах (автотранспорт, верстатобудування, авіабудування тощо),
• в якості нерухомих з’єднань для жорсткого з’єднання маточини з валом,
• для з’єднання з компенсуванням невеликої  співвісності для рухомого з’єднання під навантаженням ( свердлильні шпинделі, карданні вали) і без навантаження (рухомі зубчасті колеса в коробках передач).

     Зубці на валах одержують фрезеруванням, струганням або накочуванням. Зуби в отворах утворять протяганням або довбанням. Протягання — високопродуктивний спосіб і широко застосовується в масовому виробництві. Для оздоблювальних операцій використовують шліфування, дорнування тощо.
     Класифікація:
  Серії  за стандартом (відрізняються висотою та кількістю зубців):

• легкою (D =26 ... 120 мм, z = 6, 8, 10),
• середня (D =14 ... 125 мм, z = 6, 8, 10)
• важка (D =20... 125 мм, z = 10, 16, 20)

    За формою профілю:

• прямобічні,
• евольвентні
• трикутні (мало поширені).

   По  характеру з’єднання:

• нерухомі (для закріплення на валу),
• рухомі (допускають переміщення деталі вздовж валу).

З'єднанні з прямобічними зубцями:

По способу центрування маточини відносно валу:

• по зовнішньому діаметру  –забезпечує високу співвісність вала і маточини,
• по внутрішньому діаметру  – забезпечує високу співвісність вала і маточини,
• по боковим граням  – забезпечує більш рівномірний розподіл навантаження по зубцях, застосовують при тяжких умовах роботи (ударні і реверсивні навантаження й ін.)..

    Діаметр центрування (D або d) вибирають з технологічних умов. Якщо твердість матеріалу втулки дозволяє обробку протяганням (<350 НВ), то рекомендують центрування по D. При цьому поверхні отвору, що центрують, калібрую і протяганням, а поверхню вала, що центрує, шліфуванням. При високій твердості втулки рекомендують центрування по d. У цьому випадку поверхні отвору, що центрують, і вала можна обробляти шліфуванням..

З'єднанні   з   евольвентними   зубами
      Кращі   при   великих   діаметрах валів, коли для нарізування зубів в отворі і на валові можуть бути використані досить досконалі технологічні способи, Для порівняно малих і середніх діаметрів, переважно застосовують з'єднання з прямобічними зубцями, тому що евольвентне протягування дорожче прямобічного. Відповідно до цього стандарти на зубцюваті з'єднання передбачають діаметри валів до 500 мм із евольвентними зубами і тільки до 125 мм із прямобічними.
З'єднання з евольвентними зубцями  виконують з центруванням   по   бічних   гранях   (а)  або  зовнішньому діаметру   вала   (б).   Найбільш   розповсюджений   перший спосіб.
На відміну від зубчастих коліс кут профілю евольвентних зубів з'єднання збільшений до 30°, а висота зменшена до 0,9...1 модуля. Евольвентні зубці менше послабляють вал ^наслідок радіусних галтелей у підстави зубів. Так само як і прямобічні, їх можна застосовувати в з'єднаннях, рухливих уздовж осі вала.

Основні  критерії  працездатності і  розрахунку

Основні критерії працездатності і розрахунку зубчастих з'єднань:
  1. Опір робочих поверхонь зминанню,

2. Опір зношуванню від ретинг  корозії (від англ., fret — роз'їдати). Зношування при фретинг – корозії — це корозійно-механічне зношування при малих відносних коливальних переміщеннях поверхонь, що стикаються. У зубцюватих з'єднаннях такі переміщення зв'язані з деформаціями і зазорами (циклічні деформації згину обертового вала розповсюджуються в отвір маточини і супроводжуються відносними мікропереміщеннями). Деформації кручення також супроводжуються мікрозсувами, але на відміну від згину вони циклічні тільки при змінному обертовому моменті.
   Корозійно-механічне зношування можна зменшити шляхом скорочення зазорів у з'єднанні і розташуванням зубцюватого вінця посередині маточини. Для підвищення навантажувальної здатності з'єднання використовують також підвищення точності виготовлення і твердості робочих поверхонь.
Якщо з'єднання навантажене тільки крутить моментом (сили F та Fa дорівнюють нулеві), наприклад у з'єднаннях муфт із валами, то не буде відносних коливальних переміщень, а отже, і зносу. Такі з'єднання на знос не розраховують
    Розрахунок  зубцюватих  з'єднань
Зминання і знос робочих поверхонь зубів зв'язані з тим самим параметром  – тиском . Це дозволяє розглядатинапруження зминання як узагальнений критерій розрахунку і на зминання, і на знос, якщо допустимі значення  призначати на основі досвіду експлуатації подібних конструкцій. Такий розрахунок будемо називати спрощеним розрахунком за узагальненим критерієм.
     Останнім часом виконаний ряд робіт, у яких зроблена спроба роздільного розрахунку на зминання і знос з урахуванням терміну служби, режиму навантаження й ін. Результати досліджень узагальнені в ГОСТ 21425—75. З огляду на складність розробки точного розрахунку, ГОСТ допускає виконувати спрощені розрахунки на основі цих даних для машин масового виробництва, особливо напружених машин або машин, що працюють у специфічних умовах, при наявності спеціальних досліджень або достатнього досвіду експлуатації.
    Спрощений розрахунок за узагальненим критерієм.
    Розрахунок за ГОСТ 21425—75.
     Цей уточнений розрахунок розроблений поки тільки для прямобічних зубцюватих з'єднань валів із зубчастими колісьми, муфтами й іншими деталями, за винятком шківів, паразитних шестірень і спеціальних з'єднань для компенсації перекосу або неспіввісності валів. З'єднання шківів і паразитних шестірень мають іншу схему навантаження і великі радіальні сили.
     При цьому розрахунку враховують нерівномірність розподілу навантаження по зубах і довжині зубів (зв'язану з погрішностями виготовлення і перекосами деталей від навантаження), приробіткові робочих поверхонь, термін служби й ін.
Навантажувальна здатність з'єднання визначається як менша з двох значень, отриманих з розрахунку на зминання і на знос.
  Розрахунок на зминання попереджає пластичні деформації робочих поверхонь зубів при перевантаженнях.
  Прийнято всі коригувальні коефіцієнти враховувати при розрахунку допустимих напружень. 

Скачать на русском языке

Популярным очень стало использовать стекло в интерьере дома, офисов, фасадов. Есть много стеклянных дверей - межкомнатных, просто раздвижных стеклянных, распашных и перегородок. Большим спросом пользуются двери из стекла компании «ИНПРУС», которые привлекают своим видом и утончённым дизайном и вся квартира, благодаря им, приобретает особый колорит и уникальность.