Шлицевые соединения
Шлицевые соединения, так же как и шпоночные, служат для закрепления деталей (шкивов, зубчатых колес, муфт, маховиков, кулачков и т.п.) на осях и валах. Соединения нагружаются в основном вращающим моментом.
Зубчатые (шлицевые) соединения – это соединения, образованные выступами - зубьями на валу, которые входят во впадины соответствующей формы в ступице. Шлицевое соединение можно условно представить как многошпоночное, у которого шпонки изготовлены непосредственно на валу.
С помощью шлицевого соединения обеспечивается как неподвижное, так и подвижное (с относительным осевым перемещением соединенных поверхностей) соединение деталей.
Преимущества:
- большая нагрузочная способность (большая рабочая поверхность и равномерное давление по высоте зубьев),
- большая усталостная прочность вала (более низкая концентрация напряжений за счет скругления выступов и впадин в основании),
- лучшее центрирование детали на валу,
- меньшее число деталей в соединении,
- меньшая длина ступицы.
Недостатки:
- более сложная технология изготовления,
- более высокая стоимость
Область применения:
- в высоконагруженных машинах (автотранспорт, станкостроение, авиастроение и т.п.),
- в качестве неподвижных соединений для жесткого соединения ступицы с валом,
- для компенсации небольшой несоосности в подвижных соединениях под нагрузкой (сверлильные шпиндели, карданные валы) и без нагрузки (подвижные зубчатые колеса в коробках передач).
Зубья на валах получают фрезированием, строганием или накатыванием, зубья в отверстиях − протягиванием или долблением. Для обработки поверхностей используют шлифование, дорнование т.п.
Шлицевые соединения стандартизированны.
Классификация
Серии по стандарту (в зависимости от высоты и числа зубьев):
- легкая (D =26 ... 120 мм, z = 6, 8, 10),
- средняя (D =14 ...125 мм, z = 6, 8, 10)
- тяжелая (D =20 ...125 мм, z = 10, 16, 20)
По форме профиля:
- прямобочные (ГОСТ 1139-58),
- эвольвентные (ГОСТ 6033-51),
- треугольные (регламентированы соответствующими нормами).
По характеру соединения:
- неподвижные (для крепления на валу),
- подвижные (допускают перемещение детали вдоль вала).
Соединение с прямобочными зубьями
Соединение с прямобочными зубьями центрируются
- по внешнему диаметру (б), обеспечивающее высокую соосность вала и ступицы,
- по внутреннему диаметру (в), обеспечивающее высокую соосность вала и ступицы,
- по боковым граням (а), обеспечивающее более равномерное распределение нагрузки на зубьях, применяющееся при тяжелых условиях работы (ударной и реверсивной нагрузке и др.).
Диаметр, по которому из проводят центрирование, выбирают на основании технологических условий. Если твердость материала втулки позволяет проводить обработку протягиванием (при твердости <350 НВ), то рекомендуют центрирование по внешнему диаметру. При этом поверхности отверстия калибруют и протягивают, а поверхность вала шлифуют. При высокой твердости втулки рекомендуют центрирование по внутреннему диаметру. В этом случае поверхности отверстия и вала можно обрабатывать шлифованием.
Соединении с эвольвентными зубьями
Применение соединений с эвольвентными зубьями целесообразно при больших диаметрах валов, когда для нарезания зубьев в отверстии и на валу могут быть использованные более совершенные технологические методы. Для сравнительно малых и средних диаметров, преимущественно применяют соединения с прямобочными зубьями, потому что протягивание эвольвентных зубьев дороже, чем прямобочных. Согласно этому, стандарты на зубчатые соединения предусматривают диаметры валов до 500 мм с эвольвентными зубами и только до 125 мм из прямобочными.
Соединение с эвольвентными зубьями выполняют с центрированием по боковым граням (а) или внешнему диаметру вала (б). Наиболее распространен первый способ.
В отличие от зубчатых колес угол профиля эвольвентных зубьев соединения увеличен до 30°, а высота уменьшена до 0,9...1 модуля. Эвольвентные зубья меньше ослабляют вал вследствие радиусных галтелей у ножек зубьев. Их можно применять в соединениях, подвижных вдоль оси вала.
Основные критерии работоспособности и расчетов
Основные критерии работоспособности и расчетов зубчатых соединений:
- сопротивление рабочих поверхностей смятию,
- сопротивление изнашиванию от фретинг- коррозии.
Изнашивание при фретинг-коррозии − это коррозийно-механическое изнашивание при малых относительных колебательных перемещениях соединяемых поверхностей. В зубчатых соединениях такие перемещения связаны с деформациями и зазорами, при этом циклические деформации изгиба вала распространяются на отверстие ступицы и сопровождаются относительными микроперемещениями. Деформации кручения также сопровождаются микросдвигами, но в отличие от изгиба они циклические только при переменном вращающем моменте.
Коррозийно-механическое изнашивание можно уменьшить путем сокращения зазоров в соединении и расположением зубчатого венца симметрично ступицы. Для повышения нагрузочной способности соединения используют также повышение точности изготовления и твердости рабочих поверхностей.
Если соединение нагружено только крутящим моментом, например, при соединении муфты с валом, то не будет относительных колебательных перемещений, а, следовательно, и износа. Такие соединения на износ не рассчитывают.
Расчеты зубчатых соединений
Смятие и износ рабочих поверхностей зубьев связаны с напряжениями смятия. Это позволяет рассматривать напряжения смятия как обобщенный критерий расчетов и на смятие, и на износ, если допускаемые значения назначать на основе опыта эксплуатации подобных конструкций. Такой расчет называется упрощенным расчетом по обобщенному критерию.
Расчеты по ГОСТ 21425-75 предусматривает раздельные расчеты на смятие и износ с учетом срока службы, режима нагрузки и т.п.
Этот уточненный расчет разработан только для прямобочных зубчатых соединений валов с зубчатыми колесами, муфтами и другими деталями, за исключением шкивов, паразитарных шестерен и специальных соединений для компенсации перекоса или несоосности валов. Соединение шкивов и паразитарных шестерен имеют другую схему нагрузки и большие радиальные силы.
При этом расчете учитывают неравномерность распределения нагрузки по длине зубьев, приработку рабочих поверхностей, срок службы и т.п.
Нагрузочная способность соединения определяется как меньшая из двух значений, полученных при расчете на смятие и на износ.
Расчет на смятие предупреждает пластичные деформации рабочих поверхностей зубьев при перегрузках.
Различают расчеты на износ, когда износ допускается при некотором ограниченном сроке службы и когда износ не допускается или очень мал при неограниченном сроке службы. Соединения, которые нагружены только крутящим моментом, на износ не рассчитываются.
Профильные соединения
В профильном соединении охватывающая и охватываемая поверхности деталей имеют некруглый профиль сечения, вследствие чего обеспечивается передача больших крутящих моментов без использования дополнительных деталей (например, соединение корабельного гребного винта с конечным валом).
По сравнению со шпоночными и шлицевыми соединениями профильное соединение отличается меньшей концентрацией напряжений и лучшим центрированием. Недостаток соединения состоит в сложности изготовления поверхностей профильных соединенных.
Штифтовые соединения
Штифтовое соединение, широка распространенное в машиностроении, осуществляется с помощью дополнительной детали – штифта.
Соединения применяется для передачи осевого нагрузки или крутящего момента, а также для обеспечения точного взаимного расположения соединяемых деталей.
Преимуществами штифтовых соединений является простота конструкции, удобство монтажа. К недостаткам можно отнести ослабление основных деталей отверстиями под штифты, нетехнологичность конструкции и ограничение передаваемых нагрузок.
Штифты рассчитываются на срез и смятие.
Формат: pdf
Язык: русский, украинский
Размер: 500 КВ