Лекция 17. Шпоночное соединение
Обзор: Область применения. Преимущества и недостатки. Типы шпонок. Соединение клиновыми, призматическими, сегментными и круглыми шпонками. Материалы
Бесплатно
Просмотр: эта статья прочитана 20132 раз

pdf

Краткий обзор
Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык

Шпоночное соединениеОбласть применения

 Шпоночные соединения служат для закрепления деталей на осях и валах, например шкивов, зубчатых колес, муфт, маховиков, кулачков и т.д. Соединения нагружаются в основном вращающим моментом
Шпоночное соединение осуществляется при помощи специальной детали – шпонки, которая закладывается в соответствующие пазы, выполненных на сопряженных поверхностях соединяемых деталей. Оно обеспечивает неподвижное соединение деталей для передачи крутящего момента.
Призматические шпонки широко применяют во всех областях машиностроения.    

Преимущества:

  • Простота и надежность конструкции,
  • Удобство сборки и разборки,
  • Невысокая стоимость.

Недостатки:

  • Ослабление сечений соединяемых деталей;
  • Наличие концентраторов напряжений;
  • При переходных посадках или посадках с зазором прочность соединения ниже прочности вала и ступицы;
  • Трудности обеспечения взаимозаменяемости, заключающиеся в необходимости подгонки или выбора шпонки по пазу, , ограничивающее их применение в массовом и крупносерийном производстве

Типы шпонок

  • клиновая врезная  (ГОСТ  8791-68), создает напряженное состояние на верхней и нижней гранях шпонки и передает крутящий момент за счет сил трения на них;
  • призматическая обычная с скругленными концами (ГОСТ 8789-68), воспринимает нагрузку боковыми гранями;
  • призматическая направляющая врезная с закреплением на валу (ГОСТ 8790-68), допускает перемещение ступицы вдоль оси вала;
  • сегментная (ГОСТ 8794-68);
  • круглая (не стандартизированная).

Соединение клиновыми шпонками

  Характеристики соединения клиновыми шпонками (врезной клиновой шпонкой):

  • свободная посадка ступицы на вал;
  • расположение шпонки в пазу с зазорами по боковым граням, рабочими являются широкие грани шпонки (это связанно с технологическими трудностями);
  • передача крутящего момента с вала на ступицу силами трения, образованными в соединении от запрессовки шпонки.

 При запрессовке шпонки смещаются центры вала и ступицы на некоторое значение  , которое равно половине зазора посадки и деформации деталей. Такое смещение приводит к дисбалансу и при    большой   частоте вращения неблагоприятно сказывается   на    работе   механизма .

 Клиновая форма шпонки может вызывать перекос детали, при котором торцевая плоскость шпонки не будет перпендикулярна оси вала. Обработка паза в ступице с уклоном, который равен уклону шпонки, приводит к дополнительным технологическим трудностям и требует индивидуальной подгонки шпонки по пазу. Такая подонка недопустима в условиях массового производства. По этой причине в условиях современного производства применение клиновых шпонок резко сократилось

Соединение призматическими шпонками

 Соединение призматическими шпонками ненапряженное, требующкк изготовления вала и отверстия с большой точностью. Часто посадка ступицы на вал производится с натягом.

 Момент передается с вала на ступицу боковыми узкими   гранями   шпонки. При этом на них возникают   напряжения   смятия , а в продольном сечении  шпонки — напряжения  среза.

 Для упрощения расчета принимают, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты, напряжение смятия равномерно распределяются по высоте и длине шпонки,  плечо  равнодействующей  этих  напряжений  равно  . 

 У   стандартных   шпонок   размеры   b   и   h   подобраны   таким образом, что  нагрузка  соединения ограничивается не напряжениями среза, а напряжение смятия. Поэтому при расчетах обычно используют  только  условие прочности на смятие.

 Шпонку выбирают в зависимости от диаметра вала по ГОСТ 23360-78, определяют размеры поперечного сечения шпонки b и h. Из условия прочности на смятие определяют расчетную длину шпонки l, округляют к стандартному размеру, согласовывая ее с размером ступицы.

 Параллельность граней призматической шпонки позволяет в осевом   направлении   осуществлять подвижные   соединения ступицы с   валом   (коробки скоростей  и   др.).   Силы трения, возникающие при перемещении ступицы в подвижном соединении, могут нарушить правильное положение шпонки, поэтому целесообразно ее крепить на валу винтами. 

 В некоторых конструкциях целесообразно применять  короткие  шпонки,  закрепленные на ступице.
Сегментная и цилиндрическая шпонки являются разновидностью  призматической шпонки, потому что принцип работы этих  шпонок подобен принципу работы призматической шпонки.

Соединение с помощью сегментной шпонки

  В соединении с помощью сегментной шпонки глубокая посадка шпонки обеспечивает ее более устойчивое положение, чем у простой призматической шпонки. При этом глубокий паз значительно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки применяют, главным образом, для закрепления деталей на малонагруженных участках вала, например на концах валов.

Соединение с помощью цилиндрической шпонки

 Цилиндрическую шпонку используют для закрепления деталей в конце вала. Отверстие под шпонку сверлят и обрабатывают развертыванием после посадки ступицы на вал. В высоконагруженных соединениях ставят две или три цилиндрические шпонки, располагая их под углом 180в или 120°. Цилиндрическую шпонку ставят с натягом. Иногда шпонке придают коническую форму.

Материалы

 Стандартные шпонки изготовляют с чистотянутых стальных прутьев  углеродистой по ГОСТ 380-71 и ГОСТ 1050-74  или легированной стали с пределом прочности  не ниже 500 МПа. Значение допускаемых напряжений зависят от:

  • режима работы,
  • прочности материала вала и втулки,
  • типа посадки втулки на вал.

 Допускаемые напряжения на смятие при стальной ступице для  неподвижных  соединений  при  переходных  посадках рекомендуют   80...150  МПа, при  посадках  с  натягом    110...200   МПа;  при чугунной ступице принимается 45…55 МПа.

 Меньшие значения принимают для чугунных ступиц и при резких изменениях нагрузки.

 В подвижных (в осевом направлении) соединениях допускаемые напряжения значительно  снижают с  целью предупреждения  задира  и  ограничения  износа. При  этом  принимают   20...30  МПа.

 Значение   зависит от характера нагрузки: для спокойной нагрузки принимается 120 МПа, при умеренных толчках 85 МПа, при ударных нагрузках  50 МПа.

Формат: pdf

Язык: русский, украинский

Размер: 540 КВ

Выбор и расчет посадок шпоночных соединений
 

Получить RSS Еще публикации по теме

Больше статей...

 На главную страницу

Оцените сайт

Примеры расчетов
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи. Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.

Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.

Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается

Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается

Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы

Определение реакций опор твердого тела
Исходные данные и примеры решения задачи Определение реакций опор твердого тела (задача С-2 из cборника заданий для курсовых работ по теоретической механике А.А. Яблонского)

Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
Пример решение задачи на определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения

Определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении
Пример решения задачи на определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении

Определение усилий в стержнях плоской фермы
Пример решения задачи на определение усилий в стержнях плоской фермы методом Риттера и методом вырезания узлов

Применение теоремы об изменении кинетического момента
Пример решения задачи на применение теоремы об изменении кинетического момента для определения угловой скорости тела, совершающего вращение вокруг неподвижной оси.


Учебники
А.А. Яблонский, В.М. Никифорова Курс теоретической механики, т.1 и 2
Курс теоретической механики для студентов высших учебных заведений в двух томах.

С.М. Тарг. Краткий курс теоретической механики
С.М. Тарг. Краткий курс теоретической механики. 10-е издание,1986 г.

Беляев Н.М. Сопротивление материалов
Учебник по сопротивлению материалов для студентов политехнических, транспортных, строительных, гидротехнических, энергетических и машиностроительных вузов

М.Н.Иванов, В.А. Финогенов - Детали машин
Учебник по дисциплине 'Детали машин и основы конструирования' в электронном формате. 12-е издание, исправленное, год издания 2008.

Н.Ф.Киркач, Р.А.Баласанян - Расчет и проектирование деталей машин Учебник по дисциплине Детали машин и основы конструирования в формате djvu

В.И.Анурьев. Справочник инженера конструктора Три тома cправочника инженера-конструктора. Приведены современные справочные сведения по расчету и конструкциям осей, валов,подшипников, муфт, механический передач, разъемных соединений. Материалы, допуски и посадки и др.

ГОСТ 19523-81 Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А Выписка из ГОСТ 19523-81 Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А мощностью 0,55 кВт до 15кВт, мощность, асинхронная частота вращения, геометрические размеры

ГОСТ 25347-82 «ЕСДП, поля допусков и рекомендуемые посадки» (СТ СЭВ 144-75) Настоящий стандарт распространяется на гладкие элементы деталей с номинальными размерами до 3150 мм и устанавливает поля допусков для гладких деталей в посадках и для несопрягаемых элементов.

ГОСТ 520-2002. Подшипники качения Стандарт устанавливает допуски на основные размеры и точность вращения подшипников и другие технические требования

Больше закачек...