Выполнение курсовой работы по разделу Детали машин

ЧЕТВЕРТАЯ ГРУППА ЗАДАЧ.

ШПОНОЧНЫЕ, ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

6.2 УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ЧЕТВЕРТОЙ ГРУППЫ

Решение задач можно вести в следующем порядке.

1) По диаметру вала d определить размеры поперечного сечения шпонок или размеры и число зубьев шлицевого соединения.

2) Допускаемое напряжение смятия [s СМ] определяется пределом текучести sT и зависит от вида приложенной нагрузки и характеристик материалов контактирующих деталей. Значение [s СМ] выбирается в расчете на наименее прочный материал их тех, что находятся в контакте.

 Тогда

[sСМ] = sТ / [ s ], (6.1)

 где sТ - предел текучести, МПа; [ s ] - коэффициент запаса.

При нереверсивной нагрузке, мало изменяющейся по величине, принимают коэффициент запаса [ s ] =1,9... 2,3 , а при частых пусках и остановках - [ s ] =2,9... 3,5; при реверсивной нагрузке коэффициент запаса повышают на 30 %.

Допускаемые напряжения на срез для шпонок обычно принимают [tСР] = 60… 100 МПа (меньшее значение принимают при динамических нагрузках).

Для шлицевых соединений фактические напряжения сильно зависят от координаты рассматриваемой точки на шлице и поэтому они оказываются значительно больше средних. Это обстоятельство можно учесть, если уменьшать допускаемые напряжения, увеличивая при этом коэффициенты запаса. При статической нагрузке допускаемые напряжения смятия можно принимать [sСМ] = 80… 120 МПа при твердости поверхности шлицев HB ≤ 350 и [sСМ] = 120… 200 МПа при твердости поверхности шлицев HB > 350. В случае подвижного соединения допускаемые напряжения уменьшают в два раза.

3) Проверить прочность элементов соединения в соответствии с видами разрушения.

а) Призматические шпонки имеют прямоугольное сечение. Стандарт предусматривает для каждого диаметра вала определенные размеры поперечного сечения шпонки. Поэтому при проектных расчетах размеры b и h принимают из таблицы Б4 и определяют расчетную длину lР шпонки

l Р . (6.2)

Длину шпонки l = lР + b выбирают из стандартного ряда (таблица Б4). Длину ступицы lСТ назначают на 8...10 мм больше длины шпонки. Если по результатам расчета шпоночного соединения получают длину ступицы lСТ ≥ 1,5 d, то вместо шпоночного целесообразнее применить шлицевое соединение или соединение с натягом.

Причиной разрушения шпоночного соединения, помимо нормальных пластических деформаций, может быть пластический сдвиг (срез), вызванный наибольшими касательными напряжениями.

И тогда шпонки проверяют на срез

. (6.3)

Однако если размеры поперечного сечения шпонки в зависимости от диаметра вала выбираются из нормального ряда, то выполнять такой расчет нет необходимости, так как условие прочности на срез выполняется автоматически.

б) Сегментные шпонки. Размеры сегментных шпонок рекомендуется выбирать в соответствии с данными таблицы Б5 . Расчет сегментных шпонок проводится в форме проверочного и выполняется по той же методике и по тем же формулам, что и расчет на сопротивление смятию для призматических шпоночных соединений.

Тогда

. (6.4)

Проверка соединения на срез осуществляется по формуле (6.3), принимая при этом lР = l.

в) Штифтовые соединения.

Диаметр dШ и расчетную длину штифта (цилиндрической шпонки) lР в первом приближении принимают по соотношениям в зависимости от диаметра вала d :

 dШ » (0,13… 0,16) d ; lР » (3… 4) d ш (6.5)

и уточняют по ГОСТ (таблица Б8).

- штифт расположен параллельно оси вращения (рисунок 6.8) соединение при этом обеспечивает передачу момента вращения T.

При нагружении внешним моментом в продольном сечении штифта появляются касательные напряжения, которые не могут превышать предела текучести при сдвиге.

Условие прочности на сопротивление срезу для осевого штифтового соединения можно записать как

. (6.6)

Условие отсутствия на поверхности контакта пластических деформаций (смятия), вызванных нормальными напряжениями, записывается в виде (см. формулу (4.29) [1, с. 137])

 (6.7)

По указанным формулам можно определить длину шпонки, задавшись ее диаметром, или задавшись ее длиной, найти диаметр шпонки.

- штифт установлен в радиальном направлении (рисунок 6.2).

 

Здесь каждая поверхность среза представляет собой круг. Как уже было сказано выше, в момент среза на этих поверхностях действуют касательные напряжения, равные пределу текучести при сдвиге. Тогда условие прочности на сопротивление срезу имеет вид

, (6.8)

где i - число поверхностей среза.

в) Шлицевые соединения.

Смятие и износ рабочих поверхностей зубьев связаны с одним и тем же параметром – напряжением смятия sСМ . Это позволяет рассматривать sСМ как обобщенный критерий расчета и на смятие и на износ, принимая при этом [sСМ ] на основе опыта эксплуатации подобных конструкций. Такой расчет будет называться упрощенным расчетом по обобщенному критерию.

При проектировочном расчете шлицевых соединений после выбора размеров сечения зубьев по стандарту (таблицы Б6 и Б7) определяют длину зубьев l из условия прочности по напряжениям смятия (см. формулу 4.30 [1, с.140])

* ,* (6.9)

где KЗ – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями (зависит от точности изготовления и условий работы), KЗ = 1,1… 1,5.

Геометрические размеры шлица вычисляют в зависимости от шлицевого соединения. Так для прямобочных шлицев

;  (6.10)

для эвольвентных

 

 d m = m·z , h = m. (6.11)

Если получается, что l > 1,5·d , то изменяют размеры, термообработку или принимают другой вид соединения.

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

На главную