Детали машин и основы конструирования - часть 22

 

89

[ ]

,

8

2

срез

штифта

вала

вращ

срез

d

d

М

τ

π

τ

≤

=

       

[ ]

.

)

(

2

смят

вала

ступицы

штифта

вала

вращ

смят

d

D

d

d

М

σ

σ

≤

−

=

 

Штифты  с  канавками  рассчитывают  также,  как  гладкие,  но  допускае-

мые напряжения материала занижают на 50%. 

 

8.2.3.           Шпоночные соединения 

Передают  вращающий  момент  между  валом  и  колесом.  Образу-

ются посредством шпонки, установленной в сопряжённые пазы вала и коле-
са.  

Шпонка  имеет  вид  призмы,  клина  или  сегмента,  реже  применяются 

шпонки других форм. 

 
Шпоночные соединения:  

  просты,  надёжны; 
  удобны в сборке-разборке; 
  дёшевы. 

Шпонки, однако: 

` 

ослабляют сечение валов и ступиц колёс; 

` 

концентрируют напряжения в углах пазов; 

` 

нарушают центрирование колеса на валу (для этого приходится приме-
нять две противоположные шпонки). 

 
Шпоночные соединения могут быть: 

Î

 

ненапряжёнными,  выполняемыми призматическими или сегментными 
шпонками. Они передают момент только боковыми гранями; 

Î

 

напряжёнными,  выполняемыми  клиновыми  шпонками.  Они  передают 
момент за счёт сил трения по верхним и нижним граням. 

Шпонки всех основных типов стандартизованы.  

          

ШПОНКИ ПРИЗМАТИЧЕСКИЕ                    ШПОНКИ СЕГМЕНТНЫЕ 

 

90

Для  призматических  шпонок  стандарт  указы-

вает ширину и высоту сечения. Глубина шпоночно-
го паза в валу принимается как 0,6 от высоты шпон-
ки. 

Призматические  и  сегментные  шпонки  всех 

форм    испытывают  смятие  боковых  поверхностей  и  срез  по  средней  про-
дольной плоскости:   

[ ]

смят

вращ

смят

hdl

M

σ

σ

≤

=

)

2

,

0

/(

;      

[ ]

срез

вращ

срез

dbl

M

τ

τ

≤

=

)

/(

2

, 

здесь  h – высота сечения шпонки,   d – диаметр вала,     b – ширина сечения 
шпонки, l – рабочая длина шпонки (участок,  передающий момент). 

Исходя из статистики поломок,  расчёт на смятие проводится как про-

ектный. По известному диаметру вала задаются стандартным сечением приз-
матической шпонки и рассчитывают её рабочую длину.  

Расчёт на срез – проверочный. При невыполнении условий прочности 

увеличивают рабочую длину шпонки. 

 

8.2.4.         Шлицевые соединения 

Образуются  выступами  на  валу,  входящими  в  сопряжённые  пазы 

ступицы колеса. Как по внешнему виду, так и по динамическим условиям ра-
боты  шлицы можно  считать многошпоночными соединениями. Некоторые 

авторы называют их зубчатыми со-
единениями. 

В  основном  используются 

прямобочные  шлицы  (а),  реже 
встречаются 

эвольвентные 

(б) 

ГОСТ 6033-57 и  треугольные  (в)  профили  шли-
цов. 

Прямобочные  шлицы  могут  центрировать 

колесо по боковым поверхностям (а),  по наруж-
ным поверхностям (б), по внутренним поверхно-
стям (в). 

В сравнении со шпонками шлицы: 

  имеют большую несущую способность; 

ДЕФОРМАЦИИ ШПОНКИ 

СРЕЗ 

СМЯТИЕ 

                     ВИДЫ ШЛИЦОВ 

ЦЕНТРИРОВАНИЕ ШЛИЦОВ 

 

91

  лучше центрируют колесо на валу; 
  усиливают  сечение  вала  за  счёт  большего  момента    инерции  ребристого 

сечения по сравнению с круглым; 

` 

требуют специального оборудования для изготовления отверстий. 

 
Основными критериями работоспособности шлицов являются: 

Î

 

сопротивление  боковых  поверхностей  смятию  (расчёт  аналогичен 
шпонкам); 

Î

 

сопротивление  износу  при  фреттинг-коррозии  (малые  взаимные  вибра-
ционные перемещения). 

 
Смятие и износ связаны с одним параметром – контактным напряжени-

ем  (давлением)  

σ

см

.  Это  позволяет  рассчитывать  шлицы  по  обобщённому 

критерию  одновременно  на  смятие  и  контактный  износ.  Допускаемые  на-
пряжения  [

σ]

см 

  назначают  на  основе  опыта  эксплуатации  подобных  конст-

рукций. 

Для расчёта учитывается неравномерность распределения нагрузки по 

зубьям                               

[ ]

см

ср

вращ

см

Zhld

M

σ

σ

≤

=

)

/(

8

, 

где Z – число шлицов, h – рабочая высота шлицов,   l – рабочая длина шли-
цов, d

ср

 – средний диаметр шлицевого соединения. Для эвольвентных шлицов 

рабочая высота принимается равной модулю профиля,  за d

ср 

 принимают де-

лительный диаметр. 

Условные  обозначения  прямобочного  шлицевого  соединения  состав-

ляют из обозначения поверхности центрирования D, d или b, числа зубьев Z, 
номинальных размеров d x D (а также обозначения полей допусков по цен-
трирующему диаметру и по боковым сторонам зубьев). Например, D 8 x 36 
H7/g6 x 40  означает  восьмишлицевое  соединение  с  центрированием  по  на-
ружному  диаметру  с  размерами  d  = 36  и  D  = 40 мм  и  посадкой  по  центри-
рующему диаметру H7/g6. 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ     

V

 В чём различие между разъёмными и неразъёмными соединениями ? 

V

 Где и когда применяются сварные соединения ? 

 

92

V

 Каковы достоинства и недостатки сварных соединений ? 

V

 Каковы основные группы сварных соединений ? 

V

 Как различаются основные типы сварных швов ? 

V

 Каковы достоинства и недостатки заклёпочных соединений ? 

V

 Где и когда применяются заклёпочные соединения ? 

V

 Каковы критерии прочностного расчёта заклёпок ? 

V

 В чём состоит принцип конструкции резьбовых соединений ? 

V

 Каковы области применения основных типов резьб ? 

V

 Каковы достоинства и недостатки резьбовых соединений ? 

V

 Для чего необходимо стопорение резьбовых соединений ? 

V

 Какие конструкции применяются для стопорения резьбовых соединений ? 

V

 Как распределяется нагрузка по виткам при затяжке резьбы ? 

V

 Как  учитывается  податливость  деталей  при  расчёте  резьбового  соедине-

ния ? 

V

 Какой диаметр резьбы находят из прочностного расчёта ? 

V

 Какой диаметр резьбы служит для обозначения резьбы ? 

V

 Какова конструкция и основное назначение штифтовых соединений ? 

V

 Каковы виды нагружения и критерии расчёта штифтов ? 

V

 Какова конструкция и основное назначение шпоночых соединений ? 

V

 Каковы виды нагружения и критерии расчёта шпонок ? 

V

 Какова конструкция и основное назначение шлицевых соединений ? 

V

 Каковы виды нагружения и критерии расчёта шлицов ? 

 
9. УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В   МАШИНАХ 
 
В  каждой  машине  есть  специфические  детали,  принципиально  отли-

чающиеся  от  всех  остальных.  Их  называют  упругими  элементами.  Упругие 
элементы имеют разнообразные, весьма непохожие друг на друга конструк-
ции. Поэтому можно дать общее определение. 

Упругие элементы –  детали, жёсткость которых намного меньше, 

чем у остальных, а деформации выше. 

Благодаря этому своему свойству упругие элементы  первыми воспри-

нимают удары, вибрации, деформации.