Способы соединения деталей и сборочных единиц механизмов различны. Их можно разделить на неразъемные и разъемные. Неразъемные соединения можно разобрать только при частичном разрушении соединяемых деталей. Разъемные соединения отличаются тем, что их разборка возможна без разрушения деталей, входящих в соединение. Разъемные соединения в свою очередь делятся на подвижные и неподвижные. С помощью подвижных соединений можно обеспечить определенное перемещение одних деталей относительно других. К ним относятся различные опоры и направляющие. Неподвижные соединения обеспечивают фиксированное положение одних деталей по отношению к другим.
Разъемные соединения допускают многократную сборку и разборку. К ним относят резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые соединения. Выбор типа соединения зависит от предъявляемых к нему требований: конструктивных, технологических и экономических.
шлицевый разъемный напряжение прочность
1. Характеристика шлицевых соединений
Шлицевое (зубчатое) соединение — соединение вала (охватываемой поверхности) и отверстия (охватывающей поверхности) с помощью шлицев (пазов) и зубьев (выступов), радиально расположенных на поверхности. Обладает большой прочностью, обеспечивает соосность вала и отверстия, с возможностью осевого перемещения детали вдоль оси.
Шлицевое соединение образуют выступы (зубья) на валу (рис. 1, 2, 3), входящие в соответствующие впадины (шлицы) в ступице.
Рабочими поверхностями являются боковые стороны выступов.
Выступы на валу выполняют фрезерованием, строганием или накатыванием в холодном состоянии профильными роликами по методу продольной накатки. Впадины в отверстии ступицы изготовляют протягиванием или долблением.
Условно можно представить шлицевое соединение, как многошпоночное соединение, у которого шпонки выполнены как одно целое с валом.
Достоинства шлицевых соединений по сравнению со шпоночными:
Способность точно центрировать соединяемые детали или точно выдерживать направление при их относительном осевом перемещении.
Меньшее число деталей соединения (шлицевое соединение образуют две детали, шпоночное — три).
Большая несущая способность вследствие большей суммарной площади контакта.
Взаимозаменяемость (нет необходимости в ручной пригонке).
Большая усталостная прочность вследствие меньшей концентрации напряжений изгиба, особенно для эвольвентных шлицев.
Меньшая длина ступицы и меньшие радиальные зазоры.
Роль взаимозаменяемости деталей, узлов и агрегатов в машиностроении
... рассматриваются вопросы точности обработки, основные виды погрешностей и причины их возникновения. Взаимозаменяемость деталей, узлов и агрегатов невозможно обеспечить без развития и применения прогрессивных методов контроля. Не должно ... (результаты сводим в таблицу 1.1). Таблица 1.1 Посадки, допуски и шероховатости для соединений и деталей Наим. соединения Выбр. посадок Es (es) мкм Ei (ei) мкм T ...
Большая надежность при динамических нагрузках.
Недостатки шлицевых соединений
2. Классификация шлицевых соединений
Шлицевые соединения различают:
1. По передаваемой нагрузке:
§ Лёгкая серия;
- § Средняя серия;
- § Тяжёлая серия.
2. По способу центрирования сопрягаемых деталей:
§ по наружному диаметру зубьев;
- § по внутреннему диаметру зубьев;
- § по боковым поверхностям зубьев.
3. По степени подвижности:
§ подвижное;
- § нормальное;
- § неподвижное.
4. По форме выступов:
§ Прямобочные.
§ Эвольвентные.
§ Треугольные.
Шлицевые соединения с прямобочным профилем.
Соединения с прямобочным профилем (рис. 1,а) применяют в неподвижных и подвижных соединениях. Они имеют постоянную толщину выступов.
Стандарт предусматривает три серии соединений с прямобочным профилем: легкую, среднюю и тяжелую, которые различаются высотой и числом z выступов. Тяжелая серия имеет более высокие выступы с большим их числом; рекомендуется для передачи больших вращающих моментов.
Центрирование (обеспечение совпадения геометрических осей) соединяемых деталей выполняют по наружному D, внутреннему d диаметрам или боковым поверхностям b выступов.
Выбор способа центрирования зависит от требований к точности центрирования, от твердости ступицы и вала. Первые два способа обеспечивают наиболее точное центрирование.
Зазор в контакте поверхностей: центрирующих — практически отсутствует, не центрирующих — значительный.
Центрирование по наружному диаметру D
По внутреннему диаметру d между деталями существует зазор.
При передаче вращающего момента на рабочих боковых сторонах действуют напряжения смятия усм.
В соответствии с технологией обработки центрирующей поверхности в отверстии (протягивание) центрирование по наружному диаметру может быть применено при невысокой твердости ступицы (? 350 НВ).
Центрирование по внутреннему диаметру d
Применяют при высокой твердости ступицы (? 45 HRC), например, после ее закалки, когда затруднена калибровка ступицы протяжкой или дорном.
Точность обработки сопрягаемых поверхностей обеспечивают: в отверстии — шлифованием на внутришлифовальном станке, на валу — шлифованием впадины профилированными кругами, в соответствии с чем предусматривают канавки для выхода шлифовального круга.
По центрирующему диаметру d обеспечивают сопряжение по переходной посадке. Размер h площадки контакта определяют так же, как и при центрировании по наружному диаметру.
Центрирование по D или d применяют в соединениях, требующих высокой соосности вала и ступицы (при установке на валы зубчатых или червячных колес в коробках передач автомобилей, в станках, редукторах; а также при установке шкивов, звездочек, полумуфт на входных и выходных концах валов).
Центрирование по боковым поверхностям b
Поэтому центрирование по боковым поверхностям b применяют для передачи значительных и переменных по значению или направлению вращающих моментов, при жестких требованиях к мертвому ходу и при отсутствии высоких требований к точности центрирования: например, шлицевое соединение карданного вала автомобиля.
Шлицевые соединения с эвольвентным профилем.
Соединения с эвольвентным профилем (рис. 1,б) применяют в неподвижных и подвижных соединениях. Боковая поверхность выступа очерчена по эвольвенте (как профиль зубьев зубчатых колес).
Эвольвентный профиль отличается от прямобочного повышенной прочностью в связи с утолщением выступа к основанию и плавным переходом в основании.
Соединения обеспечивают высокую точность центрирования; они стандартизованы — за номинальный диаметр соединения принят наружный диаметр D.
По сравнению с прямобочным, соединение с эвольвентным профилем характеризует большая нагрузочная способность вследствие большей площади контакта, большего количества зубьев и их повышенной прочности. Применяют для передачи больших вращающих моментов. Шлицевые соединения с эвольвентным профилем шлицев считаются наиболее перспективными.
Применяют центрирование по боковым поверхностям S зубьев, реже — по наружному диаметру D.
Шлицевые соединения с треугольным профилем.
Соединения с треугольным профилем (рис. 1,в) изготовляют по отраслевым нормалям. Применяют в неподвижных соединениях. Имеют большое число мелких выступов-зубьев (z = 20…70; m = 0,2…1,5мм).
Угол в профиля зуба ступицы составляет 30°, 36° или 45°. Применяют центрирование только по боковым поверхностям, точность центрирования невысокая.
Применяют для передачи небольших вращающих моментов тонкостенными ступицами, пустотелыми валами, а также в соединениях торсионных валов, стальных валов со ступицами из легких сплавов, в приводах управления (например, привод стеклоочистителя автомобиля).
Соединения с треугольным профилем применяют также при необходимости малых относительных регулировочных поворотов деталей. Шлицевые валы и ступицы изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей с временным сопротивлением ув> 500Мпа.
3. Материалы и допускаемые напряжения смятия
Шлицевые валы и ступицы изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей с временным сопротивлением ув> 500 Н/мм2 (Мпа).
В Таблице 1 приведены значения [у]см, принятые с учетом опыта эксплуатации при длительном сроке службы. Большие значения [у]см принимают при легких режимах работы, когда соединение большую часть времени нагружено моментами, значительно меньшими максимально длительно действующего вращающего момента.
Таблица 1
Допускаемые напряжения смятия при средних условиях эксплуатации
|
Тип соединения |
[у]см, Н/мм2 |
||
|
? 350 HB |
> 40 HRC |
||
|
Неподвижное |
60 … 100 |
100 … 140 |
|
|
Подвижное |
20 … 30 |
30 … 60 |
|
|
Подвижное под нагрузкой |
— |
5 … 15 |
|
Примечание: допускаемые напряжения приведены для средних условий эксплуатации: знакопостоянная переменная нагрузка с амплитудой ? 10% от постоянной, соединение смазывается.
4. Расчет шлицевых соединений на прочность
Основным критерием работоспособности шлицевых соединений является сопротивление рабочих поверхностей смятию и изнашиванию.
Изнашивание боковых поверхностей зубьев (фреттинг-коррозия) обусловлено микроперемещениями деталей соединения вследствие упругих деформаций при действии радиальной нагрузки и вращающего момента или несовпадения осей вращения (из-за зазоров, погрешностей изготовления и монтажа).
Смятие и изнашивание рабочих поверхностей зубьев связаны с действующими на контактирующих поверхностях напряжениями смятия, поэтому напряжение смятия у см рассматривают, как обобщенный критерий расчета и на смятие, и на изнашивание.
Такой расчет называется упрощенным (приближенным) расчетом по обобщенному критерию работоспособности.
Параметры шлицевого соединения выбирают по таблицам стандарта в зависимости от диаметра вала, а затем проводят упрощенный расчет, который является основным для большинства шлицевых соединений. Он основан на равномерном распределении нагрузки по зубьям, по их длине и на ограничении напряжений смятия допускаемыми значениями [у]см, назначаемыми на основе опыта эксплуатации подобных конструкций.
Усм = 2Ч103ТКз / dсрzhlр ? [у]см, (1)
где: Т — расчетный вращающий момент (наибольший из длительно действующих моментов при переменном режиме нагружения, Нм); Кз — коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями из-за ошибок изготовления по шагу; Кз= 1,1…1,5; dср — средний диаметр соединения (мм); z — число зубьев; h — рабочая высота зубьев (мм); lср — рабочая длина соединения (мм); [у]см — допускаемое напряжение смятия (Н/мм2).
Для соединения прямобочными зубьями:
- dср = 0,5(D + d);
- h = 0,5(D — d) — 2f,
где: f — размер фаски шлицев.
Если расчетное напряжение усм > [у]см более чем на 5%, то увеличивают длину ступицы, изменяют размеры, термообработку или принимают другой вид соединения и повторяют проверочный расчет.
При проектировочном расчете шлицевых соединений после выбора размеров сечения зубьев по стандарту (Таблица 2) определяют рабочую длину зубьев lр из формулы (1).
Таблица 2
Соединения шлицевые прямобочные (выборка)
|
Серия |
Номинальный размер z Ч d Ч D |
b |
f |
Wи мм3 |
Wк мм3 |
А мм2 |
|
|
Легкая |
8 Ч 36 Ч 40 |
7 |
0,4 |
5100 |
10200 |
1130 |
|
|
8 Ч 42 Ч 46 |
8 |
0,4 |
8000 |
16000 |
1510 |
||
|
8 Ч 46 Ч 50 |
9 |
0,4 |
10450 |
20900 |
1810 |
||
|
Средняя |
8 Ч 36 Ч 42 |
7 |
0,4 |
5750 |
11500 |
1180 |
|
|
8 Ч 42 Ч 48 |
8 |
0,4 |
8825 |
17650 |
1580 |
||
|
8 Ч 46 Ч 54 |
9 |
0,5 |
11500 |
23000 |
1950 |
||
|
Тяжелая |
10 Ч 36 Ч 45 |
5 |
0,4 |
5700 |
11400 |
1240 |
|
|
10 Ч 42 Ч 52 |
6 |
0,4 |
8200 |
16400 |
1680 |
||
|
10 Ч 46 Ч 56 |
7 |
0,5 |
11300 |
23800 |
2010 |
||
Примечание: Wи и Wк — моменты сопротивления поперечного сечения соответственно при изгибе и кручении;А — площадь поперечного сечения.
Если получается, что lр > 1,5d, то изменяют размеры, термообработку или принимают другой вид соединения.
Длину ступицы принимают lст = lр + 4…6 мм и более в зависимости от конструкции соединения.
Проектировочный расчет ведут в последовательности, изложенной в решении приведенного ниже примера.
Утонченный расчет шлицевого соединения является сложным и выполняется отдельно на смятие и на изнашивание. Он разработан только для прямобочных шлицевых соединений. В расчете учитываются конструктивные особенности соединения, влияние поперечных сил и изгибающих моментов. Неравномерность распределения нагрузки по зубьям и длине зубьев, приработка рабочих поверхностей, ресурс и другие факторы.
5. Рекомендации по конструированию шлицевых соединений
При проектировании и конструировании шлицевых соединений следует учитывать изложенные ниже рекомендации, основанные на опыте эксплуатации и аналитических выводах:
1. Для подвижных соединений рекомендуется рабочую длину ступицы принимать не меньше диаметра вала, т. Е. lр ? d.
При коротких ступицах при перемещении их вдоль вала возможно защемление от перекоса.
2. В длинных ступицах (lст> 1,5d) необходима расточка отверстия для выхода стружки при протягивании.
3. Для облегчения входа протяжки и сборки соединения в отверстии ступицы выполняют фаски f.
4. В соединениях, воспринимающих радиальные нагрузки (зубчатые и червячные колеса, звездочки, шкивы и т. П.), зубья соединения желательно располагать симметрично относительно венцов колес, звездочек и т. Д.
5. Для уменьшения изнашивания следует уменьшать зазоры в соединении, повышать точность изготовления и твердость рабочих поверхностей.
Заключение
Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или иным способом. По признаку разъёмности все виды соединений можно разделить на разъемные и неразъемные. Разъемные соединения позволяют разъединять детали без всяких повреждений. К ним как раз таки и относятся шлицевые соединения.
Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что шлицевые соединения служат для передачи вращающего момента между валами и установленными на них деталями. С помощью этого соединения можно обеспечить как подвижное (с осевым относительным перемещением), так и неподвижное скрепление деталей.
Шлицевые соединения стандартизованы и широко распространены в машиностроении.
Выбор типа шлицевых соединений связан с конструктивными и технологическими особенностями соединений. Шлицевые соединения должны обеспечить соосность функционально важных поверхностей втулки и вала.
Основными критериями работоспособности шлицевых соединений являются сопротивления рабочих поверхностей смятию и изнашиванию.
Параметры соединения выбирают по таблицам стандарта в зависимости от диаметра вала, а затем проводят расчет по критериям работоспособности. Смятие и изнашивание рабочих поверхностей связаны с действующими на контактирующих поверхностях напряжениями см.
Основным критерием работоспособности расчета соединений является прочность. Необходимо стремиться к тому, чтобы соединение было равнопрочным с соединяемыми элементами. Желательно, чтобы соединение не искажало форму изделия, не вносило дополнительных элементов в его конструкции и т.п.
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/dopuski-i-posadki-shlitsevyih-soedineniy/
1. Дианов Х. А. , Ефремов Н. Г. , Мицкевич В. Г. Детали машин. Курс лекций — М. , 2007.
2. Колпаков А. П. , Карнаухов И. Е. Проектирование и расчет механических передач. — М. , 2005.
3. Ройтман И. А. , Кузьменко В. И. и др. Основы машиностроения в черчении. — М. : Владос, 2002.
4. Электронный ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki/
