Общие замечания по расчету шпоночных соединений

Все размеры шпонок и допуски на них стандартизованы. Стандарт предусматривает для каждого диаметра вала определенные размеры поперечного сечения шпонки. Поэтому при проектных расчетах размеры b и h берут по справочнику и определяют l. Расчетную длину шпонки округляют до стандартного размера, согласуясь с размером ступицы.

Полученные выше расчетные формулы не учитывают влияния сил трения, которые образуются в соединении при посадках с натягом. Эти силы трения частично разгружают шпонку и учитываются при выборе допускаемых напряжений — см. выше.

В тех случаях, когда одна шпонка не может передать заданного момента, устанавливают две или три шпонки. При этом следует учи­тывать, что постановка нескольких шпонок связана с технологиче­скими затруднениями, а также ослабляет вал и ступицу. Поэтому многошпоночные соединения применяют весьма редко. Их заменяют шлицевыми (зубчатыми) соединениями.

11.2 Шлицевые соединения

Конструкция и классификация. Шлицевые соединения образуются при наличии наружных шлицев (зубьев) на валу и внутренних шлицев (зубьев) в от­верстии ступицы (рис. 11.12). Все размеры щлицевых соединений, а также допуски на них стандартизованы.

По форме профиля шлицев различают три типа соединений: прямобочные, эвольвентные, треугольные.

Соединения с прямобочными зубьями выполняют с центрированием по боко­вым граням зубьев (рис. 11.13, а), по на­ружному (рис. 11.13, б) или внутреннему (рис. 11.13, в) диаметрам вала.

Рис. 11.12.

Стандар­том предусмотрены три серии соедине­ний (легкая, средняя и тяжелая), кото­рые отличаются высотой и количеством зубьев. Число зубьев изменяется от 6...20. У соединений тяжелой серии зу­бья выше, а их количество больше, чем у соединений средней и легкой серий.

При выборе способа центрирования руководствуются следующим.

Центрирование по диаметрам (D или а) обеспечивает более вы­сокую соосность вала и ступицы по сравнению с центрированием по боковым граням. Центрирование по боковым граням b обеспечивает более равномерное распределение нагрузки по шлицам. Поэтому его применяют при тяжелых условиях работы (большие напряжения, ударные и реверсивные нагрузки и т. п.).

Рис. 11.13.

Диаметр центрирования (наружный или внутренний) выбирают исходя из технологических условий. Если твердость материала втулки позволяет обработку протяжкой (НВ<350), то рекомендуют центри­рование по наружному диаметру. При этом центрирующие поверх­ности втулки калибруют протяжкой, а центрирующие поверхности вала — шлифованием. При высокой твердости втулки рекомендуют

центрирование по внутреннему диаметру. В этом случае центрирую­щие поверхности отверстия и вала можно обработать шлифованием.

Соединения с эвольвентными шлицами выполняют с центрированием по боковым граням (рис. 11.14.1, а) или по наружному диаметру вала (рис. 11.14.1, б).

Наиболее

распространен первый способ центрирования.

Рис. 11.14.1 Рис. 11.14.2

Эвольвентные зубья протяжки или самого соединения можно изго­товлять на зуборезных станках и получать при этом высокую точ­ность. Технологические преимущества этих соединений, а также более высокая прочность (благодаря большему числу зубьев и скругления впадин) обеспечивают им все более широкое применение. Эвольвент­ные шлицы, так же как и прямобочные, можно применять в подвижных соединениях.

Соединения с треугольными зубьями (рис. 11.14.2) не стандартизо­ваны, их применяют главным образом как неподвижные при тонко­стенных втулках и стесненных габаритах по диаметру.

Это соедине­ние имеет большое число мелких зубьев (до 70). Вследствие техно­логических трудностей треугольные зубья часто заменяют мелкими эвольвентными зубьями. Щлицевые соединения по сравнению со шпоночными обладают рядом преимуществ, главные из которых следующие:

детали лучше центрируются на валах и имеют лучшее направ­ление при осевом перемещении; прочность соединения, в особенности при динамических нагрузках, существенно повышается вследствие увеличения суммарной рабочей поверхности зубьев по сравнению с поверхностью шпонки, а также вследствие уменьшения глубины пазов и равномерного распределения нагрузки по окружности вала. Преимущества шлицевого соединения перед шпоночным обусловили его широкое применение в высоконапряженных машинах (автотрак­торная промышленность, станкостроение, авиастроение и т. п.).

Таблица 11.2. Соединения шлицевые прямобочные

(по ГОСТ 1139- 80, с сокращениями ) Размеры, мм

Продолжение maбл. 11.2

Таблица 11.3. Соединения шлицевые эвольвентные

(по ГОСТ 6033-80, с сокращениями) Размеры, мм