Расчет шлицевых соединений

Основными критериями работоспособности шлицевых соединений являются сопротивления рабочих поверхностей зубьев смятию и коррозионно-механическому изнашиванию. Коррозионно-механическое из­нашивание возникает при очень малых колебательных относительных перемещениях сопряженных поверхностей. В шлицевых соединениях такие перемещения связаны с деформациями и зазорами. Не трудно понять, что циклические деформации изгиба вращающегося вала распространяются в отверстие ступицы и сопровождаются относи­тельными микроперемещениями. Деформации кручения вала также сопровождаются микросдвигами,,но в отличие от изгиба эти микросдвиги циклические только при переменном крутящем моменте.

Если соединение нагружено поперечной силой F (рис. 11.15), не изменяющей своего положения при вращении вала (например, сила в зацеплении зубчатой передачи), то зазоры в соединении выби­раются то в одну, то в другую сторону, т. е. возникают колебатель­ные относительные перемещения.

Рис. 11.15.

Кроме того, сила , смещенная от середины ступицы, образует опрокидывающий момент M_опр=F*e, который вызывает концентрацию нагрузки у ближнего края ступицы. Опрокидывающий момент образуют и осевые силы. Например, от осевой силы в зацеплении M_onр =0,5F_a , где — диаметр начальной окружности. С опрокидывающим моментом M_опр связана не только концент­рация нагрузки, но и дополнительные микроперемещения в соеди­нении.

Исследования зубчатых соединений позволили разработать ГОСТ 21425-75 по расчету их нагрузочной способности. Ниже излагается методика такого расчета с некоторыми упрощениями и сокращениями.

Расчет по напряжениям смятия.

Учитывая рис. 11.16 и допуская равномерное распределение нагрузки между зубьями и по длине зубьев, получаем

= , (11.4)

где S_F = zhd_m /2 — удельный (на единицу длины) суммарный статиче­ский момент площади рабочих поверхностей (см. табл. ГОСТ 21425-75); l - рабочая длина зубьев; г - число

Рис. 11.16. зубьев; d_m=0,5(D+d) - средний диаметр;

h = 0,5(D— d) — f — рабочая высота прямобочных шлицев;

для эвольвентных шлицев h и d_m = zm, где т - модуль.

Размеры поперечного сечения шлицев выбирают по таблицам стандар­тов в зависимости от диаметра вала - см, например, ГОСТ 1139-78.

Длину зубьев l рассчитывают и согласуют с длиной ступицы.

Таблица 11.4

Тип соединения	Условия эксплуатации	МПа
Поверхность зубьев
<НВ 350	>HRC 40
Неподвижное	Тяжелые (с уда­ром) Средние	26...38	30...52
	45...75	75...105
Легкие	60...90	90….150 ..150
Подвижные без нагрузки (напри- мер, коробки скоростей)	Тяжелые	9... 15	15….22
Средние	15... 22	22….45 ..45
Легкие	18... 30	30…55 ..55
Подвижное под нагрузкой (на- пример, карданный вал автомо- биля)	Тяжелые	-	2,5…7,5
Средние	-	4….9 ..9
Легкие	-	7,5…..15

Неточности расчета, связанные с упрощающими допущениями при написании формулы (11.4), компенсируют при выборе допуска­емых напряжений смятия с учетом практики эксплуатации — табл. 11.4 *.

Расчет по формуле (11.4) является первым этапом проектного рас­чета, на котором определяют приближенное значение l и разрабаты­вают конструкцию соединения. На втором этапе уточняют значение dl по критерию износостойкости.

Расчет на изнашивание. Выполняют по условию

, (11.5)

где МПа — условное допускаемое напряжение (берется из табл. 11.5); K_N= - коэффициент числа циклов нагружения зубьев соединения за полный срок службы, т. е. суммарного числа оборотов соединения относительно вектора поперечной на­грузки N = 60tn (где t, ч; п, мин-¹); К_Е —коэффициент режима нагрузки, учитывающий влияние непостоянства нагрузки в про­цессе эксплуатации—табл. 11.6; К_ос —коэффициент осевой подвиж­ности соединения, К_оc = 1 - неподвижное, К_оc = 1,25 — подвижное без нагрузки, К_оc = 3 — подвижное под нагрузкой; К_с — коэффициент условий смазки подвижных соединений, К_с = 0,7 —смазка без за­грязнения, К_с = 1 —средняя смазка, К_с = 1,4 —смазка с загрязнени­ем.

Для зубчатых колёс поперечная сила (см. рис. 11.15) , M_опр=F*e , где F_t, F_{r ,} и F_a – окружная, радиальная и осевая силы.

· В ГОСТ 21425-75 разработана методика расчета допускаемых напряжений с учетом концентрации нагрузки, точности изготовления и пр.

Таблица 11.5. Значения условного допускаемого напряжения , МПа

в зависимости от твёрдости и коэффициентов и .

		Термообработка и средняя твердость	цементация или азотиро вание,   HRC 60
без обработки, НВ 220	улучше ние НВ 270	закалка
HRC 40	HRC 45	НРС 52
0,35
0,25
0,5
0,5
0,25
0,5

В таблице: ; .

Таблица 11.6. Значения коэффициента режима нагрузки

Затяжка шлицевых соединений, как и затяжка шпоночных соединений, в большинстве случаев повышает их несущую способность. Способы затяжки шлицевых соединений аналогичны способам, приведенным на рис. 11.10.

Date: 2015-07-23; view: 1408; Нарушение авторских прав