Шлицевые соединения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Характеристика шлицевых соединений

2. Классификация шлицевых соединений

3. Материалы и допускаемые напряжения смятия

4. Расчет шлицевых соединений на прочность

5. Рекомендации по конструированию шлицевых соединений

Заключение

Список использованных источников

Введение

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.

Большая надежность при динамических нагрузках.

Недостатки шлицевых соединений - более сложная технология изготовления (зубофрезерование, протягивание, шлифование), а следовательно, более высокая стоимость.

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 (рис. 2,а). В этом случае точность обработки сопрягаемых поверхностей обеспечивают: в отверстии - протягиванием, на валу - шлифованием. По диаметру D обеспечивают сопряжение по одной из переходных посадок.

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 (рис. 2,б).

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 (рис. 2,в). В сопряжении деталей по боковым поверхностям зазор практически отсутствует, а по диаметрам D и d имеет место явный зазор. Это снижает точность центрирования, но обеспечивает наиболее равномерное распределение нагрузки между выступами.

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

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)

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

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/

Размещено на Allbest.ru