Шпоночные-и-шлицевые-соединения

Шпоночные и щлицевые соединения

120 руб.

Категория: Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
Описание товара

Шлицевые и шпоночные соединения

В механическом приводе передача крутящего момента осуществляется посредствам валов и установленных на них деталей: зубчатых колес, звездочек, шкивов и рычагов, – которые обязательно должны быть связаны с валом посредствам различного типа соединений. Эти соединения должны обеспечивать не только передачу крутящего момента, но в ряде случаев осуществлять осевое перемещение деталей на валу, или наоборот неподвижно фиксировать их в осевом направлении, при этом позволять просто и надежно осуществлять сборку и разборку деталей устанавливаемых на вал. Основными видами крепежных элементов позволяющих осуществлять установку деталей на валу являются шпоночные и шлицевые соединения, хотя в ряде случаев для этой цели используются и оригинальные крепежные элементы, в том числе различные эксцентрики, клинья и штифты.

Шпоночные соединения.

Подавляющее большинство соединений зубчатых колес, шкивов, рычагов дисков, втулок и прочих деталей, устанавливаемых на валы, выполняется именно с применением шпоночных соединений. Объясняется это простотой и технологичностью изготовления шпонок и шпоночных пазов на валу и в соединяемой детали, а также удобством их сборки и разборки. Для крепления деталей на валу используются следующие виды шпоночных соединений,
ненапряженные:
–  призматические шпоночные соединения,
–  сегментные шпоночные соединения,
–  цилиндрические шпоночные соединения,
напряженные:
–  клиновые шпоночные соединения,
– тангенциальные шпоночные соединения.

 

Рис. 1. Крепление маховика и зубчатого
колеса на кривошипном валу.

             На Рис. 1 показано крепление зубчатого колеса на кривошипном валу посредством призматической шпонки и крепление маховика посредством комплекта тангенциальных шпонок. Конструкция соединения вала со втулкой с использованием призматической шпонки показано на Рис. 2а. Использование призматических шпонок в зависимости от предъявляемых требований позволяет получить как подвижное в осевом направлении, так и неподвижное соединения. В серийном производстве шпонки изготавливаются из чистотянутой стали по ГОСТ 8787 – 68 , однако в обоснованных случаях могут изготавливаться из легированных сталей и подвергаться упрочняющей термообработке, например, для повышения износостойкости в подвижных соединениях. Допуски на размеры призматических шпоночных соединений установлены ГОСТ 23360-78.

Рис. 2. Призматическое, сегментное и цилиндрическое
шпоночные соединения.

Разновидностью призматической шпонки является сегментная шпонка, также широко применяемая благодаря технологичности выполнения шпоночного паза на валу (см. Рис. 2б). Основные размеры и допуски на сегментные шпоночные соединения определены ГОСТ 24071 – 97. Основным недостатком сегментных шпонок, сдерживающим их применение является то, что увеличенная глубина шпоночного паза в валу снижает его прочность.

      При передаче крутящего момента боковые поверхности призматической шпонки работают на смятие, а поперечное сечение на срез. Поэтому расчет ненапряженных шпоночных соединений ведется из условия прочности на смятие и срез по следующим формулам:

      Допуски на размеры призматических шпоночных соединений установлены ГОСТ 23360-78. Взаимное расположение полей допусков ширины шпонки, ширины шпоночного паза b на валу и во втулке в зависимости от вида соединения показано на Рис 3.

Рис 3. Схема расположения полей допусков призматических шпоночных соединений

        Простановка размеров и шераховатости шпоночного паза на чертеже вала и втулки показана на Рис 4. Допуски на размер вала d – t (см. Рис. 4а) и размер отверстия d + t1 (см. Рис. 4б) приведены в ГОСТ 23360-78, предусматривающим три исполнения шпонок (исполнение 1 исполнение 2, исполнение 3), которые определяют наличие или отсутствие с одной, или обеих сторон радиусных закруглений в шпонке. При этом первое исполнение шпонки (с двумя радиусными концами) в ее обозначении не указывается, а 2(е) и 3(е) исполнения входят в обозначение шпонки, например: Шпонка 2-18-11-100 ГОСТ 23360-78

Рис 4 Порядок простановки размеров шпоночной канавки на валу и втулке

          Основной разновидностью напряженного шпоночного соединения является соединение при помощи радиальной клиновой шпонки (см. Рис. 5а). Клиновая шпонка, как и призматическая имеет три плоские грани и одну клиновую, расположенную в радиальном направлении по отношению к оси вала и контактирующую с ответной клиновой поверхностью втулки, уклон этой поверхности рекомендуется выполнять равным ∠ 1:100. Клиновая шпонка в отличие от призматической шпонки снабжена головкой для ее запрессовки и распрессовки, при этом если такое соединение расположено в средней части вала, то оно требует выполнения на валу длинного паза, поэтому клиновые шпонки, как правило, применяются при установке деталей на консольном конце вала, поскольку в таком случае длинный паз на валу не нужен. Основные размеры и допуски на клиновые шпонки определены ГОСТ 24068 – 80.

Рис. 5. Напряженные шпоночные соединения.

            Второй разновидностью напряженного шпоночного соединения являются тангенциальные шпонки (см. Рис. 5б). Такие соединения в силу достаточно высокой трудоемкости их изготовления и сборки применяются только в приводах, работающих с большими знакопеременными динамическими нагрузками. Эти шпонки устанавливаются на вал только в паре, так как каждая шпонка состоит из двух клиньев, создающих распор при их относительном продольном смещении. Основные размеры и допуски тангенциальных шпонок определены ГОСТ 24069 – 97. При передаче крутящего момента тангенциальное шпоночное соединение работает за счет сжатия боковой поверхности шпонок.
В отличии от призматической шпонки при передаче крутящего момента клиновая шпонка работает не боковыми, а верхней и нижней гранями, прилегающими к валу и втулке. Расчет клиновой шпонки выполняется из условия прочности на смятие по следующей формуле:

При передаче крутящего момента тангенциальное шпоночное соединения работает за счет сжатия боковой поверхности шпонок, поэтому его расчет выполняется из условия прочности на смятие по следующей формуле:

При проектировании конкретного привода возникает необходимость в том, чтобы крепление деталей на валу позволяло обеспечить решение следующих задач:
− осевое крепление детали устанавливаемой на валу совмещенное с креплением де-тали от поворота относительно вала,
− быстрый и удобный демонтаж детали установленной и закрепленной на валу,
− компенсация динамических нагрузок и вибраций, возникающих в приводе,
− беззазорность соединения детали с валом,
− повышение нагрузочной способности соединения,
− регулирование положения детали на валу,
− подвижное соединение детали с валом.
В этом случае используются оригинальные конструкции соединений деталей с валом. Рассмотрим несколько примеров таких конструкции.

Рис 6 Конструкция шпоночного соединения вала с шестерней, позволяющего
передавать большие крутящие моменты и значительные осевые усилия

         На Рис 6 показана конструкция шпоночного соединения вала с шестерней, позволяющего передавать большие крутящие моменты и значительные осевые усилия. Оно содержит шестерню 2, установленную на валу 1 и закрепленную посредствам цилиндрической шпонки 3, выполненной в виде штифта, вставленного в продольное отверстие 4, совместно выполненное в валу 1 и шестерне 2 и зафиксированную от осевого усилия посредствам пластины 6, установленной в поперечном пазу 5, также выполненном совместно в валу 1 и шестерне 2. Крепится пластина 6 на валу 1 посредствам цилиндрической шпонки 3, которая проходит через отверстие в пластине.

Рис 7 Конструкция шпоночного соединения вала с втулкой, обеспечивающее осевую фиксацию последней.

             На Рис 7 показана конструкция шпоночного соединения вала с втулкой, обеспечивающего осевую фиксацию последней. Она содержит установленную на валу 1 втулку 3, закрепленную посредствам шпонки 2 с выступом 5, в резьбовом отверстии которой установлен винт 4 с цилиндрическим хвостовиком 12, при этом, в отверстии втулки 3 выполнен шпоночный паз 7 с углублением 9, а на наружной поверхности вала 1 шпоночный паз 6 с углублением 8. Сборка соединения осуществляется следующим образом. Сначала на вал 1 устанавливается втулка 3, таким образом, чтобы обеспечивалось совпадение их пазов 6 и 7. После этого шпонка 2 с предварительно установленным в ее резьбовое отверстие винтом 4 вводится в шпоночные пазы вала и втулки (см. Рис 7б). Затем путем вкручивания винта 4 в шпонку 2, последняя перемещается во внутрь шпоночных пазов до упора хвостовика 12 винта 4 в углубление 9 втулки 3, при этом выступ паз 5 шпонки 4 западает в углубление 8 паза 6 вала 1 (см. Рис. 7а). Дальнейшее вращение винта 4 приводит к тому, что втулка 3 занимает свое рабочее положение относительно вала 1, при этом ее торец 11 упирается в торец 10 вала 1 (см. Рис. 7а). В результате этого, осуществляется жесткая фиксация осевого положения втулки 3 относительно вала 1.

Рис 8 Конструкция шпоночного соединения вала с втулкой, обеспечивающее осевую фиксацию втулки и быструю разборку.

            На Рис 8 показана конструкция шпоночного соединения вала с втулкой, обеспечивающего осевую фиксацию втулки и быструю разборку. Она содержит вал 1 с буртом 2 и шпоночным пазом 3, на свободном левом торце которого выполнено резьбовое отверстие 4, в котором установлен винт 5 с конусным хвостовиком 6, кроме того в валу 1 выполнено радиальное отверстие 7, пересекающееся с резьбовым отверстием 4 под прямым углом, в котором установлен штырь 8 с головкой 14, которая входит в отверстие 15 выполненное в шпонке 12. Во втулке 9 выполнен шпоночный паз 10, имеющий наклонную поверхность 11, контактирующую с верхней плоскостью шпонки 12, на которой выполнена наклонная лыска 13. Штырь 8 выполнен таким образом, что расстояние от его плоской опорной поверхности головки 14 до его противоположного торца не превышает расстояния от дна паза 3 вала 1 до оси резьбового отверстия 4.Сборка соединения осуществляется следующим образом. В радиальное отверстие 7 вала 1 вставляется штырь 8 до упора его головки 14 в основание шпоночного паза 3 в валу 1, затем в этот шпоночный паз устанавливается шпонка 12, таким образом, чтобы головка 14 штыря 8 расположилась в отверстии 15 шпонки. Далее на вал 1 одевается втулка 9, при этом пазы 3 и 10 совмещаются и поле этого в резьбовое отверстие 4 вала 1 вкручивается винт 5, который своим конусным хвостовиком 6 воздействует на штифт 8, а последний в результате этого начинает перемещаться в радиальном отверстии 7 вала 1 в направлении от центра к периферии и своей головкой 14 плотно прижимает шпонку 12 к наклонной поверхности 11 шпоночного паза 10 во втулке 9, образуя, таким образом, ее надежное соединения с валом 1. Разборка соединения осуществляется следующим образом. Перед началом разборки винт 5 выкручивается на 2 – 3 оборота. После этого инструмент с заостренным концом, например отвертку, вводят между наклонной поверхностью 11 паза 10 втулки 9 и лыской 13 шпонки 12, утапливая последнюю в пазу 3 вала 1. При этом штырь 8 перемещается в радиальном отверстии 7 вала 1 в направлении от периферии к центру до упора нижним торцем своей головки в основание шпоночного паза 3 вала 1, В результате этого шпонка 12 перестает фиксировать осевое положение втулки 9 и последняя снимается с вала 1 с использованием типового сборочного инструмента, например съемника.

Рис 9 Конструкция быстросъемного штифтового соединения шестерни с валом.

            На Рис 9 показана конструкция быстросъемного штифтового соединения шестерни с валом. Оно содержит шестерню 2 установленную на валу 1 и закрепленную на нам с помощью штифта 4, который установлен в отверстии 3, совместно выполненным в валу 1 и шестерне 2, и удерживается от выпадения стопорным кольцом 5, для размещения которого на торце вала выполнена полость 6 и кольцевая канавка 7, а на штифте выполнена глухая продольная лыска 8, при этом последняя вместе с канавкой 7 на валу 1 расположены в одной плоскости. Таким образом, стопорное кольцо 5 поверхностью своего наружного диаметра взаимодействует с дном кольцевой канавки 7, а боковой поверхностью с лыской 8 штифта 4, обеспечивая надежную фиксацию последнего. Для разборки соединения из канавки 7 вынимается стопорное кольцо 5, а затем извлекается штифт 4 из отверстия 3, после этого шестерня 2 снимается с вала с использованием типового сборочного инструмента.

Рис 10 Конструкция быстросъемного соединения шкива с валом, выполненного посредствам эксцентричного диска.

         На Рис 10 показана конструкция быстросъемного соединения шкива с валом, выполненного посредствам эксцентричного диска. Оно содержит вал 1, на котором расположен шкив 3, закрепленный на нем посредствам эксцентрикового диска 2, шарнирно установленного на оси 4 в пазу 5 вала 1 и контактирующего своими эксцентричными поверхностями 8 с наклонными пазами 6 и 7 выполненными под углом α в отверстии шкива 3. При этом угловое положение диска 2 регулируется винтами 10. Диск 2, контактирующий с осью 4 посредствам паза 9, выполнен таким образом, что его максимальный размер d на некоторую величину больше линейного размера l между наклонными поверхностями пазов 6 и 7 в отверстии шкива 3. Сборка соединения осуществляется следующим образом. Диск 2 посредствам оси 4 устанавливают в пазу 5 вала 1, затем на вал надевается шкив 3, таким образом, чтобы его пазы 6 и 7 совпали с пазом 5 вала, что позволяет свободно пропустить диск 2 в пазы 6 и 7 шкива. После этого вкручиванием нижнего винта 10 диск 2 поворачивается на оси 4 против часовой стрелки до тех пор, пока его эксцентриковые поверхности 8 не упрутся в наклонные поверхности пазов 6 и 7 шкива, зафиксировав при этом его положение на валу. Окончательное крепление шкива 3 на валу 1 осуществляется путем вкручивания верхнего винта 10, который стопорит угловое положение диска 2. Для разборки соединения выкручиваются винты 10, освобождая диск 2, который при этом имеет возможность свободно поворачиваться на оси 4, что дает возможность снятия шкива 3 с вала 1.

Рис 11 Конструкция шпоночного соединения с функцией предохранительного устройства.

               На Рис 11 показана конструкция шпоночного соединения с функцией предохранительного устройства. Оно содержит фланец 3 установленный на валу 1 и закрепленный на нем порсредствам шпонки 2, установленной в шпоночном пазу 4 вала и в шпоночном пазу 5 фланца, при этом в пазу 4 помимо шпонки 2 размещены упругая пластина 6 и жесткая стальная пластина 7, взаимодействующая с регулировочными винтами 8 и 9, которые установлены в резьбовые отверстия вала 1, а в ступице фланца 3 выполнены отверстия 10, обеспечивающие доступ к винтам 8 и 9. Шпоночный паз 5 в ступице фланца 3 имеет наклонную поверхность а, которая взаимодействует с ответной цилиндрической поверхностью б шпонки 5. При увеличении крутящего момента на фланце 3, возрастает радиальная составляющая усилия в месте контакта наклонной поверхности а ступицы фланца 3 с ответной цилиндрическую поверхность б шпонки 2, что приводит к сжатию упругой пластины 6 и как следствие к утопанию шпонки. В результате этого фланец 3 останавливается, а вал 1 проворачивается, чем исключается поломка шпоночного соединения.

Рис 12 Конструкция шпоночного соединения с улучшенными демпфирующими свойствами

            На Рис 12 показана конструкция шпоночного соединения с улучшенными демпфирующими свойствами. Оно содержит втулку 1 установленную на валу 2 и закрепленную посредствам состоящего из двух рядов комплекта роликов 3 установленных в пазу вала перпендикулярно его продольной оси и зафиксированного зигзагообразной пружиной 4 с двумя отогнутыми краями 5.

Работает шпоночное соединение следующим образом. Передача крутящего момента от вала 2 к втулке 1 осуществляется через ролики 3 и зигзагообразную пружину 4, которая при этом деформируется до тех пор, пока расстояние между роликами 3 одного и другого ряда не станет равным толщине пластины S. Наличие между рядами роликов 3 зигзагообразной пружины 4 позволяет демпфировать вибрации, возникающие в приводе в процессе его работы.

Рис 13 Конструкция соединения вала со втулкой, обеспечивающего повышенную нагрузочную способность при ограниченной длине сопрягаемых поверхностей.

      На Рис 13 показана конструкция соединения вала со втулкой, обеспечивающего повышенную нагрузочную способность при ограниченной длине сопрягаемых поверхностей. Оно содержит установленную на вал 1 втулку 3, с эксцентричной расточкой 4, в которую расположен диски 5 с эксцентричным отверстием 6, в которое входит выступ 2 вала также расположенный эксцентрично, при этом осевая фиксация втулки 3 и шайбы 5 на валу 1 осуществляется стопорным кольцом 7 установленным в пазу 8 выполненном на эксцентриковом выступе 2 вала 1. Увеличенная нагрузочная способность соединения, при ограниченной длине сопрягаемых поверхностей вала и втулки, обеспечивается большой площадью контакта диска 5 с втулкой и валом и значительным поперечным сечением выступа 2 вала, который при передаче крутящего момента работает на срез.

Рис 14 Конструкция клинового соединения вала с шестерней, обеспечивающего
повышенную нагрузочную способность.

      На Рис 14 показана конструкция клинового соединения вала с шестерней, обеспечивающего повышенную нагрузочную способность. Оно содержит установленную на вал 1 шестерню 5, закрепленную на нем посредствам двух противоположно направленных клиновых вставок 3 подпружиненных пружиной 4, внутренняя поверхность которых взаимодействует с эксцентричной шейкой вала 1, а наружная поверхность с посадочным отверстием шестерни 5. Повышенная нагрузочная способность соединения в данном случае также обеспечивается за счет увеличения поверхности контакта взаимодействующих деталей.

Рис 15 Конструкция беззазорного шпоночного соединения.

         На Рис 15 показана конструкция беззазорного шпоночного соединения. Оно содержит втулку 1 установленную на вал 2, и закрепленную на нам с помощью составной тангенциальной клиновой шпонки, состоящей из основного призматического клина 3, имеющего две встречные клиновые поверхности и двух дополнительных клиньев 4 и 5, затягиваемых с помощью крепежных деталей 6 и 7 (болтов, винтов). Выборка зазора и создание предварительного натяга в шпоночном соединении осуществляется перемещением дополнительных клиньев в радиальном направлении при помощи крепежных деталей 6 и 7 (клина 4 расположенного в пазу ступицы 1, клина 5 расположенного в шпоночном пазу вала 2).

Рис 16 Конструкция беззазорного шпоночного соединения деталей малонагруженного привода

           На Рис 16 показана конструкция беззазорнеого шпоночного соединения деталей малонагруженного привода. Оно содержит втулку 2 установленную на валу 1 и закрепленную посредствам шпонки 3 с хвостовиком 6, имеющим форму четырехугольной усеченной пирамиды, которая установлена в отверстии резьбовой втулки 4, вкрученной в резьбовое отверстие втулки 2. Шпоночный паз 5 вала 1 в поперечном сечении имеет трапецеидальную форму, при этом, его боковыми поверхностями взаимодействуют с ответными поверхностями хвостовика 6 шпонки 3, а верхняя коническая часть шпонки 3 находится в постоянном контакте с коническим отверстием резьбовой втулки 4. Выборка зазора между шпонкой 3 и пазом 5 вала 1 осуществляется при сборке соединения путем вкручивания резьбовой втулки 4 вместе с предварительно установленным в ее отверстие      шпонкой 3 в резьбовое отверстие втулки 2. При этом, боковые поверхности хвостовика 6 шпонки 3 плотно прижимаются к ответным боковым поверхностям шпоночного паза 5 вала 1, исключая при этом зазор между ними.

Рис 17 Конструкция шпоночного соединения позволяющего регулировать угловое положение шестерни на валу.

             На Рис 17 показана конструкция шпоночного соединения позволяющего регулировать угловое положение шестерни на валу. Оно содержит жестко установленную на валу 1 посредствам шпонки 2 шестерню 3 и шестерню 5 установленную на валу 1 с возможностью углового поворота посредствам устройства 4, которое включает расположенные в радиальном пазу ступицы шестерни 5 шпонки 9 и 10 с клиновыми хвостовиками, контактирующими с ответными клиновыми поверхностями шпоночного паза 8, выполненного в валу 1, при этом шпонки поджаты крышкой 6 и взаимодействуют с буртами          регулировочных винтов 7 посредствам своих поперечных пазов 11, выполненных на их выступающей части. Регулирование углового положения шестерни осуществляется следующим образом. Один из винтов, например 9 выкручивают на 1 – 2 оборота, тем самым, создавая зазор между клиновыми поверхностями шпонок и шпоночного паза 8 в валу 1. После этого, винт 10 начинают вкручивать, тем самым поворачивая шестерню 5 относительно вала 1 на угол необходимый для совпадения ее зубчатого венца с зубчатым венцом шестерни 3. После окончания регулировки угловое положение шестерни 5 фиксируется путем вкручивания винта 9 до упора его клинового хвостовика в ответную клиновую поверхность шпоночного паза 8 вала 1.

Рис 18 Конструкция шпоночного соединения деталей позволяющего осуществлять регулирование их взаимного положения.

     На Рис 18 показана конструкция шпоночного соединения деталей позволяющего осуществлять регулирование их взаимного положения. Оно содержит соединяемые детали 1 и 2, крепление которых осуществляется посредствам болтов 3 и шпонки 4, которая фиксируется в детали 1 по ширине b и длине L, при этом шпонка 4 имеет два резьбовых хвостовика 5, на которые при креплении шпонки на детали 2 устанавливаются гайки 6 и шайбы 7 с наклонной опорной плоскостью. В месте установки гаек 6 и шайб 7, обеспечивающих крепление шпонки 4 к детали 2, в последней выполнены карманы 8 с наклонными стенками 9, которые контактируют с опорной поверхностью шайб 7. Регулирование положения детали 1 относительно детали 2 осуществляется следующим образом. Сначала на 2 – 3 оборота выкручивают болты 3, затем откручивают одну из гаек 6 на число оборотов необходимое для выполнения регулировки относительного положения деталей 1 и 2, а после этого вторую гайку 6 накручивают на резьбовой хвостовик 5 шпонки 4, что приводит к смещению детали 1 относительно детали 2. После выполнения регулировочных работ сначала закручивают предварительно отпущенную гайку 6 до упора наклонных опорных плоскостей шайб 7 в ответные наклонные плоскости 9 карманов 8 детали 2, что обеспечивает надежную фиксацию шпонки 4, а после этого затягивают болты 3.

    На валу помимо тел вращения типа шестерен или шкивов могут устанавливаться детали типа рычагов, кривошипов и коромысел, которые вместе с валом совершают вращательное или качательное движение, осуществляя привод исполнительного или вспомогательного механизма машины. Поэтому такие детали должны прочно крепиться на валу. Рассмотрим примеры крепления рычагов и коромысел на валу.

Рис 19 Способы соединения рычага с валом

         На Рис 19а показано крепление рычага на валу, в котором крутящий момент передается посредствам торцевой шпонки совмещенной с шайбой. Это крепление применяется в рычажных механизмах, работающих с небольшими скоростями и знакопеременными нагрузками. При этом торцевую шпонку обычно изготавливают из стали 45 и подвергают закалке до твердости HRC 35- 40 ед, устанавливают ее на вал и рычаг по посадке H11/d11. Соединение просто в изготовлении и надежно при эксплуатации. На Рис 19б показано клеммное соединение вала с рычагом, в котором передача крутящего момента осуществляется за счет сил трения между наружной поверхностью вала и отверстием рычага, создаваемых при его затяжке стяжным болтом. Для лучшего обжима вала в рычаге профрезерован центральный паз. Соединение, как и предыдущее, применяется в механизмах работающих с небольшими скоростями и знакопеременными нагрузками. На Рис 19в показано соединение, в котором клеммный зажим вала совмещен с его фиксацией посредствам болта, средний участок которого выполнен более точным, чем в обычном случае и плотно прижат к ответной поверхности открытого цилиндрического паза выполненного на валу. Такой болт изготавливается из стали 45 и калится до твердости HRC 35 – 40 ед, а посадка его среднего участка на вал выполняется по H11/d11. Соединение может использоваться для передачи значительных усилий. Для передачи средних усилий и возможности осуществления небольшой угловой регулировки положения рычага относительно вала применяется соединение, показанное на Рис 19д. В нем передача крутящего момента осуществляется посредствам сил трения между валом и рычагом, которые создаются за счет затяжки двух регулировочных болтов и упора этих болтов в лыски вала. В такой конструкции соединения стержневая часть болта, контактирующая с валом также подвергаются закалке до твердости HRC 35 – 40 ед. На Рис 19г показано соединение, в котором передача крутящего момента от вала к рычагу осуществляется посредствам клиновой оси, фиксирующей рычаг за счет контакта с ответной наклонной лыской выполненной на валу. В рычажных механизмах работающих в условиях знакопеременных динамических нагрузок со значительными скоростями их соединение с валом выполняется с использование эвольвентного шлицевого соединения с центрированием по боковой поверхности, которое показано на Рис 19е. Внутренние шлицы в рычаге выполняются методом протягивания, поэтому при индивидуальном или мелкосерийном производстве таких рычажных механизмов применение эвольвентных шлицев может быть экономически не оправдано.

Рис 20 Клеммное соединение вала с рычагом позволяющее повысить жесткость

      На Рис 20 показано клеммное соединение вала с рычагом, которое позволяет повысить жесткость за счет того, что на внутренней поверхности рычага 1, дополнительно выполнены пазы 4 с наклонными поверхностями 5, а на валу 2 выполнена канавка 6 также с наклонными поверхностями 7, между которыми установлена цилиндрическая шпонка 8. При затяжке клеммного соединения 9 болтами 10 наклонные канавки 5 паза 4 рычага прижимают шпонку 8 к наклонным поверхностям 7 паза 6 на валу 2, что значительно повышает жесткость клеммного соединения.

Рис 21 Тяжело нагруженное соединение рычага с валом

         На Рис 21 показана конструкция тяжело нагруженного соединения рычага с валом. Оно содержит установленный в отверстии рычага 1 для его фиксации на валу 2 цилиндрический палец 3 с наклонной поверхностью 4 выполненной пол углом a к его оси, с радиусным выступом 5 и резьбовым концом 6 на котором одета шайба 7 и гайка 8. При этом отверстие 9 под установку пальца 3 и отверстие 10 под установку вала 2 в рычаге 1 взаимно перпендикулярны, а на валу 2 выполнен наклонный радиусный паз, контактирующий с радиусным выступом 5 на пальце 3. Наличие радиусного выступа 5 на пальце 3 и ответного паза на валу 2 за счет увеличения поверхности контакта позволяет повысить нагрузочную способность соединения

Рис 22 Соединения рычага с валом, применять которые не рекомендуется

         На Рис 22показаны конструктивные схемы соединения рычагов с валом, которые применять не рекомендуется. На Рис 22а для осевой фиксации рычага на валу, совершенно не обосновано, применена шлицевая гайка, способная воспринимать большие осевые усилия, которых рычаги практически не испытывают, кроме того выполнение в рычаге шпоночного паза очень трудоемко и не технологично. На Рис 22б показано соединение рычага с валом посредствам штифтового соединения, при котором штифт одновременно находится и в теле вала и в теле рычага. На практике, такую штифтовку при сборке соединения выполнить практически не возможно по причине увода сверла из-за различной твердости материала вала и рычага и невозможности выполнения операции сверловки и разворачивания отверстия на станке. На Рис 22в показана конструкция соединения вала с рычагом, в которой фиксация рычага осуществляется с помощью стопорного винта, что делает ее разборку возможной только путем высверливания винта, а сборку трудоемкой поскольку в валу и рычаге перед установкой винта необходимо вручную сверлить новое отверстие и нарезать в нем резьбу. На Рис 22г показана фиксация рычага на валу при помощи стопорных винтов, которая на первый взгляд аналогична предлагаемой на Рис 19д, но по сути совершенно отличной. Такая конструкция соединения, в отличие от представленной на Рис 19д, в которой затяжка винтов увеличивает натяг между валом и рычагом, наоборот при затяжке винтов увеличивает зазор и вся нагрузка при передаче крутящего момента приходится на торцы винтов, что приводит к их быстрому смятию и появлению в соединении недопустимых зазоров. На Рис 22д показано клеммное соединение рычага с валом совмещенное со шпоночным соединением, целесообразность совместного применение которых, обосновать практически невозможно. Но главное это выполнение в отверстии рычага шпоночного паза с требуемой точностью, которое при малых и средних диаметрах вала (до 30 мм), кроме как методом протяжки, осуществить практически не возможно. А это целесообразно только при массовом производстве рычажного механизма. Кроме того, эвольвентное шлицевое соединении, также изготавливаемое методом протяжки, по нагрузочной способности и точности центрирования рычага намного превосходит шпоночное. На Рис 22е показано соединении рычага с валом в котором паз для получения внутреннего клеммного соединения выполнить технологически мягко говоря проблематично, как и осуществить его затяжку болтом, поскольку жесткость рычага в этом месте очень велика.
Устанавливаемые на вал детали, в основном зубчатые колеса, могут в процессе работы привода перемещаться вдоль вала, в этом случае в качестве соединительной детали используются направляющие шпонки (см. Рис 23) или шпонки скольжения (см. Рис 24)

Рис 23 Направляющие призматические шпонки по ГОСТ 8790 – 79

Рис 24 Скользящие призматические шпонки по ГОСТ 12208 – 66

ГОСТ 8790 – 79 предусматривает три исполнения призматических направляющих шпонок, длина которых колеблется от 25 до 200 мм. ГОСТ 12208 – 66 предусматривает два исполнения призматических скользящих шпонок, длина которых колеблется от 32 до 250 мм. Отличие двух этих типов шпонок заключается в том, что направляющая шпонка крепится к валу и перемещаемая деталь скользит по ней своим шпоночным пазом, а скользящая шпонка своим цилиндрическим пальцем запрессовывается в перемещаемую деталь и скользит вместе с нею по шпоночному пазу вала.

          К подвижному шпоночному соединению могут предъявляться специфические требования, в том числе исключение зазора в соединении и минимальная величина усилия для перемещения детали вдоль вала. В этом случае могут применяться подвижные шпо-ночные соединения, имеющие оригинальную конструкцию. Рассмотрим примеры таких шпоночных соединений.

Рис 25 Конструкция подвижного беззазорного шпоночного соединения качения.

             На Рис 25 показана конструкция беззазорного шпоночного соединения качения. Оно содержит втулку 2 установленную на валу 1 посредствам шпонки качения выполненной в виде сферического ролика 3, установленного посредствам радиально упорных шарикоподшипников 12 на эксцентриковой оси 4, при этом ролик 3 расположен в пазу 5 втулки 2 и контактирует своей сферической поверхностью с боковыми наклонными поверхностями шпоночного паза 6, выполненного в валу 1 и имеющего в поперечном сечении форму трапеции. Левая цапфа оси 4 установлена в расточке втулки 2 посредствам втулки 8, а на ее эксцентриковой шейке 11 установлена втулка 9, распирающая подшипники 12. Осевое положение оси 4 зафиксировано во втулке 2 прижимной шайбой 7. Регулировка зазора в шпоночном соединении осуществляется следующим образом. Сначала ось 4 освобождается от осевого воздействия прижимной шайбы 7, для чего отпускаются болты крепления последней к втулке 2. Затем ось 4 вращают гаечным ключом установленным на ее квадратную головку, добиваясь исключения зазора между сферической поверхностью ролика 3 и боковыми наклонными поверхностями шпоночного паза 8 вала 1. После выполнения регулировки выполняется фиксация осевого положения оси 4, которая осуществляется путем затяжки болтов крепления прижимной шайбы 7.

Рис 26 Конструкция подвижного беззазорного шпоночного соединения качения обладающего повышенной жесткостью.

           На Рис 26 показана конструкция подвижного беззазорного шпоночного соединения качения обладающего повышенной жесткостью. Оно содержит втулку 2 установленную на скалке 1 посредствам двух сборных шпонок качения, беззазорно установленных в шпоночном пазу 3 скалки, при этом каждая из шпонок включает стакан 4 жестко закрепленный на втулке 2 с помощью болтов 5 в посадочных отверстиях 6 и 7 которого установлена эксцентриковая ось 8 с фланцем 9, с роликовыми подшипниками 14 и 15 установленными на ее эксцентриковых шейках 16 и 17, расположенных оппозитно друг к другу. Во фланце 9 эксцентриковой оси 8 выполнено отверстие 12 под ключ и радиусные пазы 10, в которых установлены болты 11, крепления оси 8 к стакану 4. Между внутренними кольцами подшипников 14 и 15, взаимодействующих с противоположными стенками шпоночного паза 3 скалки 1, на оси 8 установлены распорные кольца 18 и 19. Для исключения зазора между боковыми поверхностями шпоночного паза 3 в скалке 1 и подшипниками 14 и 15 установленными на эксцентриковых шейках16 и 17 оси 8, последнюю, при отпущенных болтах 11, вращают по, или против часовой стрелки, что приводит к смещению подшипников 14 и 15 в противоположные стороны, используя ключ, вставляенный в шестигранное отверстие 12 оси 8, при этом стержни болтов 11 свободно проходят в радиусных пазах 10 поворачиваемых осей 8. После выполнения регулировки угловое положение обеих осей 8 фиксируется путем затяжки болтов 11.

Шлицевые соединения

        Шлицевые соединения имеют по сравнению со шпоночными ряд существенных преимуществ, которые заключаются в следующем:
–  большую нагрузочную способность для неподвижного соединения и более        ысокую износостойкость для подвижных соединений
–  более высокую долговечность за счет уменьшенной концентрации напряжений ,
–  улучшенное центрирование деталей на валу .

Рис 27. Основные типы шлицевых соединений

            В машиностроении применяются следующие виды шлицевых соединений: прямобочные (см. Рис 27а), эвольвентные (см. Рис. 27б), треугольные (см. Рис 27в) и трапецеидальные (см. Рис. 27г)

Рис 28 Способы центрирования прямобочных шлицев

         Геометрические размеры и допуски прямобочных шлицов установлены ГОСТ 1139 – 80, согласно которого определены три серии шлицевых соединений: легкая, средняя и тяжелая. При этом в каждом типоразмере серии нормируется D – наружный диаметр соединения, d – внутренний диаметр, z – число шлицев и b ширина шлица. Согласно ГОСТ 1139 – 80 предусмотрено три способа центрирования прямобочных шлицевых соединений: по внутреннему диаметру (см. Рис 28а), по наружному диаметру (см. Рис 28б), по боковой поверхности шлица (см. Рис 28в), при этом каждый вид центрирования позволяет получить подвижное и неподвижное соединение вала со втулкой.
Схема расположения полей допусков шлицевого вала и втулки при центрировании по внутреннему диаметру  показана на Рис. 29.

Рис 29 Схема расположения полей допусков при центрировании по d

 

Рис 30 Схема расположения полей допусков при центрировании по D

Схема расположения полей допусков шлицевого вала и втулки при центрировании по наружному диаметру D показана на Рис. 30. При центрировании по наружному диаметру посадка на внутренний диаметр по ГОСТ1139 – 80 устанавливается только на втулку – по H11 для подвижного и неподвижного соединений, а посадки на вал не нормируются.

 

Рис 31 Схема расположения полей допусков при центрировании по b

Схема расположения полей допусков шлицевого вала и втулки при центрировании, по боковой поверхности шлицев b показана на Рис.31.

          Выбор способа центрирования зависит от назначения и условий работы соединения, а также от технологии и оборудования для изготовления его деталей и прежде всего втулки (протягивание или зубодолбление шлицов во втулке). Центрирование по боковой поверхности шлицев b применяется в случае, если соединение используется в составе привода работающего в реверсивном динамическом режиме.

 

Рис 32 Способы центрирования эвольвентных шлицев

          Эвольвентные шлицы представляют собою зубья эвольвентного профиля характеризующиеся модулем m и числом зубьев z (см. Рис 32). По сравнению с прямобочными шлицами эвольвентные обладают повышенной нагрузочной способностью при одинаковых диаметрах вала, и обеспечивают лучшее центрирование. Размеры, посадки в зависимости от вида соединения (подвижное, неподвижное) и способа центрирования эвольвентных шлицевых соединений с углом профиля 30 град, определяется ГОСТ6033 – 80. Стандарт предусматривает центрирование по боковым поверхностям зубьев (см. Рис 32б), по наружному диаметру (см. рис 32а), по внутреннему диаметру (последние применяются очень редко).

 

Рис 33 Схема расположения полей допусков при центрировании по боковой поверхности зуба

           Треугольные и трапецеидальные шлицы применяются на валах малого диаметра и полых валах передающих небольшие крутящие моменты для создания неподвижных соединений в случаях, когда применение прессовых посадок не допустимо (чаще всего в приборостроении). Параметры треугольных шлицов стандартами не определены, а как правило нормируется отраслевыми и заводскими нормативными документами. Основными параметрами треугольных шлицев являются:
–  угол наклона боковой поверхности зуба (применяется углы 90 , 72 град, 60град),
–  модуль ( применяется от 0,2 до 1,5мм),
–  число зубьев ( применяется от 20 до 70).
При передаче крутящего момента боковые поверхности шлицевых соединений также, как и призматические шпоночные соединения работают на смятие, а поперечное сечение на срез. Поэтому расчет шлицевых соединений ведется из условия прочности на смятие и срез по следующим формулам:

              Для обеспечения надежной и долговечной работы привода, возникает необходимость, в стандартном шлицевом соединение изменять или вводить новые конструктивные элементы для получения болеем жесткого соединения деталей, например за счет устранения люфта, а при использовании в приводе подвижного шлицевого соединения, например для снижения трения, может возникнуть необходимость создания оригинальной конструкции. Рассмотрим примеры таких шлицевых соединений.

Рис 34 Конструкция шлицевого соединения, в котором зазор выбирается за счет деформации шлицевого вала.

         На Рис 34 показана конструкция шлицевого соединения, в котором зазор выбирается за счет деформации шлицевого вала. Оно содержит шлицевую втулку 2 установленную на шлицевом валу 1, выполненным с конической резьбой на торце, в которую вкручена резьбовая пробка 3, а в теле вала профрезерованы продольные пазы 5, при этом, на длине пазов 5 шлицевая поверхность вала 1 выполнена с занижением 6 по наружному диаметру. Сборка шлицевого соединения осуществляется следующим образом. При выкрученной резьбовой пробке 3, втулка 2 свободно устанавливается на шлицевый вал1, после чего, в резьбовое отверстие вала вкручивается пробка 3, которая деформирует шлицевую поверхность вала, обеспечивая таким образом выборку зазора в шлицевом соединении вала и втулки .

Рис 35 Конструкция шпоночного соединения, в котором зазор выбирается за счет промежуточной шлицевой втулки с наружным косозубым венцом.

        На Рис 35 показана конструкция шпоночного соединения, в котором зазор выбирается за счет промежуточной шлицевой втулки с наружным косозубым венцом. Оно содержит установленную на шлицевом валу 1 шестерню 2 с внутренним косозубым венцом, который зацепляется с наружным косозубым венцом промежуточной втулки 3, выполненной с внутренними шлицами, контактирующими со шлицами вала 1, при этом во втулке 3 выполнена проточка, в которой установлено стопорной кольцо 5, прижатое к торцу шестерни 2 посредствам упорного кольца 4 и болтов 6. Зазор в шлицевом соединении вала 1 и шестерни 2 выбирается за счет наличия косозубых зубчатых венцов в шестерне 2 и промежуточной шлицевой втулке 3, которая при затяжке болтов 6 осуществляет разворот шестерни 2 и вала 1 в противоположные стороны. При развороте шестерни относительно вала боковые поверхности их шлицов плотно прилегают друг к другу, что существенным образом повышает жесткость и износостойкость шлицевого соединения.

Рис 36 Конструкция шлицевого соединения, в котором зазор выбирается посредствам составной муфты с мышиным зубом.

            На Рис 36 показана конструкция шлицевого соединения, в котором зазор выбирается посредствам составной муфты с мышиным зубом. Оно содержит шестерню 4, свободно установленную на ведущем валу 1 и соединенную с ним посредствам муфты с мышиным зубом, ведущая полумуфта которой выполнена в виде двух полувтулок 2 и 3, взаимодействующих с ведущим валом 1 посредствам шлицевого соединения, при этом снаружи полувтулки охвачены гильзой 6 и поджаты к зубьям шестерни 4 гайкой 5 установленной на резьбовом хвостовике вала 1. Полумуфты 2 и 3 выполнены таким образом, что их зубья смещены относительно шлицев вала в противоположные стороны. Выбор зазора в шлицевом соединении осуществляется следующим образом. Гайка 5 накручивается на резьбовой хвостовик вала 1, в результате чего шестерня 4 перемещается вправо до упора в бурт вала 1, а при дальнейшем закручивании гайки полувтулки 2 и 3 под действием скошенных поверхностей их зубьев, взаимодействующих с ответными зубьями шестерни 4, начинают поворачиваться относительно вала 1 в противоположные стороны, что приводит к выбору зазора в шлицевом соединении.

Рис 37 Конструкция шлицевого соединения с повышенной точностью центрирования.

              На Рис 37 показана конструкция шлицевого соединения с повышенной точностью центрирования. Оно содержит втулку 2 установленную на шлицевом валу 1с конусным хвостовиком 3 и центральным резьбовым отверстием в его левом торце, в которое вкру-чен винт 5, поджимающий через комплект тарельчатых пружин 7 и шайбы 8 цангу 4 к конусному хвостовику 3, при этом угол конуса цанги выбран больше угла трения. Для монтажа и демонтажа соединения в его конструкцию введена втулка 9 с наружной резьбой имеющей направление противоположное направлению резьбы винта 5. Центрирование шлицевого вала 1 и втулки 2 достигается за счет того, что при затяжке винта 5 лепестки цанги 4 прижимаются с конусному хвостовику 3 вала и центрируют его наружную шлицевую поверхности относительно внутренней шлицевой поверхности втулки 2. Монтаж и демонтаж соединения выполняется путем вкручивание и выкручивания винта 5 из резьбового отверстия на левом торце хвостовика вала 1.

     Шариковые шлицевые соединения получили широкое применение благодаря широкому использованию технологического оборудования с ПУ, которое потребовало создания точных подвижных соединений, обладающих высокой крутильной жесткостью. Применение шарикового шлицевого соединения, за счет создания между шариками и валом предварительного натяга позволило получить подвижное в осевом направлении соединение втулки (шестерни) с валом, обладающее намного большей жесткостью, чем традиционное шлицевое соединение, за счет исключения зазоров и при этом, получить низкий коэффициет трения за счет замены трения скольжения на трение скольжения в пале вал – втулка.

Рис 38 Конструкция шарикового шлицевого соединения

       Конструктивная схема шарикового шлицевого соединения показана на Рис 38. Оно содержит вал 1, охваченный сборной втулкой состоящий из стянутых винтами 9 центральной цилиндрической части 2 и двух крышек 3, образующих три рабочих 4, возвратных 5 и переходных радиусных каналов 6 и 7, обеспечивающих циркуляцию трех потоков шариков 8 внутри втулки. Шарики 8 при движении втулки перемещаются по продольным радиусным канавкам, выполненным на наружной цилиндрической поверхности вала1.

         Расчет передаваемого крутящего момента (см. Рис 39), выполняемый из условия контактной прочности и расчет угла упругого поворота втулки относительно вала φ шарикового шлицевого соединения в работе [2] предлагается выполнять по следующим формулам:

 

Рис 39 Расчетная схема шарикового шлицевого соединения

            Шариковые шлицевые соединения в зависимости от диаметра вала, передаваемого крутящего момента и требуемой крутильной жесткости соединения выполняют трех, четырех и шестирядными.
Погрешности изготовления деталей шарикового шпоночного соединения приводят к неравномерности распределения нагрузки между шариками и как следствие к понижению крутильной жесткости соединения. Основными видами погрешностей являются: погрешность окружного шага канавок, отклонение угла профиля канавок, конусообразность цилиндра проходящего через центры канавок, разноразмерность шариков. Доминирующее влияние на соединение оказывает погрешность окружного шага канавок на валу и во втулке. Для обеспечения колебания натяга, вызванного погрешностью окружного шага канавок в пределах не более 12 – 15 мкм, при котором втулка способна свободно перемещаться вдоль оси вала угловая погрешность шага должна быть не более, чем 1 – 2мин

Рис. 40. Серийно выпускаемые фирмой ТНК, шариковые шлицевые пары вал – втулка

                В настоящее время ряд отечественных и зарубежных фирм предлагают широкую номенклатуру шариковых шлицевых пар вал – втулка. На Рис 40 показан общий вид двух типов шариковых винтовых пар выпускаемых фирмой ТНК

Рис 41 Типы призматических профильных соединений

             В малонагруженных приводах и механизмах, с целю уменьшения размеров соединяемых деталей и упрощения их конструкции, вместо шпоночных и шлицевых соединений применяются призматические профильные соединения (см. Рис. 41). В таком соединении крутящий момент передается находящимися в контакте плоскими поверхностями контактирующих деталей.

Рис. 42. Квадратное профильное соединение

     На Рис. 42а показано стянутое с помощью болта клеммное соединение рычага с ведущим валом, контактирующих посредствам квадратного профильного соединения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Игнатьев Н. П. Основы проектирования. Учебное пособие в двух частях. Азов 2011г
2. Левина З. М. Контактная жесткость М.: Машиностроение 1971г
3. Орлов П. И. Основы конструирования. Справочно – методическое пособие М.: Машиностроение 1977г.

Для приобретения полной версии статьи добавьте ее в корзину

  Стоимость полной версии статьи 120 руб