Шпоночные и щлицевые соединения

150 

Категория: Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Описание

Шлицевые и шпоночные соединения (демоверсия)

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.

   В полной версии статьи приведены формулы для расчета
призматических шпоночных соединений

      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.

В полной версии статьи приведены формулы для расчета
напряженных шпоночных соединений

       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 детали 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.

В полной версии статьи приведены примеры оригинальных соединений устанавливаемых на вал деталей

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.

В полной версии стать также приведены различные варианты
крепления на валу рычагов, коромысел и кулис

       

              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.

В полной версии статьи приведены примеры конструктивного
исполнения подвижных беззазорных шпоночных соединений

 

Шлицевые соединения

       Шлицевые соединения имеют по сравнению со шпоночными ряд существенных преимуществ, которые заключаются в следующем:
–  большую нагрузочную способность для неподвижного соединения и более высо-кую 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.

В полной версии статьи даются рекомендации по назначению посадок на детали прямобочного шлицевого соединения в зависимости
от способа центрирования

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).

В полной версии статьи даются рекомендации по назначению посадок на детали эвольвентного шлицевого соединения в зависимости
от способа центрирования

         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, 60 град,
–  модуль ( применяется от 0,2 до 1,5мм),
–  число зубьев ( применяется от 20 до 70).

В полной версии статьи приведены формулы для расчета
шлицевых соединений

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.

В полной версии статьи приводятся примеры оригинал
ьной конструкции шлицевых сорединений

 

 

              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 низ-кий коэффициет трения за счет замены трения скольжения на трение скольжения в пале вал – втулка. 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.

Рис 38 Конструкция шарикового шлицевого соединения

В полной версии статьи содержатся формулы для расчета
шариковых шлицевых соединений

Полная версия статьи включает 29 страниц текста и 42 рисунка

 

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 150 руб