Шпоночные соединения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное учреждение высшего образования

«Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)»

Институт открытого и дистанционного образования

Кафедра «Техника, технологии и строительство»

Реферат

«Шпоночные соединения»

По дисциплине «Детали машин и основы конструирования»

Выполнил: студент группы ДО-316 Агаркова И.Ф.

Челябинск 2020г

Содержание

Введение

1. Общие сведения

2. Разновидности шпоночных соединений

2.1 Клиновые шпонки

2.2 Призматические шпонки

2.3 Направляющие шпонки

2.4 Сегментные шпонки

3. Расчет шпоночных соединений

3.1 Условие прочности на смятие

3.2 Условие прочности на срез

4. Нанесение размеров на чертежах

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В данном реферате автор знакомит вас с одним из основных видов разъёмных соединений, а именно соединение шпонкой. Данный реферат позволяет подробно ознакомиться с видами шпонок и шпоночных соединений, а также произвести расчёт на прочность.

1. Общие сведения

Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звёздочки и др.). Шпонка - деталь, устанавливаемая в разъём двух соединяемых деталей и препятствующая их взаимному перемещению. Шпонка представляет собой стальной брус, устанавливаемый в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей. Основные типы шпонок стандартизованы. Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковым или концевыми фрезами, в ступицах протягиванием.

Достоинства шпоночных соединений - простота конструкции и сравнительная лёгкость монтажа и демонтажа, вследствие чего их широко применяют во всех отраслях машиностроения.

Недостаток - шпоночные пазы ослабляют вал и ступицу насаживаемой на вал детали. Ослабление вала обусловлено не только уменьшением его сечения, но главное, значительной концентрацией напряжений изгиба и кручения, вызываемой шпоночным пазом. Шпоночное соединение трудоёмко в изготовлении: при изготовлении паза концевой фрезой требуется ручная пригонка шпонки по пазу; при изготовлении паза дисковой фрезой крепление шпонки в пазу винтами (от возможных осевых смещений).

Различают два основных способа передачи крутящего момента - жёсткий и фрикционный. При первом способе крутящий момент передаётся жёсткими элементами, работающими на срез, изгиб или смятие; при втором - силами трения, возбуждаемыми на цилиндрических, конических или торцовых поверхностях вала.

Главные виды жёстких соединений: шпоночные (рис. 1) ,шлицевые, призматические, профильные, штифтовые, фланцевые.

К фрикционным относятся соединения: с натягом, конусные, с пружинными затяжными кольцами, клеммные.



Рисунок 1 - Соединение шпонкой.

Применяют также сочетание обоих способов. Нагружаемость жестких соединений увеличивают введением трения путём осевой или радиально-осевой затяжки.

Для страховки от провертывания, а также для фиксации деталей в определённом угловом положении в фрикционные соединения вводят жёсткие элементы, например шпонки (рисунок 2).

Рисунок 2 - Передача крутящего момента

2. Разновидности шпоночных соединений

Шпонки используют в малонагруженных соединениях, преимущественно в изделиях мелкосерийного производства. Недостатки шпоночных соединений: малая несущая способность; ослабление валов шпоночными пазами; концентрация напряжений из-за неблагоприятной формы шпоночных пазов; низкая технологичность.

Особенно резко шпонки ослабляют полые валы, у которых отношение диаметра отверстия к диаметру вала (d/D > 0,6). Применение силовых шпонок на таких валах почти исключается.

В крупносерийном и массовом производстве в ответственных соединениях, нагруженных большими крутящими моментами, работающих при циклической нагрузке, шпоночные соединения уступили место более совершенным шлицевым соединениям.

Различают напряженные шпоночные соединения (клиновые и тангенциальные шпонки) и ненапряженные (призматические и сегментные шпонки).

2.1 Клиновые шпонки

Клиновые шпонки выполняют по ГОСТ 24068 - 80 четырех исполнений: исполнение 1 - с головкой (рис. 3, а), исполнение 2-е закругленными торцами (рис. 3,б), исполнение 3-е плоскими торцами (рис. 3, в) и исполнение 4 --с одним закругленным и другим плоским торцом.

Верхнюю грань шпонки делают с уклоном 1:100 (б - 0 35г). Натяг между валом и ступицей создают путем забивания шпонки (рис. 4, а) или затяжки ступицы гайкой на шпонку, зафиксированную на валу в осевом направлении (вид, б).

Забивные шпонки с головками (вид, в) применяют преимущественно в концевых установках.



Рисунок 3 - Типы клиновых шпонок

Рисунок 4 - Установка клиновых шпонок

На рисунке 5 представлены способы устранения недопустимого по технике безопасности выступания головок на торцах вращающихся валов.

Рисунок 5 - Установка забивных шпонок с головками

Наряду с установкой в пазу применяют установку клиновых шпонок на лысках (рисунок 6, а). Фрикционные клиновые шпонки (виды б, в) устанавливают на гладком валу. Крутящий момент передается трением, возникающим между валом и шпонкой при затяжке.



Рисунок 6 - Клиновые шпонки

Тангенциальные нормальные и усиленные шпонки (рис. 7, ГОСТ 24069 - 80, ГОСТ 24070--80) состоят из двух клиньев (с боковыми односторонними скосами), забиваемых в паз, образованный угловыми уступами на валу и в ступице. Тангенциальные клиновые шпонки применяют только в попарной установке под углом между парными шпонками 120°.

Клиновые шпонки в настоящее время применяют редко, только на валах большого диаметра, в соединениях, не требующих точного центрирования. Основные их недостатки: децентрирование ступицы под действием одностороннего натяга; возникновение высоких напряжений в ступице при натяге; возможность перетяжки соединения; затруднительность демонтажа.

Рисунок 7 - Тангенциальные шпонки.

2.2 Призматические шпонки

Наиболее распространены призматические шпонки, устанавливаемые в пазу вала по посадкам с натягом Р9/h9 (врезные шпонки) или по посадке Js9/h9 (закладные шпонки). Шпонки входят в паз ступицы так, что между верхней гранью шпонки и днищем паза оставляют зазор (рис. 8,а).

Рекомендуются следующие посадки по боковым граням паза ступицы: с зазором (Н9/h9 -- для центрирующих соединений; D/h -- подвижных соединений) или переходные и с натягом (J/h9, N9/h9, Р9/h9 для циклически нагруженных соединений).

Ступицы сажают на вал обычно по посадке Н7/h6; в соединениях, подвергающихся циклическим нагрузкам; предпочтительны посадки Н7/j6, Н7/k6, Н7/n6, Н7/m6, Н7/р6.

Действующий на соединение крутящий момент вызывает напряжения среза в теле шпонки и напряжения смятия на боковых гранях шпонки (вид, а). Преобладающее значение для прочности и устойчивости соединения имеет изгибающий момент Мизг, стремящийся вывернуть шпонку из паза вала.

Для увеличения прочности заделки целесообразно применять посадку Р9/h9 в вале и увеличивать глубину установки шпонки в вал (вид, б). Шпонки шириной b > 10 мм крепят в пазу вала винтами с прорезной головкой (вид, в) или винтами с внутренним шестигранником. Для повышения сопротивления усталости вала на участке, ослабленном шпоночным пазом, применяют обчеканку шпонок по контуру (виды: г, д).

Рабочие грани пазов ступицы и вала обрабатывают в рядовых соединениях до параметра шероховатости Ra = 3,2 мкм, в ответственных - до Ra =2,5 мкм, днища пазов -- до Ra - 6,3 мкм.

Пазы в ступице выполняют долблением или протягиванием однощлицевой протяжкой, на валу -- фрезерованием пальцевой (рис. 9, а) или дисковой (рис. 9,б) фрезой.



Рисунок 8 - Установка призматических шпонок

Фрезерование дисковой фрезой производительнее и обеспечивает более высокую точность и малую шероховатость боковых граней паза.

Рисунок 9 - Схема обработки шпоночных пазов

Однако при этом способе увеличиваются осевые размеры шпоночного соединения, особенно в соединениях с упорными буртиками (рис. 10, а. б), а при заданных габаритах сокращается длина шпонки. Кроме того, необходима фиксация шпонки в осевом направлении.

Рисунок 10 - Установка шпонок в пазах

Наиболее распространён способ фрезерования пальцевыми фрезами.

Во избежание пригонки торцов шпонок длину l паза делают на 0,5-- 1 мм больше длины l шпонки (рис. 11, а).

Пазы не доводят до ближайших ступенек на расстояние s=2ч3 мм для валов диаметром менее 30 мм, а для валов большего диаметра - на 4-5 мм. Врезание пазов в ступеньку увеличивает концентрацию напряжений. В концевых установках величину S' (рис. 11) принимают на 1-2 мм больше S с целью увеличения прочности перемычки.

Диаметр резьбы Dр (рис. 11,6), как обычно в ступичных соединениях, делают на 0,5 -2 мм меньше диаметра D вала.

Рисунок 11 - Установка шпонок в закрытых пазах.

Высоту (a) упорной ступеньки, учитывая, что упор происходит почти по полной кольцевой поверхности, достаточно делать равной 2-4 мм.

В концевых установках целесообразно прорезать шпоночный паз на выход в торец вала (рис. 12). При этом сокращаются осевые габариты соединения, и увеличивается рабочая длина шпонки, особенно если хотя бы один торец шпонки плоский.

В затяжных соединениях шпонку фиксируют в осевом направлении шайбой и гайкой (вид, а).

Неизбежное в затяжных конструкциях прорезание резьбы шпоночным пазом не сказывается отрицательно на работе резьбы. Паз в резьбе обычно используют под отгибную лапку стопорной шайбы m. Необходимо только, чтобы расстояние (е) между днищем паза и внутренним диаметром резьбы (вид, б) было достаточно для размещения лапки.

Рисунок 12 - Установка шпонок в пазах с выходом на торец вала.

2.3 Направляющие шпонки

Призматические шпонки с креплением на вале по ГОСТ 8790 - 79 (рис. 13) применяют для направления деталей, перемещаемых на валу с передачей крутящего момента. Причем могут быть использованы различные исполнения шпонок (1-3). Размеры сечения шпонок устанавливают по таблице.

Рисунок 13 - Направляющие шпонки

Во многих случаях оказывается более выгодным крепить шпонку в ступице (рис. 14), а на валу проделывать паз (скользящие сборные шпонки по ГОСТ 12208 -- 66).

Крепление шпонки на винтах (виды д, б) не всегда осуществимо по конструктивным условиям. В таких случаях применяют закладные шпонки (виды в, г). При легких нагрузках и при отсутствии нагрузок, когда требуется только фиксация углового положения перемещаемой детали на валу, ограничиваются установкой на ступице закладных направляющих штифтов (вид, д).

Рисунок 14- Скользящие шпонки

2.4 Сегментные шпонки

Сегментные шпонки, или шпонки Вудруфа, обладают некоторыми технологическими преимуществами по сравнению с призматическими шпонками. Пазы на валах обрабатываются дисковыми фрезами с большей производительностью и точностью, чем для призматических шпонок. Шпонки изготовляют из чисто тянутых сегментных профилей, а в мелкосерийном производстве -- из цилиндрического проката с разрезанием на сегменты. Демонтаж шпонок несложен и осуществляется легким ударом по концу шпонки.

Крепление шпонок на валу устойчивее вследствие большей глубины врезания. Однако сегментные шпонки значительно ослабляют валы (особенно полые). Это обстоятельство наряду с малой длиной шпонок, обусловливающей повышенные напряжения смятия на рабочих гранях шпонок, ограничивает применение сегментных шпонок областью мало нагруженных соединений. Сегментные шпонки, за редким исключением, устанавливают только в массивных валах. Посадки по боковым граням для сегментных шпонок такие же, как для призматических.

Диаметр сегментных шпонок выполняют по h12. Диаметр отверстий под шпонку на валу выполняют с положительным отклонением в плюс от номинального значения не более .

Фаски с (или радиус) по контору шпонки делают равным 0.2 - 0,3 мм. Длину l шпонки определяют по формуле и для стандартных шпонок она равна (0,92-0,98)d1.

Рисунок 15. Установка сегментных шпонок.

Условное обозначение шпонки состоит из размеров bЧ h и номера ГОСТа. Например, шпонка исполнения 1 сечением b Ч h = 4 Ч6,5 мм.

Шпонка 1 - 4 x 6,5 ГОСТ 24071 -80. То же исполнения 2 сечением b Ч h. = 4 x 5,2 (h1 = 0,8h). Шпонка 2 - 4 x5,2 ГОСТ 24071. Примеры установки сегментных шпонок приведены на рис.15, а - в (цилиндрические валы) и рис. 15 г - д (конусные валы).

С помощью сегментных шпонок можно создать упор для затяжки ступиц на цилиндрическом валу (виды б, в) при небольшой рабочей осевой силе.

3. Расчет шпоночных соединений

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов подобраны так, что прочность их на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений расчет на смятие. Проверку шпонок на срез в большинстве случаев не проводят.

3.1 Условие прочности на смятие

Соединения призматическими шпонками проверяют по условию прочности на смятие (рисунок 16):

Где сила, передаваемая шпонкой, F1 =2*103 T/d.

Рисунок 16. Расчётная схема соединения призматической шпонкой.

На смятие рассчитывают выступающую из вала часть шпонки.. При высоте фаски шпонки f?0.06h площадь смятия следовательно,

(3.1)

Где Т - передаваемый момент, H/м;

d - диаметр вала, мм;

h - высота шпонки и глубина паза на валу, мм (таблица величин); -допускаемые напряжения смятия, lp - рабочая длина шпонки; для шпонок с плоскими торцами lp=l, со скругленными lp= lp+b

При проектировочных расчетах после выбора размеров поперечного сечения шпонки Ь и h по таблице определяют расчетную рабочую длину 1 шпонки по формуле (3.1).

Длину шпонки со скругленными торцами lp =1p+b или плоскими торцами lp = l назначают из стандартного ряда.

Длину ступицы 1см принимают на 8... 10 мм больше длины шпонки. Если длина ступицы больше величины 1,5 d ,то шпоночное соединение целесообразно заменить на шлицевое или соединение с натягом.

Соединения сегментными шпонками (см. рис. 16) проверяют на смятие:

(3.2)

Где lp = l - рабочая длина шпонки; (h-t ) - рабочая глубина в ступнице. Сегментная шпонка узкая, поэтому в отличие от призматической ее проверяют на срез.

3.2 Условие прочности на срез

Где b - ширина шпонки; - допускаемое напряжение на срез шпонки.

Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой чистотянутой стали с чаще всего из сталей 45, Стб.

Допускаемые напряжения смятия для шпоночных соединений:

при стальной ступице

при чугунной

Большие значения принимают при постоянной нагрузке, меньшие при переменной и работе с ударами.

При реверсивной нагрузке снижают в 1.5 раза. Допускаемое напряжение на срез шпонок . Большее значение принимают при постоянной нагрузке.

4. Нанесение размеров на чертежах шпоночных соединений

Применяют три способа нанесения размера глубины паза на валу:

1) от противоположной расположению паза крайней точки диаметра вала (рис. 17, а);

2) от ближайшей к пазу кромки цилиндрической поверхности вала (вид, б);

3) от крайней точки диаметра, лежащей на оси симметрии паза (вид, в).

Последние два размера различаются на величину mопределяемую по формуле.

Рисунок 17 - Нанесение размеров шпоночных соединений.

Наиболее правильна третья схема, непосредственно вытекающая из способов измерения глубины паза на исполненных деталях. Глубину паза на валах ответственного назначения измеряют микрометрическим глубиномером с призмой, базирующейся на цилиндрической поверхности вала (рис. 18, а). Глубина паза определяется как разность показаний глубиномера в положении, изображенном на рисунке, и на любом гладком участке поверхности вала.

Правильность размера контролируют наложением калибра на цилиндрическую поверхность вала (рис. 18,б). Таким образом, в обоих случаях определяют глубину паза по отношению к диаметру вала.

Глубину паза в ступице правильнее всего определять размером от противоположной пазу точки диаметра (см. рис. 17, г), который легко проверить штангенциркулем или штихмасом.

На (рис. 17) приведены примеры развернутого нанесения размеров на шпоночном валу (вид, д), в ступице (вид, е) и в сборе (вид, ж).

Рисунок 18 - Контроль глубины паза.

Заключение

При написании данного реферата автор не ставила целей, что то доказать, а лишь хотела подробнее рассказать о таком разъёмном соединении, как шпоночное. К сожалению, у этого соединения больше недостатков, чем достоинств, но оно все ровно широко применяется в машиностроении.

шпонка прочность смятие сегментный

Список литературы

1. Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу «Детали машин». - М. Машиностроение, 2002.

2. Орлов П.И. - Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн.1. / Под ред. П.Н. Учаева. - Изд. 3-е, испр. - М.: Машиностроение, 1988. - 560 с.

3. Орлов П.И. - Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн.2. / Под ред. П.Н. Учаева. - Изд. 3-е, испр. - М.: Машиностроение, 1988. - 544 с.

Размещено на Allbest.ru

...