Расчет допусков и посадок шпоночного соединения.

Рассчитаем свободный вид соединения зубчатого колеса и вала с использованием призматической шпонки с диаметром вала d_В = Ø 45 мм, длина шпонки l = 56 мм, соединение нормальное. По ГОСТ 23360-78 для вала Ø 45 мм и длины шпонки l = 56 мм, принимаем b × h = 14 × 9 мм [21, стр.4, табл.2]:

Шпонка 14 × 9 × 56 ГОСТ 23360-78,

Для посадки шпонки при соединении, принимаем [1, стр.73], [21, стр.4, табл.2]:

по размеру b:

- паз вала B₁ = 14N9: EI = -43 мкм;

ES = 0 мкм;

B_1max = B₁ + ES = 14, 000 + 0= 14, 000мм;

B_1min = B₁ + EI = 14, 000- 0, 043 = 13, 957 мм;

- ширина шпонки b₂ = 14h9: IT9 = 43 мкм [3, стр.8, табл.1];

es = 0 [3, стр.9, табл.2];

ei = es – IT9 = 0 – 43 = – 43 мкм;

b_2max = b₂ + es = 14, 000 + 0 = 14, 000 мм;

b_2min = b₂ + ei = 14, 000 + (– 0, 043) = 13, 957 мм;

- паз втулки B₃ = 14Js9: ES = +21мкм;

EI = -21 мкм;

B_3max = B₃ + ES = 14, 000 + 0, 021= 14, 021мм;

B_3min = B₃ + EI = 14, 000 - 0, 021 = 14, 979 мм.

Рисунок 4.1 – Схема расположения полей допусков шпоночного соединения.

Рассчитываем табличные зазоры (натяги) по размеру b:

соединение шпонки b₂ = 14h9 с пазом вала B₁ = 14N9 (смотри рис. 4.2):

S_1max = B_1max – b_2min = 14, 000– 13, 957= 0, 043 мм,

N_1max = b_2max – B_1min = 14, 000 – 13, 957= 0, 043 мм;

Рисунок 4.2 – Схема расположения полей допусков ширины шпонки и ширины паза вала.

соединение шпонки b₂ = 14h9 с пазом втулки B₃ = 14Js9 (смотри рис. 4.3):

S_2max = B_3max – b_2min = 14, 021– 13, 957= 0, 064 мм,

N_2max = b_2max – B_3min = 14, 000 – 13, 979= 0, 021 мм;

Рисунок 4.3 – Схема расположения полей допусков ширины шпонки и ширины паза втулки.

по высоте шпонке h [21, стр.4, табл.2]:

- глубина паза вала: t₁ = 5, 5^{+0, 2} мм;

t_1max = 5, 5 + 0, 2 = 5, 7 мм;

t_1min = 5, 5+ 0 = 5, 500 мм;

- высота шпонки: h = 9h9 [21, стр.2, табл.1];

h = 9_{–0, 043} [3, стр.8, табл.1];

h_max = 9, 0 + 0 = 9, 000 мм;

h_min = 9, 0 – 0, 043 = 8, 957 мм;

- глубина паза втулки: t₂ = 3, 8^{+0, 2} мм;

t_2max = 3, 8 + 0, 2= 4 мм;

t_2min = 3, 8+ 0 =3, 8 мм.

Тогда S_max = t_1max + t_2max – h_min = 5, 700 + 4, 000– 8, 957 = 0, 743 мм,

S_min = t_1min + t_2min – h_max = 5, 500 + 3, 8 – 9, 000 = 0, 300 мм.

по длине шпонки l = 56 мм:

- длина шпонки: l₁ = 56h14 [21, стр.2, табл.1],

l₁ = 56_{–0, 74} [3, стр.8, табл.1];

l_1max = 56, 000 + 0 = 56, 000 мм;

l_1min = 56, 000 –0, 740 = 55, 260 мм;

- длина паза вала: L₂ = 56Н15 [21, стр.6],

l₁ = 56+^{1, 2} [3, стр.8, табл.1];

L_2max = 56, 000 + 1, 200 = 57, 200 мм;

L_2min = 56, 000 + 0 = 56, 000 мм.

Тогда S_max = L_2max – l_1min = 57, 200 – 55, 260 = 1, 940 мм,

S_min = L_2min – l_1max = 56, 000 – 56, 000 = 0 мм.

Рисунок 4.4 – Схема расположения полей допусков по длине шпоночного паза.

На чертежах деталей проставляются следующие точностные требования, относящиеся к шпоночным соединениям:

- номинальный размер вала d с предельными отклонениями;

- для паза вала – размер t₁ (предпочтительный вариант) или d – t₁ с предельными отклонениями [21, стр.4, табл.2]:

5, 5^{+0, 2} мм

- для паза втулки – размер d + t₂ с предельным отклонением [21, стр.6, табл.3]:

45, 000 + 3, 8^{+0, 2} = 48, 800^{+0, 2} мм

- номинальные размеры ширины паза вала и паза втулки с соответствующими отклонениями:

B₁ = 14N9(); B₃ = 14Js9();

- допуски расположения плоскости симметрии паза относительно оси посадочной цилиндрической поверхности (Т_парал и Т_сим), определяемые из соотношений, с последующим ужесточением допуска [20, стр.1, табл.1]:

Т_парал = 0, 6 * Т_шп;

Т_сим = 4, 0 * Т_шп,

где Т_парал – допуск параллельности;

Т_сим – допуск симметричности в диаметральном выражении;

Т_шп – допуск ширины шпоночного паза b;

Т_шп = 43 мкм.

Т_парал = 0, 6 * Т_шп = 0, 6 * 43 = 25, 8 мкм, принимаем 25 мкм;

Т_сим = 4, 0 * Т_шп = 4, 0 * 43 = 172 мкм, принимаем 160 мкм.

- параметры шероховатости поверхности элементов шпоночного соединения, устанавливаемые в зависимости от номинального размера и допуска [21, стр.15, прилож.2]:

паза вала – Ra не более 3, 2 мкм;

паза втулки – Ra не более 3, 2 мкм;

дна шпоночного паза – рекомендуется нормировать параметром Ra не более 6, 3 мкм;

поверхностей с неуказанными предельными отклонениями – Ra не более 20 мкм.

Рисунок 4.5 - Пример нанесения основных размеров соединения с призматической шпонкой