Конструирование устройств передачи крутящего момента; шпоночные соединения. Штифтовые, фланцевые и фрикционные соединения.

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

Призматическая шпонка утепляется в вал на половину своей высоты, имеет узкие рабочие грани (рис. 1, а). Может быть использована под скользящую на валу деталь, в этом случае она крепится к валу или детали. Также призматические шпонки показаны на рисунке 2. Шпонки входят в паз ступицы так, что между верхней гранью шпонки и днищем паза составляют зазор s (рис. 2, а).

К положительным качествам призматических шпонок относится простота их изготовления, доступность внешнему осмотру, облегчающая контроль за качеством работ и последующий надзор в эксплуатации, а также и то, что они обеспечивают сборно-разборность сопряжений.

К недостаткам всех призматических шпонок надо отнести значительное ослабление рабочего сечения сопрягаемых элементов сквозным пропилом. Кроме того, в многорядных сопряжениях трудно обеспечить точную разметку и плотную пригонку всех шпонок. Это обстоятельство влечет за собой неравномерную работу и перегрузку их.

Сегментная шпонка (рис. 1, б) входит в вал частью, очерченной по дуге окружности. При значительных крутящих моментах ставятся две и более шпонок вдоль оси вала или по окружности. Сегментные шпонки, 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 чистотянутых 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 малонагруженных соединений. Сегментные шпонки, за редким исключением, устанавливают только в массивных валах. Посадки по боковым граням для сегментных шпонок такие же, как для призматических.

Тангенциальная шпонка (рис. 1, в) используется при передаче значительных крутящих моментов, переменных по значению или направлению. Состоит из двух односкосных клиньев одного уклона (1: 100), имеет узкие рабочие

Билет

грани. Натяг в соединении создаётся в окружном направлении, поэтому ставятся две шпонки. Тангенциальные клиновые шпонки применяют только в попарной установке под углом между парными шпонками (α =120°).

Реже используются затяжные клиновые (врезная, рис. 1, г, и на лыске, рис. 1, д) и фрикционные шпонки (рис. 1, е). Для образования соединения со шпонкой на лыске на валу вырезается сегментный паз. При внезапном увеличении нагрузки шпонка на лыске проскальзывает по валу, что смягчает удар. Фрикционная шпонка используется для передачи сравнительно небольшого крутящего момента.

Осевые штифты (круглые шпонки) применяют для передачи крутящего момента в неразборных соединениях. Штифты устанавливают по посадке с натягом в отверстия, совместно просверленные и развернутые в вале и ступице по стыку посадочных поверхностей.Недостаток соединения – необходимость совместной обработки отверстий под штифты в вале и ступице. Материал детали и вала должен быть примерно одинаковой твердости; в противном случае неизбежен уход сверла в сторону более мягкого металла. Соединения осевыми штифтами применимы для крепления насадных деталей в концевых установках при не слишком большой длине вала, когда обеспечен удобный подвод сверл и разверток к торцу вала. В слабонагруженных соединениях (валы вспомогательных приводов) применяют крепление цилиндрическими или коническими радиальными штифтами, фиксирующими насадную деталь в угловом и осевом направлениях. Соединение нетехнологичное (требуется совместное сверление и развертывание отверстий в ступице и вале); отверстия сильно ослабляют вал; затяжка соединения отсутствует.

Фланцевые соединения применяют преимущественно для соединения валов, а также для крепления на валах деталей дискового и барабанного типа. Крутящий момент передается призонными болтами или специальными элементами, работающими на срез и смятие, а отчасти силами трения, возникающими на стыковых поверхностях при затяжке стяжных болтов. Преимуществом фланцевых соединений является практически беззазорная передача крутящего момента, достигаемая посадкой призонных болтов с натягом. Силы трения, возникающие на стыке при затяжке болтов, предупреждают микросмещения сопрягающихся поверхностей, поэтому фланцевые соединения почти не подвержены наклепу, свариванию и фрикционной коррозии, которые часто встречаются в ступичных соединениях. При конструировании фланцев не всегда исходят из условия наиболее компактного размещения болтов. В общем случае бывает задан только крутящий момент; требуется определить параметры фланцевого соединения, обеспечивающие передачу момента. Задача не имеет однозначного решения. Диаметр фланца, число и диаметр болтов – независимые переменные; существует большое число сочетаний этих параметров, удовлетворяющих условию прочности.

Билет