Материал: Расчет соединений деталей машин. Кирпичев И.Ю

Рис. 4.16

Задание 16

Определить момент трения на торце гайки npи затягивании болта М18, если сила затяжки F_З = 60 кН, а коэффициент трения ƒ = 0,15.

Рис. 4.17

Задание 17

Определить КПД пары болт - гайка для резьбы М24 х 1.

Рис. 4.18

Задание 18

Рассчитать резьбовой участок болта грузовой скобы (см рис. 4.19) для удержания груза (F = 15 кН). Материал болта — сталь 20. Коэффициент запаса прочности при определении допускаемых напряжений принять как для резьбы с контролируемой затяжкой.

Рис. 4.19. Грузовая скоба:

1 - скоба; 2 - болт; 3 - опора; 4 - упорный подшипник

Задание 19

Рассчитать болты крепления рамы основания привода цепного конвейера. Максимальная сила на болт 8 кН. Материал болтов сталь Ст3, затяжка неконтролируемая, коэф­фициент запаса прочности принять минимальным.

Рис. 4.20

Задание 20

Рассчитать болты крепления венца зубчатого ко­леса с колесным центром (рис. 4.21); диаметр окружности центров болтов D = 350 мм, вращающий момент, передавае­мый червячным колесом Т = 11 кНм, коэффициент трения между венцом и центром ƒ = 0,1, материал болтов — сталь 45. Количество болтов - 8 штук. Затяжка контролируемая. Расчет вы­полнить для случая установки болтов без зазора.

Рис. 4.21. Болтовое соединение:

1 – вал; 2 – центр колеса; 3 – болт; 4 – венец колеса

5. Шпоночные соединения

5.1. Конструкция, назначение, достоинства и недостатки

Назначение. Шпоночные соединения осуществляются с помощью специальной детали – шпонки, закладываемой в пазы соединяемых деталей. Оно обеспечивает неподвижное скрепление соединяемых деталей и служит для передачи крутящего момента. В том случае, когда необходимо обеспечить возможность относительного смещения деталей в осевом направлении, применяют соединения со скользящей шпонкой.

Достоинства и недостатки. Достоинствами шпоночных соединений являются простота и надежность конструкции, удобство сборки и разборки, невысокая стоимость. К недостаткам следует отнести ослабление сопрягаемых деталей из-за уменьшения их сечения пазами и концентрации напряжений, а также сложность обеспечения концентричной посадки сопрягаемых деталей.

Типы шпонок. Различают следующие типы шпонок, наиболее часто употребляемых в машиностроении и приборостроении (рис. 5.1): а – клиновая врезная (ГОСТ 24068-80) создает напряженное состояние по широким граням шпонки и передает крутящий момент за счет сил трения на них; б – призматическая обыкновенная со скругленными торцами (ГОСТ 23360-78), воспринимает давление боковыми узкими гранями; в – призматическая направляющая врезная с креплением на валу (ГОСТ 8790-79), допускает перемещение сопряженной детали вдоль оси вала; г – сегментная (ГОСТ 24071-80) работает подобно призматической обыкновенной; д – круглая цилиндрическая и коническая (не стандартизированы).

а)

б)

в)

г)

д)

Рис. 5.1. Шпоночные соединения

5.2. Зубчатые (шлицевые) соединения

Шлицевое соединение можно условно представить как многошпоночное, у которого шпонки выполнены заодно с валом. Оно служит для передачи крутящего момента. С помощью этого соединения можно обеспечить как подвижное (с осевым относительным перемещением), так и неподвижное скрепление деталей. Основные типы шлицевых соединений (рис. 5.2): а – прямобочные (ГОСТ 1139-80); б – эвольвентные (ГОСТ 6033-80), в – треугольные (изготовляются по нормалям).

Достоинствами шлицевого соединения являются лучшая центровка деталей на шлицевых валах и более высокая прочность шлицевых валов по сравнению со шпоночными. Недостатками являются большая сложность изготовления шлицевого соединения по сравнению со шпоночным.

а) б) в)

Рис. 5.2. Шлицевые соединения

5.3. Клиновые и штифтовые соединения

Конструкции. Типичное клиновое соединение (рис. 5.3) состоит из муфты, штока и клина. Оно может передавать одностороннюю (а) и двустороннюю (б) осевую нагрузку.

Преимуществами клиновых соединений являются простота конструкции, удобство и быстрота сборки и разборки узла. Недостатки: ослабление основных деталей прорезями для установки клина и нетехнологичность конструкции.

а)

б)

Рис. 5.3. Клиновое соединение

В машиностроении и приборостроении широко распространены штифтовые соединения (рис. 5.4). Соединяемые детали при этом сопрягаются по переходным посадкам. Они используются для передачи осевой нагрузки или крутящего момента, а также для обеспечения точного взаимного расположения соединяемых деталей.

Рис. 5.4. Штифтовое соединение

5.4. Задачи для самостоятельного решения

Задание 1

Подобрать и проверить на прочность призматическую шпонку для крепления червячного колеса ре­дуктора, рассчитанного для передачи вращающего момента Т=2 кН*м. Колесо установлено на валу диаметром d = 90 мм; длина ступицы колеса = 100 мм (рис. 5.5). Материал шпонки — сталь 45, материал ступицы колеса — Ст5. Допуска­емое напряжение смятия [ ] = 150 МПа.

Рис. 5.5

Задание 2

Определить окружную силу на колесе, при которой происходит срезание сегментной шпонки, крепящей зубчатое колесо на валу диаметром d = 35 мм (рис. 5.6). Материал шпонки — сталь Ст5, диаметр начальной окружности колеса = 170 мм.

Рис. 5.6

Задание 3

Определить диаметр цилиндрического штифта крепления шестерни на валу (рис. 5.7). Диаметр вала d = 50 мм, вращающий момент Т = 160 Н * м, материал штифта — сталь А12.

Рис. 5.7

Задание 4

Подобрать и проверить на прочность призматическую шпонку для крепления червячного колеса ре­дуктора, рассчитанного для передачи вращающего момента Т=1000 Н*м. Колесо установлено на валу диаметром d = 50 мм; длина ступицы колеса = 70 мм (рис. 5.8). Материал шпонки — сталь 45, материал ступицы колеса — сталь 45. Допуска­емое напряжение смятия [ ] = 150 МПа.

Рис. 5.8

Задание 5

Определить окружную силу на колесе, при которой происходит срезание сегментной шпонки, крепящей зубчатое колесо на валу диаметром d = 30 мм (рис. 5.9). Материал шпонки — сталь Ст5, диаметр начальной окружности колеса = 100 мм.

Рис. 5.9

Задание 6

Определить диаметр цилиндрического штифта крепления шестерни на валу (рис. 5.10). Диаметр вала d = 70 мм, вращающий момент Т = 180 Н * м, материал штифта — сталь 45.

Рис. 5.10

Задание 7

Подобрать и проверить на прочность призматическую шпонку для крепления червячного колеса ре­дуктора, рассчитанного для передачи вращающего момента Т=2 кН*м. Колесо установлено на валу диаметром d = 100 мм; длина ступицы колеса = 120 мм (рис. 5.11). Материал шпонки — сталь 50, материал ступицы колеса — Ст5. Допуска­емое напряжение смятия [ ] = 150 МПа.

Рис. 5.11

Задание 8

Определить окружную силу на колесе, при которой происходит срезание сегментной шпонки, крепящей зубчатое колесо на валу диаметром d = 40 мм (рис. 5.12). Материал шпонки — Сталь 45, диаметр начальной окружности колеса = 190 мм.

Рис. 5.12

Задание 9

Определить диаметр цилиндрического штифта крепления шестерни на валу (рис. 5.13). Диаметр вала d = 25 мм, вращающий момент Т = 80 Н * м, материал штифта — сталь А12.

Рис. 5.13

Задание 10

Подобрать и проверить на прочность призматическую шпонку для крепления червячного колеса ре­дуктора, рассчитанного для передачи вращающего момента Т=900 Н*м. Колесо установлено на валу диаметром d = 60 мм; длина ступицы колеса = 80 мм (рис. 5.14). Материал шпонки — Cт4 , материал ступицы колеса — сталь 50. Допуска­емое напряжение смятия [ ] = 150 МПа.

Рис. 5.14

Задание 11

Определить окружную силу на колесе, при которой происходит срезание сегментной шпонки, крепящей зубчатое колесо на валу диаметром d = 54 мм (рис. 5.15). Материал шпонки — Сталь 50, диаметр начальной окружности колеса = 200 мм.

Рис. 5.15

Задание 12

Определить диаметр цилиндрического штифта крепления шестерни на валу (рис. 5.16). Диаметр вала d = 50 мм, вращающий момент Т = 150 Н * м, материал штифта — сталь А12.

Рис. 5.16

Задание 13

Подобрать и проверить на прочность призматическую шпонку для крепления червячного колеса ре­дуктора, рассчитанного для передачи вращающего момента Т=1,7 кН*м. Колесо установлено на валу диаметром d = 75 мм; длина ступицы колеса = 100 мм (рис. 5.17). Материал шпонки — сталь 55, материал ступицы колеса — Ст6. Допуска­емое напряжение смятия [ ] = 150 МПа.

Рис. 5.17

Задание 14

Определить окружную силу на колесе, при которой происходит срезание сегментной шпонки, крепящей зубчатое колесо на валу диаметром d = 60 мм (рис. 5.18). Материал шпонки — сталь Ст5, диаметр начальной окружности колеса = 210 мм.