Соединения с сегментными шпонками
Сегментную шпонку получают отрезая от круглого прутка диаметром D диск толщиной b, который затем разрезают на два равных сегмента. При этом высота шпонки h ≈ 0,4D длина l ≈ D (рис. 49, а).
Паз на валу выполняют дисковой фрезой, в ступице — протяжкой или долбяком (рис. 49, б). Такой способ изготовления обеспечивает легкость установки и удаления шпонки, взаимозаменяемость сопряжения. Ручная подгонка обычно не требуется. Шпонка в пазу вала самоустанавливается, не требует дополнительного крепления к валу.
Сегментные шпонки широко применяют в массовом и крупносерийном производстве. Вследствие указанных достоинств область их применения расширяется и на серийное и мелкосерийное производство.
Рис.49.
Недостатком соединения является ослабление сечения вала глубоким пазом, снижающим сопротивление усталости вала. Поэтому сегментные шпонки применяют при передаче относительно небольших вращающих моментов и при установке деталей на малонагруженных участках вала (например, на концах валов).
Шпонки проверяют на прочность по напряжениям смятия σсм и среза τср по формулам, приведенным для призматических шпонок. При этом lр ≈ l.
Материалы шпонок и выбор допускаемых напряжений
Материалом шпонок служат среднеуглеродистые стали с временным сопротивлением σв ≥ 600 МПа (например, стали марок Ст6, 45, 50). Значения допускаемых напряжений выбирают в зависимости от характера нагрузки, условий работы соединения (табл.9.1).
Табл. 9.1
Выбор допускаемых напряжений [σ]см для шпоночных соединений (вал стальной)
| Тип соединения, материал ступицы | МПа |
| Неподвижное, стальная ступица | 130… 200 |
| Неподвижное, ступица из чугуна или стального литья | 80...110 |
| Подвижное без нагрузки, стальная ступица | 20... 40 |
Большие значения принимают при постоянной нагрузке, меньшие - при переменной и работе с ударами.
При реверсивной нагрузке [σ]см снижают в 1,5 раза. Допускаемое напряжение на срез шпонок [τ]ср = 70 ... 100 МПа. Большее значение принимают при постоянной нагрузке.
Шлицевые соединения
Шлицевое соединение образуют выступы (зубья) на валу (рис. 50), входящие в соответствующие впадины (шлицы) в ступице. Рабочими поверхностями являются боковые стороны выступов. Выступы на валу выполняют фрезерованием, строганием или накатыванием в холодном состоянии профильными роликами по методу продольной накатки. Впадины в отверстии ступицы изготовляют протягиванием или долблением.
Рис. 50.
Шлицевое соединение представляет собой фактически многошпоночное соединение, у которого шпонки выполнены как одно целое с валом.
Назначение шлицевых соединений - передача вращающего момента между валом и ступицей.
Шлицевые соединения стандартизованы и широко распространены в машиностроении.
Достоинства шлицевых соединений по сравнению со шпоночными:
1. Способность точно центрировать соединяемые детали или точно выдерживать направление при их относительном осевом перемещении.
2. Меньшее число деталей соединения (шлицевое соединение образуют две детали, шпоночное - три).
3. Большая несущая способность вследствие большей суммарной площади контакта.
4. Взаимозаменяемость (нет необходимости в ручной пригонке).
5. Большее сопротивление усталости вследствие меньшей глубины впадины и меньшей поэтому концентрации напряжений, особенно для эвольвентных шлицев.
Недостатки - более сложная технология изготовления, а следовательно, более высокая стоимость. Шлицевые соединения различают:
- по характеру соединения - неподвижные для закрепления детали на валу; подвижные, допускающие перемещение вдоль вала (например, блока шестерен коробки передач; шпинделя сверлильного станка);
- по форме выступов - прямобочные, эвольвентные, треугольные.
Центрирование (обеспечение совпадения геометрических осей) соединяемых деталей выполняют по наружному D, внутреннему d диаметрам или боковым поверхностям b выступов. Выбор способа центрирования зависит от требований к точности центрирования, от твердости ступицы и вала. Первые два способа обеспечивают наиболее точное центрирование.
Соединения с треугольным профилем (рис. 51) изготовляют по отраслевым нормалям. Применяют в неподвижных соединениях. Имеют большое число мелких выступов-зубьев (z = 15 ... 70; m = 0,5 ... 1,5). Угол β профиля зуба ступицы составляет 30, 36 или 45°. Применяют центрирование только по боковым поверхностям, точность центрирования невысокая.
Рис. 51.
Выступы выполняют как на цилиндрических, так и на конических поверхностях. Параметры соединения записывают через модуль m:
dm = mz; h ≈ 1,3m.
Применяют для передачи небольших вращающих моментов тонкостенными ступицами, пустотелыми валами, а также в соединениях торсионных валов, стальных валов со ступицами из легких сплавов, в приводах управления (например, привод стеклоочистителя автомобиля).
Соединения с треугольным профилем применяют также при необходимости малых относительных регулировочных поворотов деталей. Если для деталей, требующих относительной угловой регулировки, применить два соединения с числами зубьев z и (z + 1), то детали можно повернуть одну относительно другой на минимальный угол, равный 1/[z(z + 1)] рад. Например, если число зубьев ζ = 70, то минимальный угол поворота равен 1/4970 рад (0,0115° или 0,69').
Шлицевые валы и ступицы изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей с временным сопротивлением σв > 500 МПа.