Лабораторные работы

 

 

Главная

Лабораторная работа

Шпоночные соединения

 

1. Цель работы

Изучение конструкций шпоночных соединений, подбор и расчет их на прочность.

 

2. Оборудование и инструмент

1) Набор призматических, сегментных и клиновых шпонок.

2) Штангенциркуль.

 

3. Содержание работы

Ознакомление с основными типами шпонок, их назначением, достоинствами и недостатками. Вычерчивание шпоночных соединений и отдельных шпонок с указанием геометрических параметров. Выполнение расчетов на прочность различных шпоночных соединений. Выполнение записи условного обозначения рассчитанных шпонок по ГОСТам.

 

4. Основные понятия и расчетные зависимости

Шпоночные соединения служат для закрепления деталей на валах и осях и предназначены для передачи крутящего момента.

Все шпоночные соединения можно разделить на две группы: напряженные и ненапряженные. К первой группе относятся клиновые шпонки. Ко второй – призматические и сегментные. Размеры шпонок и допуски на них стандартизованы.

 

4.1. Соединения клиновыми шпонками

Передача крутящего момента клиновыми шпонками (ГОСТ 8791) (см. рисунок 1)  производятся за счет сил трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки, создавая, таким образом, напряжения до приложения рабочей нагрузки.

Паз в  ступице  обрабатывается  с  уклоном,  равным  уклону  шпонки (1:100), что часто требует индивидуальной пригонки шпонки по пазу. Кроме того, клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали, при котором ее торцевая плоскость не будет перпендикулярна к оси вала.

Эти недостатки послужили причиной резкого сокращения применения клиновых шпонок в условиях современного производства.

Рабочие поверхности шпонки испытывают напряжения смятия и рассчитываются по условию прочности

где T – крутящий момент, передаваемый шпонкой, Нмм; b – ширина шпонки, мм; l – рабочая длина шпонки, мм; f – 0,13…0,18 – коэффициент трения скольжения; d– диаметр вала, мм;  - допускаемое напряжение смятия материала шпонки, МПа.

Рис. 1. Соединение клиновой шпонкой

 

4.2. Соединения призматическими шпонками

Соединение призматическими шпонками (см. рисунок 2) ненапряженное и требует изготовления вала и отверстий в ступице с большей точностью. Крутящий момент передается боковыми гранями шпонки. При этом на них возникают напряжения смятия , а в продольном сечении шпонки напряжения среза .

Напряжения определяются по следующим условиям прочности

где T – передаваемый крутящий момент, Нмм;

h и b – высота и ширина шпонки, мм,  выбираемые по ГОСТ 8788 в зависимости от диаметра вала  d, мм;

z количество шпонок, шт;

lp – рабочая длина шпонки, которая определяется от исполнения шпонки, мм;

,  - допускаемые напряжения смятия и среза материала шпонки, МПа.

Рис.2. Соединение призматической шпонкой

 

Шпонки имеют три исполнения: шпонки со скругленными торцами и шпонки с плоскими торцами (см. рисунок 2).

 

4.3. Соединение сегментными шпонками

Принцип работы сегментных шпонок (см. рисунок 3) аналогичен работе призматических шпонок. Глубокая посадка шпонки в вал обеспечивает более устойчивое положение, чем у призматической шпонки. Шпоночный паз для сегментных шпонок фрезеруют специальной фрезой, соответствующей размеру шпонки.

Однако глубокий паз значительно ослабляет вал.

Сегментные шпонки рассчитывают так же, как и призматические из условия прочности на смятие и на срез

где k – возвышение шпонки над валом, k=h-t, мм; t – глубина шпоночного паза на валу, мм.

Рис. 3. Соединение сегментной шпонкой

 

5. Материал шпонок и допускаемые напряжения

Шпонки изготавливаются из чистостянутых прутков из углеродистых сталей по ГОСТ 1050 с пределом прочности не ниже , реже легированных сталей  40Х,  45Х  по  ГОСТ 4543

Величина допускаемых напряжений зависит от режима работы, прочности материала вала и втулки, типа посадки втулки на вал (см. таблицу 1).

 

Таблица 1. Величины допускаемых напряжений

Соединение

Материал

Нагрузка

Спокойная

Слабые толчки

Ударная

Напряжение смятия  , МПа

Неподвижное

Сталь

150

120

90

Чугун

80

53

27

Подвижное

Сталь

50

40

30

Неподвижное,

подвижное

Напряжение среза , МПа

Сталь

90

72

54

 

6. Порядок выполнения работы

1) Изучить основные типы шпоночных соединений.

2) Ознакомиться с конструкциями шпонок, имеющихся в лаборатории.

3) Вычертить основные схемы шпоночных соединений и эскизы представленных шпонок в двух проекциях с указанием всех размеров.

4) По указанию преподавателя провести прочностной расчет шпоночных соединений.

5) Записать условные обозначения рассчитанных шпонок по ГОСТам.

6) Оформить отчет о лабораторной работе.

 

7. Задания для расчета шпоночных соединений

7.1. Соединение призматической шпонкой

Для соединения зубчатого колеса с валом редуктора (см. рисунок 4) выбрать призматическую шпонку и определить ее длину из условия прочности по напряжениям смятия и среза исходя из данных, приведенных в таблице 2.

 

Таблица 2. Варианты для расчета призматических шпонок

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Крутящий момент,

Т,  Нм

150

260

175

300

200

225

475

600

215

250

Диаметр вала, d, мм

30

40

32

42

36

38

60

70

35

50

Характер нагрузки

спокойная

слабые толчки

ударная

Материал колеса

чугун

сталь

чугун

Сталь

чугун

 

Рис. 4. Соединение вала с колесом призматической шпонкой

 

7.2. Соединение сегментной шпонкой

Втулочная муфта соединяет два вала при помощи сегментных шпонок (см. рисунок 5). Подобрать сегментные шпонки и проверить соединения на смятие и на срез. Крутящий момент определить из условия прочности вала на кручение из данных, приведенных в таблице 3.

Таблица 3. Варианты для расчета сегментных шпонок

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Диаметр вала, d, мм

15

20

25

30

35

40

17

22

28

36

Допускаемое напряжение, , Н/мм2

20

25

30

35

20

25

30

35

20

25

 

Рис. 5. Соединение валов с муфтой сегментными шпонками

 

7.3. Соединение клиновой шпонкой

Для вала диаметра d (см. рисунок 1) подобрать размеры клиновой и призматической шпонок. Определить, какой момент может передать каждая из этих шпонок, приняв длину шпонок  l=1,5d, коэффициент трения f=0,2. Вычертить в масштабе  1:1  поперечные и продольные разрезы вала со шпонками и записать их условные обозначения по ГОСТам. Исходные данные приведены в таблице 4.

 

Таблица 4. Варианты для расчета клиновых и призматических шпонок

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Диаметр вала, d, мм

30

40

50

60

70

35

45

55

65

75

Характер нагрузки

спокойная

слабые толчки

ударная

спокойная

слабые толчки

 

8. Список использованных источников

1) Иванов М.Н. Детали машин. Учебник для вузов / М.Н. Иванов, В.А.Финогенов. - М.: Высшая школа, 1984.- 408 с.

2) Решетов Д.Н. Детали машин. Учебник для вузов / Д.Н. Решетов. - М.: Машиностроение, 1975.- 656 с.

3) Гузенков П.Г. Детали машин. Учебник для вузов / П.Г. Гузенков.- М.: Высшая школа, 1986.- 395 с.

 

Приложение А (справочное)

Шпонки клиновые врезные

Схему клиновой шпонки см. на рисунке 1.

 

Таблица А.1. Размеры сечения шпонок и пазов по  ГОСТ 8791,

Размеры в мм

Диаметр вала, d

(от-до)

Сечение шпонки

Глубина паза

Длина шпонки l

(от-до)

b

h

Вала t

Втулки t1

от 10 до 14

4

4

2,5

1,5

15-50

св. 14-18

5

5

3

2

15-50

св. 18-24

6

6

3,5

2,5

20-60

св. 24-30

8

7

4

3

25-80

св.  30-36

10

8

4,5

3,5

35-90

св. 36-42

12

8

4,5

3,5

35-100

св. 42-48

14

9

5

5

40-140

св. 48-55

16

10

5

5

45-160

св. 55-65

18

11

5,5

5,5

50-180

св. 65-78

20

12

6

6

70-220

св. 78-90

14

14

7

7

90-260

св. 90-105

28

16

8

8

100-300

Примечание: Длины шпонок назначаются в указанных приделах по конструктивным соображениям кратные 10 мм.

 

Приложение Б (справочное)

Шпонки призматические

Схему призматической шпонки см. на рисунке 2.

 

Таблица Б.1. Размеры шпонок и пазов по  ГОСТ 8788,

Размеры в мм

Диаметр вала,

d

Размеры сечения шпонок

Глубина паза

Ширина, b

Высота, h

Вал, t

Втулка, t1

от 6 до 8

2

2

1,2

1,0

св.  8-10

3

3

1,8

1,4

св. 10-12

4

4

2,5

1,8

св. 12-17

5

5

3

2,3

св. 17-22

6

6

3,5

2,8

св. 22-30

8

7

4

3,3

св. 30-38

10

8

5

3,3

св. 38-44

12

8

5

3,3

св. 44-50

14

9

5,5

3,8

св. 50-58

16

10

6

4,3

св. 58-65

18

11

7

4,4

св. 65-75

20

12

7,5

4,9

св. 75-85

22

14

9

5,4

св. 85-95

25

14

9

5,4

св. 95-110

28

16

10

6,4

Примечание: Длины призматических шпонок выбирают из ряда (по ГОСТ 8789): 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40;

45; 50;  56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250; 280; 320.


email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

 

 

 

 

Рейтинг@Mail.ru Каталог-Молдова - Ranker, Statistics

Directrix.ru - рейтинг, каталог сайтов