Расчет шпоночных и шлицевых соединений. Практическое занятие №4

1. Практическое занятие №4 Расчет шпоночных и шлицевых соединений

Калужский филиал
ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический
университет им. Н.Э. Баумана»
Практическое занятие №4
Расчет шпоночных и шлицевых
соединений

2.

РАСЧЕТ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЕЙ
Призматическая шпонка
Расчет на смятие
Ft
2T
см
см
Aсм d k l р
Расчет на срез
Ft
2T
ср
ср
Aср d b l р
где T – крутящий момент,
d – диаметр вала,
h – высота шпонки,
k =h-t1 – глубина врезания шпонки в ступицу,
t1 -глубина паза на валу,
lр – рабочая длина шпонки,
b – ширина шпонки

3.

ПАРАМЕТРЫ ПРИЗМАТИЧЕСКИХ ШПОНОК
Таблица 1 (ГОСТ 23360-78)
Длину шпонки выбирают в указанных пределах из ряда:
14,16,18,20,22,25,28,32,36,40,45,50,56,63,70,80,90,100,125,140,160…

4.

ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента
(ГОСТ 8787-68 и 8786-68) среднеуглеродистой чистотянутой стали:
Ст5, Ст 6, 45, 50, 55, 60.
Допускаемые напряжения на смятие:
При изготовлении шпонок из стали по ГОСТ 8787 — 68 принимают
• [σсм] =80...150 МПа (меньшее значение для ступиц из чугуна и
алюминиевых сплавов).
• [σсм] = 20 МПа - для ступиц из текстолита и древеснослоистых
полимеров
Для редукторов при изготовлении шпонок из стали 45 принимают:
• [σсм] = 50...70 МПа - при непрерывном использовании редукторов с
полной нагрузкой;
• [σсм] = 130...180 МПа – при среднем режиме использования
редукторов;
• [σсм] = 260 МПа – при предельных статических перегрузках.
Допускаемые напряжения на срез 60…90 МПа.

5.

Задача 1
Цилиндрическое зубчатое колесо закреплено на
валу призматической шпонкой. Подберите и
проверьте шпонку на прочность при следующих
условиях:
Крутящий момент Т= 400 Нм
Диаметр вала d=45мм.
Материал соединяемых деталей сталь-сталь.
Материал шпонки Ст5. [ ]см=130МПа, [ ]ср=80МПа.
ПРИМЕЧАНИЕ:
1. По конструктивным особенностям выбирают вид шпонки для
шпоночного соединения.
2. По диаметру вала по ГОСТ назначают размеры шпонки b и h.
Длина шпонки не определена (таблица 1 или 2).
3. По напряжениям смятия определяют расчетную длину шпонки, так
как размеры сечения шпонок по ГОСТ подобраны таким образом, что
если шпонка выдерживает смятие, то она выдерживает и срез.
4. При необходимости определяют полную длину шпонки (для
призматической шпонки Исполнение 1 и 2) и округляют в большую
сторону до ближайшего стандартного значения. При округлении
обращают внимание на размер ступицы.

6.

РАСЧЕТ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЕЙ
Сегментная шпонка
Расчет на смятие
Расчет на срез
Ft
2Т
см
см
Aсм z k l d
Ft
2T
ср
ср .
Aср z b l d
где Т – крутящий момент;
z – число шпонок; d – диаметр вала;
k – высота выступающей части шпонки;
l – длина шпонки; b – ширина шпонки.

7.

ПАРАМЕТРЫ ПРИЗМАТИЧЕСКИХ ШПОНОК
Таблица 2 (ГОСТ 24071-97)

8.

Задача 2 (ТДЗ шпонки)
Чугунный шкив клиноременной
передачи соединен с валом
сегментной шпонкой. Подберите
шпонку и проверьте ее на прочность,
при следующих условиях:
Усилие натяжения ремня F*
Диаметр вала d*,
Диаметр шкива D*.
Материал шпонки Ст6:
[ ]см=150МПа, [ ]ср=90МПа.
ПРИМЕЧАНИЕ:
1. * Исходные данные по группам
см. прилагаемый файл.
2. В случае недостаточной
прочности рекомендуется заменять
сегментную шпонку на
призматическую.

9.

ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

10.

УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
2T
см
см ,
z dср h l
где Т - крутящий момент на валу;
Ψ=0,75 - коэффициент неравномерности распределения нагрузки;
z - число зубьев (выбирают в
зависимости от d );
h - высота поверхности контакта
зубьев;
l - рабочая длина зубьев;
dcp - средний диаметр соединения;
Для прямобочных
шлицев
Для эвольвентных
шлицев
Для треугольных
шлицев
h 0,5 D d 2 f
h m
d ср D 1,1m
dср d mz
d ср 0,5 D d
где f - величина фаски зуба,
D – наружный диаметр зубьев вала,
d – внутренний диаметр зубьев втулки (ступицы),
m – модуль зубьев,
Θ=1,0 при центрировании по боковым поверхностям,
Θ=0,9 при центрировании по наружному диаметру.
h 0,5 D d

11.

Параметры прямобочных шлицев
Таблица 3 (ГОСТ 1139-80)

12.

Продолжение таблицы 3

13.

Задача 3
Подобрать и проверить на прочность подвижное шлицевое
соединение вала коробки передач при следующих условиях:
Крутящий момент Т= 400 Нм
Длина ступицы 55мм.
Условия эксплуатации средние, перемещение втулки без нагрузки,
центрирование по наружному диаметру, [ ]см=45 МПа
Расчет провести для 2-х вариантов:
1. Шлицевое прямобочное соединение, диаметр вала d=28мм.
2. ТДЗ шлицы: Эвольвентное шлицевое соединение, исходные
данные по группам см. прилагаемый файл

14. Дополнительный справочный материал

Калужский филиал
ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический
университет им. Н.Э. Баумана»
Дополнительный справочный материал