Профильными называют соединения, в
которых ступица (втулка) насаживается
на фасонную поверхность вала и таким
образом обеспечивается передача
вращения. На рис. 33.5 в качестве примера
показано соединение на квадрате со
скругленными углами (для снижения
концентрации напряжений), применяют
также соединения эллиптического и
треугольного сечений.
По сравнению со шпоночными
и шлицевыми эти соединения имеют
небольшую концентрацию напряжений и
более высокую точность центрирования.
Однако сложность изготовления
ограничивает области применения
соединений.
Расчет соединений. Профильные соединения
рассчитывают на смятие. Условие прочности
по допускаемым напряжениям для соединения,
показанного на рис. 33.5, имеет обычный
вид
(33.3)
где l
— длина соединения, обычно l
= (1 / 2)d;
b
— ширина прямолинейной
части грани (см. рис. 33.5); [σсм]
— допускаемое напряжение смятия, [σсм]
= 100/140 МПа для термообработанных
поверхностей.
§ 4. Штифтовые соединения
Штифтовые соединения (рис. 33.6) применяют
при небольших нагрузках преимущественно
в приборостроении. Детали соединяются
при этом по переходным посадкам.
Для исключения выпадания в процессе
работы используют штифты с насеченными
канавками, штифты вальцованные, штифты
резьбовые (рис. 33.7). Часто для этих же
целей производят разведение или
раскернивание концов штифтов.
Основные типы штифтов стандартизованы.
Их изготовляют из углеродистых сталей
30, 45, 50 и др.
По характеру работы штифтовое соединение
подобно заклепочному соединению
(работает на срез и смятие). Для расчета
соединения используют те же зависимости.
Условие прочности при срезе штифта
(рис. 33.8)
а условие прочности по смятию
где Ft
— срезающее усилие
(осевое или окружное); i
— число поверхностей
среза; Ас
— площадь штифта при
срезе, Ас
= = nd2/4;
Асм
— площадь поверхности
смятия (сжатия); Асм
= = d(D
— d1);
[τ
с]- допускаемое
напряжение при срезе, обычно [τ
с]= 70/80 МПа; [σсм]
—допускаемое напряжение при смятии;
[σсм]
= 2004-300 МПа.
Срезающее усилие при передаче
вращающего момента
Пример
1.
Подобрать сегментные шпонки для втулочной
муфты, соединяющей два вала (рис. 33.9).
Материал муфты и валов — сталь 45, шпонки
— сталь Ст6. Передаваемый момент при
среднем режиме использования Т=
100
Н
•
м
(диаметр
вала 35 мм).
Решение.
1.
По ГОСТ 24071 — 80 для вала d
= 35
мм выбираем шпонку сегментную размерами:
6 = 6 мм, h
=
10 мм, d1
=
25 мм, l
=
24,5 мм (шпонка сегментная 6 х 10), t1
=
7,5 мм.
Определяем
напряжения смятия по формуле (33.1):
Пример
2.
Определить наибольший вращающий момент,
который может передать колесо без среза
штифта (рис. 33.10), при d
=
10 мм,
l
= 50 мм, dB
= 40
мм, [τс]
= 80 МПа. Решение.
Допускаемый
вращающий момент
Глава 34
ПРУЖИНЫ И РЕЗИНОВЫЕ УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
§ 1. ТИПЫ ПРУЖИН
Пружины относятся к числу наиболее
распространенных упругих элементов
конструкций и применяются в качестве
виброизолирующих, амортизирующих,
возвратно-подающих, натяжных,
динамометрических и других устройств.
По виду воспринимаемой внешней нагрузки
различают пружины растяжения, сжатия,
кручения и изгиба.
В зависимости от требований
и особенностей конструкции применяют:
а) витые пружины [цилиндрические
— растяжения (рис. 34.1, а), сжатия (рис.
34.1,6) и кручения (рис. 34.1, в); фасонные
— сжатия (рис. 34.1, г —
е)].
б) специальные пружины
[тарельчатые и кольцевые (рис. 34.2, а,
б) — сжатия, листовые
и рессоры (рис. 34.2, в) — изгиба, спиральные
(рис. 34.2, г) — кручения
и др.].
В машиностроении наиболее распространены
витые цилиндрические пружины из
проволоки круглого сечения.
Пружины растяжения (см.
рис. 34.1, а) обычно
навивают без просветов между витками,
а в большинстве случаев — с начальным
натяжением (давлением) между витками,
компенсирующим частично внешнюю
нагрузку.
Натяжение обычно составляет
(0,25 — 0,3) Fnp,
где Fnp
— предельное усилие для пружины, при
котором полностью исчерпываются упругие
свойства материала.
Внешнюю нагрузку такие
пружины воспринимают обычно последними
отогнутыми витками (рис. 34.3, а
— в) — для пружин
диаметром до 3 — 4 мм. Такие витки имеют
высокую концентрацию напряжений в
местах отгиба и пониженное сопротивление
усталости.
Для ответственных пружин
диаметром свыше 4 мм часто применяют
зацепы (рис. 34.3, г —
е).
Пружины сжатия (см. рис. 34.1, б) навивают
с просветом между витками, который
должен на 10 — 20% превышать осевые
упругие перемещения каждого витка при
наибольшей внешней нагрузке.
Для создания опорных
плоскостей последние витки пружин
сжатия поджимаются к соседним и
сошлифовываются перпендикулярно
оси (рис. 34.4).
Соосность пружин с сопрягаемыми деталями
достигается установкой опорных
витков в специальные тарелки, расточки
в корпусе, канавки (рис. 34.5).
Длинные пружины под нагрузкой
могут терять устойчивость (выпучиваться).
Такие пружины обычно ставят на специальные
оправки (рис. 34.6, а) или
в стаканы (рис. 34.6, б).
Концентрические
пружины в ряде конструкций также
разделяют стаканами (рис. 34.6, в).
Пружины кручения (см. рис. 34.1, е)
навивают обычно с малым углом подъема
и небольшими зазорами между витками
(0,5 мм). Внешнюю нагрузку они воспринимают
с помощью отогнутых концевых витков.
Пружины характеризуются
следующими основными параметрами
(см. рис. 34.4): 1) диаметром проволоки d
или размерами сечения;
2) средним диаметром Do;
3) индексом с
= D0/d;
4) числом рабочих
витков n;
5) длиной рабочей части Hо;
6) шагом витков t
= Н0/п;
7) углом подъема
витков α = arctg
.
Последние три параметра рассматривают
в ненагруженном и нагруженном состояниях.
Индекс пружины характеризует кривизну
витка. Пружины с индексом с < 3
применять не рекомендуется из-за высокой
концентрации напряжений в витках.
Обычно индекс пружины выбирают в
зависимости от диаметра проволоки в
следующих пределах:
d,
мм….. до
2,5
3-5
6-12
с…… 5-12
4-10
4-9
Материалы. Витые пружины изготовляют
навивкой холодным или горячим
способом, далее производят отделку
торцов, термическую обработку и контроль.
Основными материалами для пружин
являются высокоуглеродистые стали
65, 70, марганцовистая сталь 65Г, кремнистая
сталь 60С2А, хромованадиевая сталь
50ХФА и др.
Пружины, работающие в химически активной
среде, изготовляют из цветных сплавов.
Для защиты поверхности витков от
окисления пружины ответственного
назначения покрывают лаком или
промасливают, а пружины особо
ответственного назначения оксидируют,
а также наносят цинковое или кадмиевое
покрытия.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Штифты и штифтовые соединения состоят из деталей, соединяемых с применением штифтов.
Штифтовые соединения применяют для фиксации взаимного положения деталей (рис. 1; а, б, в, г), при передаче сравнительно небольших вращающих моментов (рис. 1; д, е). В качестве распространенного примера можно привести фиксацию двумя коническими штифтами взаимного положения корпуса и крышки редуктора (рис. 1, б), чем обеспечивается сохранение их взаимного положения при совместной механической обработке, сборке и разборке редуктора.
Рис. 1. Штифтовые соединения
Достоинства штифтовых соединений: их простота, технологичность и низкая стоимость. Недостаток некоторых штифтовых соединений – ослабление сечения вала отверстием и связанная с этим концентрация напряжений.
Основные типы стандартных штифтов представлены на рис. 1.
Кроме приведенных конструкций имеется много других штифтов, которые находят применение в машиностроении. К ним относятся: конический и цилиндрический с насечкой на наружной поверхности, пружинный, штифты цилиндрические и конические с внутренней резьбой (резьба на штифтах служит либо для их закрепления, либо для извлечения из отверстия при разборке); штифты конические разводные, штифты цилиндрические закаленные и штифты цилиндрические заклепочные (эти штифты с канавками, и их применяют вместо гвоздей или шурупов и др.).
Цилиндрические штифты обычно ставят на рабочее место с гарантированным натягом K7/m6 или по переходной посадке Н7/m6, а в движущихся соединениях – с расклепыванием концов (рис. 1, д).
Твердость незакаленных штифтов – не менее 145 НВ и закаленных – 58…62 HRC.
Конические штифты выполняют с конусностью 1:50, обеспечивающей их самоторможение. Обыкновенные конические штифты (рис. 1, б) ставят при сквозных отверстиях, когда их можно выбивать с противоположной стороны. При глухих отверстиях ставят конические штифты с резьбой для вытаскивания (рис. 1, в). Конические с резьбой на конце (рис. 1, г) и разводные штифты ставят в соединениях, испытывающих динамические нагрузки, толчки и удары, а также в соединениях, движущихся с большой скоростью. После установки разводных штифтов на рабочее место концы их слегка разводят.
Штифты изготовляют из стали Ст4, Ст5, Сталь 35, 40 и 45. Просечные штифты рекомендуется изготовлять из пружинной стали (сталь 65Г). При необходимости применяют штифты с термообработкой 45..65 HRC. Шероховатость посадочной поверхности Ra = 0,8…0,4 мкм. Для соединения пластмассовых деталей применяют штифты из пластмасс.
1. Расчет конического штифта на прочность
Диаметр установочного штифта принимают конструктивно. Диаметр крепежного штифта определяют из расчета штифта на срез.
Рис. 2. Схема сил для расчета конического штифта
Средний диаметр штифта dш определяют из условия прочности на срез по двум плоскостям среза (рис. 2):
площадь среза –
окружное усилие –
где Т – вращающий момент.
Диаметр штифта:
При действии на штифт силы F, перпендикулярной его оси, условие прочности на срез:
Допускаемое напряжение на срез для штифта, изготовленного из стали указанных марок, [τср] = 35…75 МПа; меньшие значения – при нагрузке с толчками и ударами.
2. Цилиндрический штифт-шпонка
Диаметральное сечение штифта проверяется на срез, боковая поверхность – на смятие (рис. 3).
Рис. 3. Схема сил, действующих на цилиндрический штифт-шпонку
Площадь смятия:
окружное усилие:
прочность штифта на смятие:
площадь среза:
прочность штифта на срез:
момент, передаваемый соединением:
Допускаемые напряжения в зависимости от прочности материалов вала и ступицы и от режима работы выбирают в пределах [σсм] = 60…150 МПа (меньшие значения выбирают для чугунных ступиц и при неравномерной и ударной нагрузке, а большие – для стальных ступиц).
3. Расчет цилиндрического штифта на прочность
Под действием сил F штифт испытывает напряжения среза (рис. 4).
Рис. 4. Схема сил для расчета нагрузки на цилиндрический штифт
Площадь среза:
прочность штифта на срез:
диаметр штифта:
Срез и смятие. Основные формулы для расчетов. Условия прочности.
Срез и смятие. Основные формулы для расчетов. Условия прочности.
Срез
Срез — разрушение соединительных деталей под действием поперечных нагрузок (т.е. перпендикулярных осям этих деталей).
Например, разрушение штифта может произойти при штифтовом соединении двух деталей, которые нагружены двумя противоположно направленными силами. Вместо штифта может быть шпонка, болт, шпилька, заклепка.
Допущения при расчете на срез:
— в поперечном сечении детали, где может быть срез, возникает только поперечная сила Q
— касательные напряжения распределены по поперечному сечению равномерно
— при соединении несколькими одинаковыми деталями – все они нагружены одинаково
Условие прочности при расчете на срез:
— расчетное напряжение среза
Q = F/i – поперечная сила в сечении
i – число соединительных деталей (например, число заклепок)
Aср – площадь поперечного сечения срезаемой детали (заклепки)
— допускаемое напряжение
Три вида расчетов на срез:
— проверочный
— проектировочный – определение числа соединительных деталей или размеров деталей
— определение допускаемой нагрузки
Смятие
Смятие – разрушение от давления между поверхностями соединительной детали и отверстия (при штифтовом, шпоночном соединениях и т.д.). При изменении формы отверстия от давления соединение разрушается.
Допущения при расчете на срез:
— силы давления распределены по поверхности смятия равномерно
— силы давления перпендикулярны поверхности смятия
Условие прочности при расчете на смятие:
F/i – нагрузка на один соединительный элемент
i – число соединительных элементов
Aсм – площадь смятия
— допускаемое напряжение