23. Расчет винтов, подверженных переменной нагрузке.

Наиболее характерным случаем дей­ствия переменных внешних нагрузок на винтовые соединения является действие нагрузок, изменяющихся от 0 до F (по отнулевому циклу, например, в соедине­ниях крышек шатунов) Этот случай рас­сматривается как расчетный.

Переменная нагрузка F распределяется между винтом и затянутым стыком, при­чем на винт приходится доля, равная χF, где χ – коэффициент основной нагрузки.

Таким образом, амплитуда напряжений в винте

, где АВ – площадь опасного сечения винта.

Опыт эксплуатации резьбовых соедине­ний, подверженных действию переменных нагрузок, а также испытания соединений на усталость показывают целесообраз­ность значительной начальной затяжки соединений для винтов из углеродистых сталей (в частности, классов прочности 5,8 и 6,8), равной (0,6...0,7)σТ, а из леги­рованных сталей (0,5...0,6) σТ. Затяжка увеличивает сопротивление усталости винтов.

Условия напряжения винтов харак­теризуются большой асимметрией цикла напряжений (большой постоянной состав­ляющей от силы затяжки) и высокой кон­центрацией напряжений в резьбе.

В расчетах проверяют запас прочности по амплитудам и по максимальным на­пряжениям. Запас прочности по амплитудам опре­деляют как отношение предельной ампли­туды (приближенно принятой равной пре­делу выносливости винта при знако­переменном симметричном цикле) σап к действующей амплитуде напряжений σа:

.

Запас прочности по максимальным на­пряжениям определяют приближенно как отношение предельного напряжения σПР к действующему максимальному на­пряжению в винте . Обычно этот расчет сводится к расчету на ста­тическую прочность, тогда и

.

Расчет винтов, подверженных переменной нагрузке, выполняют в форме проверочного. Значение запаса прочности по амплитудам должно быть больше или равно 2,5. Значение запаса прочности по максимальным напряжениям должно быть больше или равно 1,25.

24. Шпоночные соединения. Классификация, расчет, применение.

Все основные виды шпонок можно разделить на клиновые и приз­матические. Первая группа шпонок образует напряженные, а вторая — ненапряженные со­единения. Размеры шпонок и допуски на них стандартизованы.

Соединение клиновыми шпонками (например, врезной клиновой шпонкой — рис 6.1) характеризуется свободной посадкой ступицы на вал (с зазором); расположением шпонки в пазе с зазорами по боковым граням.

передачей вращающего момента от вала к ступице в основном силами трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки. Запрессовка шпонки смещает центры вала и ступицы на некоторое значение Δ, равное половине зазора посадки и деформации деталей.

Клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали, при котором ее торцовая плоскость не будет перпендикулярна оси вала

Обработка паза в ступице с ук­лоном. Такая пригонка совершенно недопу­стима в условиях массового производства. Эти недостатки послужили причиной того, что применение клиновых шпонок резко сократилось в условиях современного производства.

Соединение призматическими шпонками ненапряженное. Оно тре­бует изготовления вала и отверстия с большой точностью. Во многих случаях посадка ступицы на вал производится с натягом. Момент передается с вала на ступицу боковыми узкими гранями шпонки При этом на них возникают напряжения смятия σсм, а в продольном сечении шпонки напряжения среза τ (рис. 6.2).

Для упрощения расчета допускают, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты, напряжения σсм распределяются равно­мерно по высоте и длине шпонки, а плечо равнодействующей этих напряжений равно ~ d/2. Рассматривая равновесие вала или ступицы при этих допущениях, получаем условия прочности в виде:

, (1)

У стандартных шпонок размеры b и h подобраны так, что нагрузку соединения ограничивают не напряжения среза, а напряжения смя­тия. Поэтому при расчетах обычно используют только формулу (1). В некоторых конструкциях подвижных соединений целесообразно применять короткие шпонки, прикрепленные к ступице.

Сегментная и цилиндрическая шпонки являются разновидностью призматической шпонки, так как принцип работы этих шпонок по­добен принципу работы призматической шпонки. Глу­бокая посадка шпонки обеспечивает ей более устойчивое положение, чем у простой призматической шпонки. Однако глубокий паз значи­тельно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки применяют главным образом для закрепления деталей на малонагруженных участ­ках вала, например на концах валов.

Цилиндрическую шпонку используют для закрепления деталей на конце вала. Отверстие под шпонку сверлят и обрабатывают разверткой после посадки ступицы на вал.

При больших нагрузках ставят две или три цилиндрические шпонки, распо­лагая их под углом 180 или 120°. Цилиндрическую шпонку устанав­ливают в отверстие с натягом. В некоторых случаях шпонке придают форму.

Призматические шпонки широко применяют во всех отраслях машиностроения. Простота конструкции и сравнительно низкая стоимость — главные достоинства этого вида соединений. Поэтому шпоночные соединения не рекомендуют для быстроходных динамически нагруженных валов. В тех случаях, когда одна шпонка не может передать заданного момента, устанавливают две или три шпонки. При этом следует учи­тывать, что постановка нескольких шпонок связана с технологиче­скими затруднениями, а также ослабляет вал и ступицу. Поэтому многошпоночные соединения почти не применяют. Их заменяют зубчатыми соединениями.