Лб Шпоночные соединения. Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине Детали машин и основы конструирования направление подготовки

Название	Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине Детали машин и основы конструирования направление подготовки
Анкор	Лб Шпоночные соединения.doc
Дата	03.10.2018
Размер	2.63 Mb.
Формат файла
Имя файла	Лб Шпоночные соединения.doc
Тип	Методические указания #25386

Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Московского государственного университета

дизайна и технологии

(филиал)
Кафедра механики

ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы по дисциплине

«Детали машин и основы конструирования»

направление подготовки:

651600 – Технологические машины и оборудование

специальность:

170700 – Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности

направления подготовки:

553900 – Технология, конструирование изделий и

материалы легкой промышленности

656100 – Технология и конструирование изделий легкой промышленности

специальности:

280800 – Технология швейных изделий

280900 – Конструирование швейных изделий

281000 – Технология кожи и меха

281100 – Технология изделий из кожи

281200 – Конструирование изделий из кожи

Новосибирск – 2005

Составитель к.т.н., доцент М.А. Ланцевич

Рецензент д.т.н., профессор Ю.И. Подгорный

Методические указания рассмотрены на заседании кафедры механики

Протокол № 4 от « 30 » ноября 2005 г.
Зав. Кафедрой механики В.Ф. Ермолаев

к.т.н., доцент

Методические указания. – Новосибирск: НТИ МГУДТ (филиал), 2005.- 14 с.
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

, (1)
где – крутящий момент, передаваемый шпонкой,

;

– ширина шпонки,

;

– рабочая длина шпонки,

;

– 0,13…0,18 – коэффициент трения скольжения;

– диаметр вала,

;

- допускаемое напряжение смятия материала шпонки,

Рисунок 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

; 2)

, (3)
где

– передаваемый крутящий момент,

;

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

z – количество шпонок, шт;

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

- Допускаемые напряжения смятия и среза материала шпонки, МПа.

Рисунок 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

; (4)

, (5)
где

– возвышение шпонки над валом, , ;

t – глубина шпоночного паза на валу, мм.

Рисунок 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 [] ,
Неподвижное	Сталь	150	120	90
Неподвижное	Чугун	80	53	27
Подвижное	Сталь	50	40	30
Неподвижное, подвижное	Напряжение среза [] ,
Неподвижное, подвижное	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, Н^.м	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

Рисунок 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.

. (6)
Таблица 3 – Варианты для расчета сегментных шпонок

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Диаметр вала, 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

Рисунок 5 – Соединение валов с муфтой сегментными шпонками

7.3 Соединение клиновой шпонкой
Для вала диаметра

(см. рисунок 1) подобрать размеры клиновой и призматической шпонок. Определить, какой момент может передать каждая из этих шпонок, приняв длину шпонок

, коэффициент трения

. 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,	30	40	50	60	70	35	45	55	65	75
Характер нагрузки	спокойная		слабые толчки		ударная		спокойная		слабые толчки

_{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, (от-до)	Сечение шпонки		Глубина паза		Длина шпонки. l(от-до)
Диаметр вала, (от-до)	_b	_h	Вала	Втулки	Длина шпонки. l(от-до)
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
Диаметр вала, d	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.

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(Справочное)

Шпонки сегментные
Схему сегментной шпонки см. на рисунке 3.
Таблица В.1 – Размеры шпонок и пазов по ГОСТ 8795

Размеры в мм .

Диаметр вала,	Размеры шпонок				Глубина паза
Диаметр вала,	_b	_h	_d₁	_l	_{Вал, t}	Втулка, t₁
св. 8-10	3	3,7	10	9,7	2,5	1,4
		5	13	12,6	3,8
		6,5	16	15,7	5,3
св. 10-12	4	5	13	126	3,5	1,8
		6,5	16	15,7	5
		7,5	19	18,6	6
		9	22	21,6	7,5
св. 12-17	5	6,5	16	15,7	4,5	2,3
		7,5	19	18,6	5,5
		9	22	21,6	7
		10	25	24,5	8
св. 17-22	6	10	22	21,6	8,5	2,8
		10	25	24,5	7,5
		11	28	27,3	8,5
		13	32	31,4	10,5
св.22-30	8	11	28	27,3	8	3,3
		13	32	31,4	10
		15	38	37,1	12
св. 30-38	10	13	32	31,4	10	3,3
		15	38	37,1	12
		16	45	43,1	13
		17	55	50,8	14
св. 38-44	12	19	65	59,1	16,1	3,3

СОДЕРЖАНИЕ

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

4 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ . . . . . . . 3

4.1 Соединения клиновыми шпонками . . . . . . . . . . . . . . . . 3

4.2 Соединения призматическими шпонками . . . . . . . . . . . . . 4

4.3 Соединение сегментными шпонками . . . . . . . . . . . . . . . . 6

5 МАТЕРИАЛ ШПОНОК И ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ . . . . . . 7

6 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

7 ЗАДАНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ . . . . . . 8

7.1 Соединение призматической шпонкой . . . . . . . . . . . . . . . 8

7.2 Соединение сегментной шпонкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

7.3 Соединение клиновой шпонкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ . . . . . . . . . . . . . . 10

ПРИЛОЖЕНИЕ А Шпонки клиновые врезные . . . . . . . . . . . . . . . . 11

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Шпонки призматические . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

ПРИЛОЖЕНИЕ В Шпонки сегментные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13