Шпоночные и шлицевые соединения

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина

Учебно-методический комплекс

специальностей 150406, 280300

Методические указания и СБОРНИК

домашних заданий по расчёту

Соединений деталей машин

Составитель: профессор Палочкин С.В.

Москва – 2006

Методические указания предназначены для помощи студентам дневной, вечерней и заочной форм обучения при выполнении домашних заданий по расчёту соединений деталей машин.

В работе даны общие рекомендации по выбору расчётных методик для соединений различного вида и необходимый справочный материал, представлены сборник заданий и пример оформления результатов расчёта.

При подготовке материала работы были использованы рекомендации базовой кафедры РК-3 МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Рецензент к.т.н. наук доцент Зубарев А.А.

Подготовлено к печати на кафедре «Детали машин и подъёмно-

транспортные устройства»

ИД № ……… от …..02.2006

___________________________________________________________________

Подписано в печать …..02.06

Сдано в производство …..02.06

Формат бумаги 60х84/16 Бумага множ.

Усл.печ.л.. … Уч.-изд.л. ….

Заказ …… Тираж …

___________________________________________________________________

Электронный набор МГТУ, 119071, ул. Малая Калужская, 1

ВВЕДЕНИЕ

Домашнее задание по расчёту соединений деталей машин является составной частью комплекса учебных работ, который выполняют студенты при изучении курса «Детали машин» в составе учебных дисциплин: «Детали машин и основы конструирования», «Детали машин и подъёмно-транспортные устройства», «Детали текстильных машин» и т.п.

Целью выполнения домашнего задания является практическое освоение студентами методов расчёта соединений, изложенных в базовом по курсу учебнике [1], и подготовка к выполнению курсового проекта по деталям машин.

Общие указания

В качестве объектов заданий выбраны сборочные единицы деталей машин, образованные с помощью различных соединений: резьбовых, шпоночных, шлицевых, посадкой с натягом и сварных. Условно к ним отнесены и винтовые передачи.

Основными критериями работоспособности и расчёта любых соединений являются их прочность и прочность входящих в их состав деталей. При этом под прочностью соединений понимают относительную неподвижность в ходе эксплуатации составляющих их деталей. Например, условие прочности резьбового соединения, включающего группу болтов, сводится к условию нераскрытия стыка соединяемых деталей или к условию отсутствия сдвига этих деталей в стыке при соответствующих видах нагрузки.

Нагрузки, действующие на соединения, во всех заданиях приняты постоянными. Расчёты деталей соединения следует проводить на статическую прочность, предварительно выделив соединение из сборочной единицы и определив его расчётную схему.

При расчётах следует выбирать следующие материалы, механические характеристики которых представлены в табл. 1:

· для литых деталей (станины, корпуса, кронштейны и т.п.) – чугун СЧ 20;

· для крепёжных деталей резьбовых соединений – сталь (см. табл. 2);

· для деталей сварных соединений (листы, прокат, трубы) – сталь 3;

· для механически обработанных деталей (фланцы, оси и т.п.) – сталь 35 горячекатаная;

· для валов - сталь 45 улучшенная или сталь 40Х улучшенная (при тяжёлой нагрузке);

· для шпонок – сталь 6 или сталь 45 (при слабой или тяжёлой нагрузке);

· для штифтов, передающих нагрузку – сталь 45 улучшенная;

· для воротков домкратов и прессов – сталь 45 горячекатаная;

· для винтов и гаек винтовых передач – разные материалы (см. табл. 3).

Результаты выполненных расчётов должны быть представлены студентом преподавателю в компьютерном или рукописном виде с соблюдением требуемых правил оформления расчётно-графических работ (см. пример выполнения и оформления домашнего задания в разделе 8 работы).

Таблица 1.

Механические свойства материалов деталей

Материал	Термообработка или состояние	, МПа	, МПа	, МПа		Твердость
СЧ 20	ОП	-		1∙10⁵	0,25
БрАЖ9-4	Отливка в песок			0,33	НВ100
Бр. ОФ10-1			НВ80
Сталь 3	Горячекатаная			2,1∙10⁵	0,3	-
Сталь 6			-
Сталь 35			НВ207
Сталь 45			НВ220
Сталь 45	Улучшенная			НВ270
Сталь 45	Закалённая
Сталь 40Х	Улучшенная			НВ270
Сталь 45Х	Закалённая
Здесь: и - пределы текучести и прочности при растяжении; и - модуль упругости первого рода и коэффициент Пуассона.

Таблица 2.

Механические свойства болтов винтов и шпилек из углеродистых сталей

Класс прочности		Марка стали
3,6		Ст. 3кп, Ст. 3сп, Ст. 10
4,6		Ст. 20
4,8	Ст. 10кп, Ст. 10
5,6		Ст. 30, Ст. 35
5,8	Ст. 10, Ст. 20, Ст. 3сп
6,6		Ст. 35, Ст. 45

Таблица 3.

Материалы деталей и допускаемые напряжения смятия шпоночные и шлицевые соединения - student2.ru

в винтовых передачах

Материал винта	Материал гайки
Незакалённая сталь 45 или 40Х	Чугун СЧ 20 или АЧС 3	4…6
Незакалённая сталь 45 или 40Х	Бронза ОФ10-1 или Бронза АЖ9-4	8…10
Закалённая сталь 45 или 40Х	11…13

РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Объекты заданий – групповые резьбовые соединения, выполненные с помощью стандартных крепёжных деталей (винтов, болтов, шпилек и гаек), имеющих метрическую резьбу с крупным шагом (см. табл. 4).

Таблица 4.

Геометрические параметры метрической резьбы по ГОСТ8724-81 [2]

Резьба	М6	М8	М10	М12	М16	М20	М24	М30	М36
		1,25	1,5	1,75		2,5		3,5
	4,918	6,647	8,376	10,106	13,835	17,294	20,752	26,211	31,670
	5,350	7,188	9,026	10,863	14,701	18,376	22,051	27,727	33,402
	5,06	6,83	8,59	10,36	14,12	17,65	21,18	26,72	32,25
Здесь: , и - внутренний, средний и расчётный диаметры резьбы винта.

Расчёт таких соединений включает три основных этапа:

· определение центра тяжести стыка соединяемых деталей и приведение нагрузки в эту точку;

· определение наиболее нагруженной детали;

· проверка прочности стержня наиболее нагруженной крепёжной детали при действии заданной нагрузки и известном материале или определение из условия прочности стержня размеров резьбы и самой детали.

Порядок расчёта, основные формулы и расчётные примеры для различного вида соединений при различных нагрузках даны в [1], с. 35…43, 45…58.

ШПОНОЧНЫЕ И ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Объекты заданий - неподвижные соединения для передачи вращающего момента: шпоночные с призматическими шпонками и шлицевые с прямобочными и эвольвентными шлицами.

Поскольку размеры шпонок и шлицов стандартизованы, расчёт соединений сводится к выбору по табл. 5, 6, или 7 размеров шпонки или шлицов в поперечном сечении вала в зависимости от его диаметра и расчёту их требуемой длины из условия прочности этих элементов по напряжениям смятия.

Порядок расчёта, основные формулы и расчётные примеры для этих соединений даны в [1], с. 87…95, 99.

Таблица 5.

Геометрические характеристики призматических шпонок по ГОСТ 23360-78 [2]

d, мм	Св.17до22	22-30	30-38	38-44	44-50	50-58	58-65	65-75
b, мм
h, мм
l, мм	14-70	18-90	22-110	28-140	36-160	45-180	50-200	56-220
Здесь: d – диаметр вала; b, h и l – ширина, высота и длина шпонки.