Расчет на срез шпонки: Расчет шпонки на срез онлайн калькулятор

Содержание

Условие прочности шпонки на срез

где Ь — ширина шпонки; [т]ср — допускаемое напряжение на срез шпонки (см. ниже).
Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой, чистотянутой стали с σΒ> >600 Н/мм2 — чаще всего из стали 45.
Допускаемые напряжения смятия для шпоночных соединений:
при стальной ступице и спокойной нагрузке [а]см = = 110…190 Н/мм2;
при чугунной — [а]см = 70… 100 Н/мм2.
При переменной нагрузке [а]см снижают на 50 %.
Допускаемое напряжение на срез шпонок [тг]ср = 70… 100 Н/мм2. Большее значение принимают при постоянной нагрузке.
Расчет шпоночного соединения ведут в последовательности, изложенной в решении примера 4.1.
Пример 4.1. Выбрать тип стандартного шпоночного соединения стального зубчатого колеса с валом (см. рис. 4.1, а) и подобрать размеры шпонки. Диаметр вала d = 45 мм. Соединение передает момент Г= =-189,5 Η•Μ при спокойной нагрузке.
Решение. 1. Выбор соединения. Для соединения вала с колесом принимаем призматическую шпонку со скругленными торцами (исполнение 1).
2.    Размеры шпонки и паза. По табл. 4.1 для диаметра вала d = 45 мм принимаем размеры сечения шпонки 6 = 14 мм; h = 9 мм. Глубина паза 11 = 5,5 мм.
3.    Допускаемое напряжение. Для стальной ступицы при спокойной нагрузке принимаем [σ]ΟΜ=110 Н/мм2.
4.    Расчетная длина шпонки [формула (4.1)]
        2Τ         2-189,5-103 ММ = 26 мм

§ 4.4. Рекомендации по конструированию шпоночных соединений
1.    Перепад диаметров ступеней вала с призматическими шпонками назначают ичз условия свободного прохода детали без удаления шпонок из пазов (рис. 4.6).
2.    Две сегментные шпонки ставят вдоль вала в одном пазу ступицы. Постановка нескольких шпонок сильно ослабляет вал, поэтому в настоящее время их заменяют шлицевым соединением.
3.    Из технологических соображений рекомендуется для разных ступеней одного и того же вала назначать одинаковые шпонки по сечению, исходя из ступени меньшего диаметра, имеющего шпоночный паз (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Ступенчатый вал с одинаковыми шпонками
Прочность шпоночных соединений в данном случае получается вполне достаточной, так как силы Ft\ и Ft2> действующие на шпонки, составляют:

9. Расчет шпонок.

Шпонки ставятся для закрепления деталей (шестерней, колес, полумуфт) на валах. Шпонка служит для передачи вращательного момента от колеса на вал или наоборот, а также препятствует прокручиванию.

В курсовом проекте используется призматическая шпонка.

На данном чертеже представлены 4 соединения шпонкой: шпонка для шкива клиноременной передачи, шпонка для конического колеса, 2 шпонки для соединения полумуфт в МПР.

Исходные данные:

Диаметр вала под ступицей dв1 = 32 мм;

Диаметр вала под ступицей d

в2 = 40 мм;

Длина ступицы lст.1=45 мм;

Длина ступицы lст.2=54 мм;

Вращающий момент на ведущем валу редуктора M1 = 36,88 Нм;

Вращающий момент на ведомом валу редуктора М2 = 111,4 Нм

Цель расчета:

  1. Выбрать для ведущего вала редуктора шпонку.

  2. Провести проверочный расчет шпоночного соединения на смятие.

  3. Провести проверочный расчет шпоночного соединения на срез.

  4. Выбрать для ведомого вала редуктора шпонку.

  5. Провести проверочный расчет шпоночного соединения на смятие.

  6. Провести проверочный расчет шпоночного соединения на срез.

9.1. Расчет шпонки для шкива клиноременной передачи и конического колеса.

Рассчитаем длину шпонки по формуле: мм.

Согласно источнику [1] (стр. 169) по ГОСТу 23360-78 выбираем призматическую шпонку длиной l = 36м со следующими размерами:

b

h

t1

t2

8

7

4

3,3

0,16 0,25

9.1.1. Проверочный расчет шпоночного соединения на смятие.

Для выполнения того условия, при котором не будет происходить смятия, необходимо обеспечить выполнение следующего условия: .(стр.170 источник №1)

Где предельно допустимое значение напряжения, которое возникает при смятии. В нашем случае оно равно 100 МПа;

сила смятия, численно равная окружной силе, действующей в зацеплении передачи:

площадь смятия, определяемая через соотношение: , где мм.

Следовательно, после произведения расчета мы получим:

Полученное значение меньше предельно допустимого, следовательно, условие выполняется.

9.1.2. Проверочный расчет шпоночного соединения на срез.

Для выполнения условия, при котором не будет происходить среза шпоночного соединения необходимо обеспечить выполнение следующего условия:

.

Где предельно допустимое напряжение, возникающее при срезе. Численное значение может быть определено, исходя из соотношения: .

МПа.

Аср. площадь среза, определяемая соотношением: мм2.

Полученное значение оказалось значительно меньше предельно допустимого, следовательно, условие выполняется.

Берем шпонку8х7х36 ГОСТ 23360 –78 (источник №1, стр.169)

9.2. Расчет шпонки ведомого вала редуктора.

Рассчитаем длину шпонки по формуле: мм.

Согласно источнику [1] (стр. 169) по ГОСТу 23360-78 выбираем призматическую шпонку длиной l = 40м со следующими размерами:

b

h

t1

t2

12

8

5

3,3

0,25 0,40

9.2.1. Проверочный расчет шпоночного соединения на смятие.

Для выполнения того условия, при котором не будет происходить смятия, необходимо обеспечить выполнение следующего условия: .

Где предельно допустимое значение напряжения, которое возникает при смятии. В нашем случае оно равно 100 МПа;

сила смятия, численно равная окружной силе, действующей в зацеплении передачи:

площадь смятия, определяемая через соотношение: , где мм.

Следовательно, после произведения расчета мы получим:

Полученное значение значительно меньше предельно допустимого, следовательно, условие выполняется.

Расчет шпоночного соединения на смятие: методика, выбор посадок

Сегментные

Шпонки, собой представляет части окружности, называют сегментными. Они имеют полукруглый низ. Порой Для снижения их глубины, часть полукруга срезают.

Расчет сегментной шпонки выполняется подобно призматической, потому как толщина и поверхность для работы – высота выступающей части, работают в похожих условиях.

Заготовкой под обработку служит поковка. При малых нагрузках делаются из круглого проката, но тогда нагрузка идет вдоль волокон стали и при динамических нагрузках особого значения деталь может срезаться.

Совсем другая технология соединения и передачи крутящего момента. Шпоночные соединения делаются не по радиусу, а в срезе валов, размещенных в одной оси. В большинстве случаев имеют форму круга. Рассчитываются на срез, потому как площадь взаимные действия большая.

Делаются из калиброванного прутка и проката. На место ставятся в сборочном процессе, заводятся в одну деталь, после вторую и соединение крепится от осевого смещения.

Призматические шпонки

Обычные в применении и сборке призматические шпонки повсеместно используются в зубчатых зацеплениях и прочих узлах, передающих вращающий момент. В поперечном оси сечении они имеют форму прямоугольника. С торцов могут быть округленными.

Делаются из проката среднеуглеродистых сталей Ст 45 и Ст 40х. После строжки с припуском проходят нормализацию или закалку для получения твердости 300-320 Hb. Чистовой размер доводится шлифовкой, порой прямо на сборке по фактическому размеру паза. Фиксируется плотно в пазах вала. Прилегание поверхности для работы втулки может делаться без натяга.

В узлах, работающих на улице, в условиях пыли и переменных нагрузок шпонки могут не запрессовываться туго в паз, а прикручиваться.

Характеристика шпоночных соединений

Шпонка представляет собой продолговатую деталь, которая вставляется в паз, вырезанный в валу. Они имеют в разрезе разную форму и делятся:

  • призматические;
  • круглые;
  • сегментные;
  • тангенциальные;
  • клиновые.

По исполнению различают ненапряженные и напряженные соединения.

Призматические шпонки устанавливаются с легким натягом. Аналогично собирают сегментное соединение. Происходит центрирование без монтажных напряжений. Такие соединения относят к ненапряженным.

Ступица имеет сквозную выборку по отверстию и надевается на выступающую из вала шпонку.

Прочность шпоночного соединения рассчитывают:

  • на срез;
  • на смятие.

Обычно расчет ведется на смятие шпонки, поскольку разрушение начнется с него. Срез шпонки возможен только в случаях, когда напряжение сконцентрировано по линии соприкосновения вала и ступицы при неправильной подгонке шпонок. Если сечение детали значительно меньше ее высоты, он может срезаться. Это используют, когда нужен предохранительный механизм от перегрузок. Менять детали зубчатого зацепления дорого и долго, проще переставить шпонку.

Выбор шпонки для расчета осуществляется по диаметру вала подбором соответствующих ему соединительных деталей. Длина вычисляется по нагрузке, чтобы она ее выдержала. Все детали имеют стандартные размеры, и выбираются по таблице округлением до большей, чем расчетная деталь.

На смятие расчет делается по формуле:

= 0,5DKLδсм

Где: Mкр max – максимальный крутящий момент, допустимый на валу;

D – диаметр вала, соответственно 0,5 d его радиус;

K – высота выступающей из паза вала части шпонки ;

L – длина;

δсм – допускаемое напряжение при смятии.

Откуда расчетный размер длины шпонки высчитывается по формуле:

L = Mкр/0,5DKδсм

Где Mкр – крутящий момент вала.

Подбор детали нужного размера делается по таблице нормализованных длин для шпонок. Значение округляется до ближайшего размера. Например, в результате расчета получили расчетную длину 16,6. 16 мм будет мало, следующее значение 18 мм подходит.

Проверка правильности расчета делается на срез, по формуле:

= 0,5(D+K)bL

Где: τср – допустимое значение на срез.

Минимальная расчетная длина детали на срез проверяется по формуле:

L = Mкр/0,5(D+K)b

Расчетная длина по второй формуле должна быть больше. Сравнением 2 чисел определяется нагруженность соединения.

При больших нагрузках ступица может оказаться короче расчетной длины шпонки. В этом случае устанавливается 2 детали. Надо учитывать погрешность изготовления деталей и неравномерно распределенную нагрузку. Расчетный коэффициент нагрузки при 2 соединениях 0,75.

Пазы делаются под углом 180° и располагаются напротив. Для упрощения технологии обработки, рекомендуется на разных диаметрах одного вала фрезеровать одинаковые пазы. Операция проводится с одной установки и инструмент не выходит из оси.

Метод расчета

Расчет шпонки по исходным данным можно создать при помощи программ на компьютере. Самые простые, и хорошие в использовании: MS Excel и OOo Calc. Программа в себя включает расчетные формулы, имеет все нормализованные размеры на валы, ступицы и шпонки.

Для выполнения метода расчета применяем пример с настоящими числами. Их следует заносить в строгой очередности в раздел с синими надписями значений. Проставлять цифры следует в свободную колонку между виртуальными обозначениями из формул и единицами измерения. К примеру:

  1. Вращающий момент на валу – 300 Н/м.
  2. Диаметр вала – 45 мм.
  3. Глубина паза на валу – 5,5 мм.
  4. Высота шпонки – 9 мм. Подбирается по справочной таблице, которая есть в программе.
  5. Ширина шпонки – 14 мм.
  6. Длину шпонки – 63 мм.
  7. Вариант выполнения – 1. С прямыми углами, или округленными торцами с одной или 2-ух сторон. Выбираем с полукруглыми торцами. По спецификации они обозначаются 1.
  8. Величина допускаемого при смятии напряжения – 90 Мпа.
  9. Напряжение среза – 54 Мпа. Значение берется как 60% от величины смятия.

Результаты расчетов программа выдаёт в той же таблице, только ниже, это действующие величины стрессов смятия и среза, нагруженность соединения по этим напряжениям.

В таблице приведены результаты расчета на компьютерной программе MS Excel.

Наименование критерияФормула расчетаПолученное значение
Напряжение смятия действующее?см=2*T/(d*(h-t1)*Lp)77,7 МПа
Напряжение действующее среза?см=2*T/(d*(h-t1)*Lp)19,4 Мпа
Нагруженность по напряжению смятияsсм=?см/см>86,40%
Нагруженность по срезуSср=TСР/ср>36,00%

Расчет на смятие и срез выполняется примерный, потому как не принимается во внимание много факторов, влияющих на практический размер нагрузки:

  • неравномерное соединение по всей плоскости;
  • наличие фасок на детали, уменьшающих площадь;
  • не прилегание на скругленных торцах втулки на зубчатом колесе.

В работе в большинстве случаев делают расчет на смятие, потому как эта сила влияния существенно превосходит давление на срез. При разрушении в результате перегрузок, начинается деформирование поверхности соприкасания деталей, потом шпонка срезается. При расчитывании механизмов, результат умножается на прочностный коэффициент. Для любого вида машин он различный.

Программы подойдут и для расчета круглых шпонок. Площадь влияния и сечение берутся по аналогичности с призматическими, рассчитываются через радиус.

Характеристика шпоночных соединений

Шпонка представляет собой продолговатую деталь, которая вставляется в паз, вырезанный в валу. Они имеют в разрезе разную форму и делятся:

  • призматические;
  • круглые;
  • сегментные;
  • тангенциальные;
  • клиновые.

По исполнению различают ненапряженные и напряженные соединения.

Призматические шпонки устанавливаются с легким натягом. Аналогично собирают сегментное соединение. Происходит центрирование без монтажных напряжений. Такие соединения относят к ненапряженным.

При установке клиновых шпонок и из разновидности — тангенциальных, требуется точно подогнать размер. Делается большой монтажный натяг при запрессовке втулки и возникает осевое смещение. Соединения называют напряженными.

Ступица имеет сквозную выборку по отверстию и надевается на выступающую из вала шпонку.

Прочность шпоночного соединения рассчитывают:

Обычно расчет ведется на смятие шпонки, поскольку разрушение начнется с него. Срез шпонки возможен только в случаях, когда напряжение сконцентрировано по линии соприкосновения вала и ступицы при неправильной подгонке шпонок. Если сечение детали значительно меньше ее высоты, он может срезаться. Это используют, когда нужен предохранительный механизм от перегрузок. Менять детали зубчатого зацепления дорого и долго, проще переставить шпонку.

Выбор шпонки для расчета осуществляется по диаметру вала подбором соответствующих ему соединительных деталей. Длина вычисляется по нагрузке, чтобы она ее выдержала. Все детали имеют стандартные размеры, и выбираются по таблице округлением до большей, чем расчетная деталь.

На смятие расчет делается по формуле:

Где: Mкрmax – максимальный крутящий момент, допустимый на валу;

D – диаметр вала, соответственно 0,5 d его радиус;

K – высота выступающей из паза вала части шпонки ;

δсм – допускаемое напряжение при смятии.

Откуда расчетный размер длины шпонки высчитывается по формуле:

Подбор детали нужного размера делается по таблице нормализованных длин для шпонок. Значение округляется до ближайшего размера. Например, в результате расчета получили расчетную длину 16,6. 16 мм будет мало, следующее значение 18 мм подходит.

Проверка правильности расчета делается на срез, по формуле:

Где: τср – допустимое значение на срез.

Минимальная расчетная длина детали на срез проверяется по формуле:

Расчетная длина по второй формуле должна быть больше. Сравнением 2 чисел определяется нагруженность соединения.

При больших нагрузках ступица может оказаться короче расчетной длины шпонки. В этом случае устанавливается 2 детали. Надо учитывать погрешность изготовления деталей и неравномерно распределенную нагрузку. Расчетный коэффициент нагрузки при 2 соединениях 0,75.

Пазы делаются под углом 180° и располагаются напротив. Для упрощения технологии обработки, рекомендуется на разных диаметрах одного вала фрезеровать одинаковые пазы. Операция проводится с одной установки и инструмент не выходит из оси.

Расчет шпоночных соединений

Критерием работоспособности соединœения призматическими шпон­ками являются сопротивление смятию боковых поверхностей.

Поперечное сечение шпонки подбирают по каталогу по диаметру вала, потребная длина шпонки l определяется по длинœе ступицы l = lст – 10 мм и уточняется по каталогу (см. табл. ПЗЗ Приложения). Выбранная шпонка проверяется на прочность.

Призматическая шпонка работает на смятие и срез. Стандартные шпонки на срез не рассчитывают, поскольку условие прочности на срез учтено при конструировании.

Условие прочности на смятие

где Т — вращающий момент; Асм — площадь смятия; h — высота шпон­ки; lр — расчетная длина; для шпонок с плоскими концами lр = l, для шпонок с закругленными концами lp = I — b; b — ширина шпонки; l, — глубина паза на валу.

Допускаемое напряжение смятия при стальной ступице [асм] = 130…200 МПа.

Соединœение сегментными шпонками проверяют на смятие и срез, так как шпонка узкая.

Условие прочности на срез

Допускаемое напряжение среза [тс] = 70… 100 МПа.

В случае если условие прочности на смятие не выполняется, на вал устанавли­вают две шпонки.


Расчет шпоночных соединений — понятие и виды. Классификация и особенности категории «Расчет шпоночных соединений» 2017, 2018.

Читайте также


  • — Расчет шпоночных соединений

    Проверочный расчет ненапряженных шпоночных соединений проводят на смятие боковых поверхностей и срез по попе­речному сечению. Условие прочности на смятие : (2.34) на срез (2.35) где Т—вращающий момент, Н•м; d — диаметр вала, мм; lр — рабочая длина шпонки, мм: lр = l или lp =… [читать подробнее].


  • — Расчет шпоночных соединений.

    Классификация 1) Неуправляемые (постоянного сцепления) · жесткие — втулочные — фланцевые · упругие — муфты с резиновым упругим элементом — муфты с металлическим упругим элементом · компенсирующие — зубчатая муфта — цепная муфта — кулачково-дисковая муфта… [читать подробнее].


  • — Расчет шпоночных соединений.

    При проектировании шпоночного соединения ширину и высоту шпонок принимают по соответствующему ГОСТу в зависимости от диаметра вала. Длину шпонки принимают в зависимости от длины ступицы и согласовывают с ГОСТом. Достаточность принятых размеров шпонки проверяют… [читать подробнее].


  • — Расчет шпоночных соединений

    При проектировании шпоночного соединения ширину и высоту h шпонок принимают по соответствующему ГОСТ, в зависимости от диаметра d вала. Длину &… [читать подробнее].


  • — Расчет шпоночных соединений

    При проектировании шпоночного соединения ширину и высоту h шпонок принимают по соответствующему ГОСТ, в зависимости от диаметра d вала. Длину &… [читать подробнее].


  • — Проверочный расчет шпоночных соединений

    Прочность – основной критерий работоспособности шпоночных соединений. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов в ГОСТах подобраны из условия прочности на смятие, поэтому… [читать подробнее].


  • — Проверочный расчет шпоночных соединений

    Прочность – основной критерий работоспособности шпоночных соединений. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов в ГОСТах подобраны из условия прочности на смятие, поэтому… [читать подробнее].


  • Расчет шпоночного соединения на смятие методика, выбор посадок

    Через шпонку, размещенную в пазах сопрягаемых деталей, подается вращение. Соединение обычное в применении, повсеместно применяется. Расчет шпоночного соединения выполняется на смятие, что дает возможность подобрать детали достаточной прочности для хорошего взаимные действия. Отправными данными во время проектирования служит диаметр. Для снижения нагрузок ставится 2. Быстро высчитать и проверить параметры соединения можно при помощи специализированных программ на компьютере.

    Характеристика шпоночных соединений

    Шпонка собой представляет продолговатую деталь, которая ставится в паз, вырезанный в валу. Они имеют в разрезе разнообразную форму и разделяются:

    • призматические;
    • круглые;
    • сегментные;
    • тангенциальные;
    • клиновые.

    По исполнению отличают ненапряженные и напряженные соединения.

    Призматические шпонки ставятся с не тяжёлым натягом. Подобно собирают сегментное соединение. Происходит центрирование без монтажных стрессов. Такие соединения относят к ненапряженным.

    Во время установки клиновых шпонок и из разновидности — тангенциальных, требуется точно приладить размер. Выполняется большой монтажный натяг при запрессовке втулки и появляется осевое смещение. Соединения называют напряженными.

    Ступица имеет сквозную выборку по отверстию и одевается на выступающую из вала шпонку.

    Крепость шпоночного соединения рассчитывают:

    В большинстве случаев расчет проводится на смятие шпонки, потому как разрушение начнется с него. Срез шпонки возможен только в вариантах, когда напряжение сконцентрировано по линии соприкасания вала и ступицы при неверной подгонке шпонок. Если сечение детали намного меньше ее высоты, он может срезаться. Это применяют, когда необходим предохранительный механизм от перегрузок. Менять детали зубчатого зацепления дорого и долго, легче переставить шпонку.

    Выбор шпонки для расчета выполняется по диаметру вала выбором соответствующих ему деталей для соединения. Длина вычисляется по нагрузке, чтобы она ее выдержала. Все детали имеют классические размеры, и подбираются по таблице округлением до большей, чем расчетная деталь.

    На смятие расчет выполняется по формуле:

    Где: Mкрmax – самый большой вращающий момент, возможный на валу;

    D – диаметр вала, исходя из этого 0,5 d его радиус;

    K – высота выступающей из паза вала части шпонки ;

    ?см – позволяемое напряжение при смятии.

    Откуда расчетный размер длины шпонки высчитывается по формуле:

    Выбор детали необходимого размера выполняется по таблице нормализованных длин для шпонок. Значение округляется до близлежащего размера. К примеру, в результате расчета получили расчетную длину 16,6. 16 мм будет недостаточно, следующее значение 18 мм подходит.

    Проверка точности расчета выполняется на срез, по формуле:

    Где: ?ср – допустимое значение на срез.

    Самая маленькая расчетная длина детали на срез исследуется по формуле:

    Расчетная длина по второй формуле должна быть больше. Сравнением 2 чисел устанавливается нагруженность соединения.

    При высоких нагрузках ступица оказаться может короче расчетной длины шпонки. В данном случае ставится 2 детали. Нужно иметь в виду погрешность изготовления деталей и неровно распределенную нагрузку. Расчетный индекс допустимой нагрузки при 2 соединениях 0,75.

    Пазы выполняются под угол 180° и находятся напротив. Для упрощения технологии обработки, рекомендуется на различных диаметрах одного вала фрезеровать одинаковые пазы. Операция проходит с одной установки и инструмент не выходит из оси.

    Метод расчета

    Расчет шпонки по исходным данным можно создать при помощи программ на компьютере. Самые простые, и хорошие в использовании: MS Excel и OOo Calc. Программа в себя включает расчетные формулы, имеет все нормализованные размеры на валы, ступицы и шпонки.

    Для выполнения метода расчета применяем пример с настоящими числами. Их следует заносить в строгой очередности в раздел с синими надписями значений. Проставлять цифры следует в свободную колонку между виртуальными обозначениями из формул и единицами измерения. К примеру:

    1. Вращающий момент на валу – 300 Н/м.
    2. Диаметр вала – 45 мм.
    3. Глубина паза на валу – 5,5 мм.
    4. Высота шпонки – 9 мм. Подбирается по справочной таблице, которая есть в программе.
    5. Ширина шпонки – 14 мм.
    6. Длину шпонки – 63 мм.
    7. Вариант выполнения – 1. С прямыми углами, или округленными торцами с одной или 2-ух сторон. Выбираем с полукруглыми торцами. По спецификации они обозначаются 1.
    8. Величина допускаемого при смятии напряжения – 90 Мпа.
    9. Напряжение среза – 54 Мпа. Значение берется как 60% от величины смятия.

    Результаты расчетов программа выдаёт в той же таблице, только ниже, это действующие величины стрессов смятия и среза, нагруженность соединения по этим напряжениям.

    В таблице приведены результаты расчета на компьютерной программе MS Excel.

    Наименование критерия Формула расчета Полученное значение
    Напряжение смятия действующее ?см=2*T/(d*(h-t1)*Lp) 77,7 МПа
    Напряжение действующее среза ?см=2*T/(d*(h-t1)*Lp) 19,4 Мпа
    Нагруженность по напряжению смятия sсм=?см/см> 86,40%
    Нагруженность по срезу Sср=TСР/ср> 36,00%

    Расчет на смятие и срез выполняется примерный, потому как не принимается во внимание много факторов, влияющих на практический размер нагрузки:

    • неравномерное соединение по всей плоскости;
    • наличие фасок на детали, уменьшающих площадь;
    • не прилегание на скругленных торцах втулки на зубчатом колесе.

    В работе в большинстве случаев делают расчет на смятие, потому как эта сила влияния существенно превосходит давление на срез. При разрушении в результате перегрузок, начинается деформирование поверхности соприкасания деталей, потом шпонка срезается. При расчитывании механизмов, результат умножается на прочностный коэффициент. Для любого вида машин он различный.

    Программы подойдут и для расчета круглых шпонок. Площадь влияния и сечение берутся по аналогичности с призматическими, рассчитываются через радиус.

    Призматические шпонки

    Обычные в применении и сборке призматические шпонки повсеместно используются в зубчатых зацеплениях и прочих узлах, передающих вращающий момент. В поперечном оси сечении они имеют форму прямоугольника. С торцов могут быть округленными.

    Делаются из проката среднеуглеродистых сталей Ст 45 и Ст 40х. После строжки с припуском проходят нормализацию или закалку для получения твердости 300-320 Hb. Чистовой размер доводится шлифовкой, порой прямо на сборке по фактическому размеру паза. Фиксируется плотно в пазах вала. Прилегание поверхности для работы втулки может делаться без натяга.

    Расчет призматической шпонки выполняется на смятие по площади, выступающей с вала детали. Перепроверяется на срез по размерам ширины шпонки в случае работы с динамическими нагрузками и при вибрации.

    В узлах, работающих на улице, в условиях пыли и переменных нагрузок шпонки могут не запрессовываться туго в паз, а прикручиваться.

    Сегментные

    Шпонки, собой представляет части окружности, называют сегментными. Они имеют полукруглый низ. Порой Для снижения их глубины, часть полукруга срезают.

    Расчет сегментной шпонки выполняется подобно призматической, потому как толщина и поверхность для работы – высота выступающей части, работают в похожих условиях.

    Заготовкой под обработку служит поковка. При малых нагрузках делаются из круглого проката, но тогда нагрузка идет вдоль волокон стали и при динамических нагрузках особого значения деталь может срезаться.

    Совсем другая технология соединения и передачи крутящего момента. Шпоночные соединения делаются не по радиусу, а в срезе валов, размещенных в одной оси. В большинстве случаев имеют форму круга. Рассчитываются на срез, потому как площадь взаимные действия большая.

    Делаются из калиброванного прутка и проката. На место ставятся в сборочном процессе, заводятся в одну деталь, после вторую и соединение крепится от осевого смещения.

    Цилиндрические

    Для сцепления шпоночного паза с высокой нагрузкой на срез применяю цилиндрические шпонки. Они в форме круга в поперечном сечении. По линии среза самый большой размер по ширине – диаметр.

    Минус подобных соединений в трудности обработки полукруглых пазов. Их приходится фрезеровать специализированным инструментом, который больше нигде не применяется.

    Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

    Похожие статьи

    Основы расчета железобетона. 200 вопросов и ответов, стр. №35

    В современных решениях – например, в узлах рамных каркасов (рис. 93) – для передачи растягивающих усилий обычно используют выпуски арматуры S; сжимающие усилия в арматуре S´ передают через опорные закладные детали (их сваривают между собой), а сжимающие усилия в бетоне – через монолитный бетон, которым заполняют зазоры между элементами, и, частично, через опорные закладные детали (поз.4 на рис. 93). Как видим, в подобных узлах одновременно используют два типа соединений: на закладных деталях и на выпусках арматуры.

    184. Чем отличается реальный жёсткий узел от идеального?

    При идеально жёстком соединении элементы в местах примыкания к узлу не поворачиваются, т.е. сохраняют первоначальные углы сопряжения. В действительности же, в корневых (примыкающих к узлу) нормальных сечениях возникают значительные деформации – эти сечения обычно испытывают самые большие изгибающие моменты. Следовательно, происходит поворот на некий угол j – особенно интенсивный после образования трещин; на тот же угол поворачивается и ось элемента. Но если ось поворачивается, то узел перестаёт быть идеально жёстким, изгибающие моменты в нём уменьшаются по сравнению с идеальной (упругой) схемой и соединение становится податливым. Конечно, такая податливость изменяет расчётную схему, но в инженерных расчётах (кроме расчетов прогибов) ее не учитывают до тех пор, пока растянутая арматура не достигает предела текучести – тогда сечения продолжают поворачиваться без приращения внутренних усилий, т.е. образуется пластический шарнир (см. раздел 3.3).

    185. Что такое шпоночные соединения?

    Это соединения, предназначенные для предотвращения взаимного смещения сборных или сборно-монолитных элементов, возникающего под воздействием сдвигающих (перерезывающих) или поперечных сил. Шпонки образуются монолитным бетоном или раствором при заполнении углублений в смежных поверхностях соединяемых конструкций после их монтажа.

    Например, если дополнительная местная нагрузка приложена к одной из плит перекрытия, то при отсутствии шпонок она воспринимает нагрузку целиком и прогибается больше, чем соседние (см. поперечное сечение на рис. 94,а). Это обстоятельство вызывает немало неудобств – в частности, разрушение отделки потолка. Шпонки же вовлекают в совместные деформации соседние плиты (рис. 94,б) и распределяют на них часть дополнительной нагрузки.

    Шпонки в состоянии передавать весьма большие величины поперечных сил, например, опорную реакцию капители безбалочного перекрытия на колонну (рис. 95). При необходимости шпонки совмещают с выпусками арматуры или закладными деталями (в соединениях элементов сборных оболочек, безбалочных перекрытий и пр.).

    186. Как проектируют бетонные шпонки?

    Шпонки работают на сжатие по поверхностям контакта (выступам) и на срез по основаниям выступов (рис.96). Условие прочности на сжатие имеет вид: Q Rb tk lk nk, а условие прочности на срез: Q 2Rbt hk lk nk, где tk,hk,lk – глубина (выступ), высота сечения и длина одной шпонки, аnk – число шпонок. Иными словами, tk´ lk – площадь сжатия, а hk´ lk – площадь среза одной шпонки.Шпонки участвуют в работе соединения неравномерно – одни включаются в работу полностью, другие частично, поэтому в расчет вводят не более трех шпонок: nk ≤ 3.

    Рис. 94, Рис. 95, Рис. 96

     

    187. Почему проектные размеры сборных элементов назначают меньше номинальных?

    Любые изделия, даже предназначенные для самых тонких приборов, невозможно изготовить идеально точно, поэтому на них устанавливают допуски, т. е. допустимые отклонения от размеров, указанных в чертежах. Допуски устанавливают также на строительные конструкции и на их монтаж. Если представить, что строители смонтировали соседние колонны с минусовым отклонением (фактическое расстояние между колоннами получилось меньше номинального), а ригель изготовлен с плюсовым (его длина оказалась больше номинальной), то ригель невозможно будет установить: он не войдёт между колоннами. По этой причине проектную длину ригеля заранее назначают меньше номинальной. То же относится к балкам, фермам, плитам покрытий и перекрытий, стеновым панелям и ко многим другим элементам.

    Иными словами, между соседними элементами необходимо всегда предусматривать небольшие зазоры. Величины проектных зазоров колеблются от 10 мм (для плит по ширине) до 60 мм (для балок и ферм пролётом 24 м по длине). Они зависят от величин допусков, которые приведены в соответствующих ГОСТах.

    7. Нагрузки

    188. Что  такое  нормативные  нагрузки?

    Это нагрузки qn (Fn), соответствующие условиям нормальной эксплуатации конструкций, зданий и сооружений. Они отражают результаты многолетних климатических наблюдений (например, снеговая и ветровая нагрузки), паспортные характеристики оборудования (например, вертикальные и горизонтальные усилия от мостовых кранов), номинальный вес конструкций, материалов, технологического оборудования и т.д. Кстати, нормативный объемный вес тяжелого бетона равен 24 кН/м3, стали – 78,5кН/м3, а железобетона – 25 кН/м3.

    189. Что  такое  расчетные  нагрузки?

    Реальные нагрузки могут отличаться от нормативных в большую или меньшую стороны. Например, снеговая нагрузка может превысить нормативную в особо снежную зиму, а нагрузка от собственного веса железобетонного элемента может превысить нормативную вследствие неточности изготовления или увеличения плотности бетона по сравнению с проектными. Все эти отклонения учитываются коэффициентом надежности по нагрузке gf. Умножая на него нормативную нагрузку, получают расчетную нагрузку: qn´ gf = q (или Fn ´ gf = F). Чем больше вероятность изменения (изменчивость) нагрузки, тем выше значение gf : самое высокое (1,4) – для снеговой и ветровой нагрузки, самое низкое (1,05) – для собственного веса металлических конструкций. Для веса железобетонных конструкций из тяжелого бетона gf = 1,1.

    Страницы:

    Срез — шпонка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

    Срез — шпонка

    Cтраница 1

    Срез шпонки может произойти по плоскости на границе между валом и ступицей.  [1]

    Веледствие емятия и среза шпонок, ослабления сечения валов и втулок пазами и образования концентраторов напряжений шпоночные воединения не могут передавать большие крутящие моменты. В результате перекосов и смещения пазов, а также контактных деформаций от радиальных сил в шпоночных соединениях возможен перекоо втулки на валу. Эти недостатки шпоночных соединений ограничивают область их применения и обусловливают замену их шлицевыми соединениями, которые передают большие кру-тящие моменты, имеют большее сопротивление усталости и высокую точность центрирования и направления. В зависимости от профиля зубьев шлицевые воединения делят на прямобочные, звольвентные и треугольные.  [2]

    Из-за смятия и среза шпонок, ослабления сечения валов и втулок пазами и образования концентраторов напряжений шпоночные соединения не могут передавать большие крутящие моменты. Вследствие перекосов и смещения пазов, а также контактных деформаций от радиальных сил в шпоночных соединениях возможен перекос втулки на валу. Эти недостатки ограничивают область применения шпоночных соединений, и их все более вытесняют шлицевые соединения, которые передают большие крутящие моменты, имеют большую усталостную прочность и высокую точность центрирования и направления. Это достигается равномерным расположением зубьев ( шлицев) по окружности и высокой точностью их размеров, формы и расположения.  [3]

    Из-за смятия и среза шпонок, ослабления сечения валов и втулок пазами и образования концентраторов напряжений шпоночные соединения не могут передавать большие крутящие моменты. Вследствие перекосов и смещения пазов, а также контактных деформаций от радиальных сил в шпоночных соединениях возможен перекос втулки на валу.  [5]

    Веледствие смятия и среза шпонок, ослабления сечения валов и втулок пазами и образования концентраторов напряжений шпоночные воединения не могут передавать большие крутящие моменты. В результате перекосов и смещения пазов, а также контактных деформаций от радиальных сил в шпоночных соединениях возможен перекоа втулки на валу. Эти недостатки шпоночных соединений ограничивают область их применения и обусловливают замену их шлицевыми соединениями, которые передают большие крутящие моменты, имеют большее сопротивление усталости и высокую точность центрирования и направления. В зависимости от профиля зубьев шлицевые соединения делят на прямобочные, эвольвентные и треугольные.  [6]

    Как указывалось выше, срез шпонки маловероятен.  [7]

    При обрыве или ослаблении обоих канатов ( срез шпонок на валу барабана) пружина 5 отжимает коробку на рычаги 10 и приводит их в действие.  [8]

    Шпоночные соединения вследствие относительно небольших площадей смятия и среза шпонок, ослабления сечения валов и втулок и образования концентраторов напряжений не могут передавать большие крутящие моменты, что ограничивает область их применения.  [9]

    Расчет призматических шпонок обычно проводится в виде проверочного расчета на срез шпонки и смятие ее боковых граней.  [10]

    Продолжительная езда с ослабленной ступицей приводит к разрушению шпоночного паза и срезу шпонки. Разрушенный шпоночный паз полуоси зачищают напильником и крейцмейселем. Затем изготовляют новую шпонку из стали 45, подогнав ее по шпоночному пазу. При установке ступицы на новую шпонку проверяют плотность посадки ступицы на полуось, после чего затягивают гайку, как указано выше.  [11]

    Дефектами водяного насоса являются трещины и облом корпуса, износ вала насоса и подшипников, срез шпонки, износ шпоночной канавки и сальников.  [12]

    Дефектами водяного насоса являются: трещины и обломы корпуса, износ вала крыльчатки и подшипников, срез шпонки, разработка шпоночной канавки и износ сальников. Трещины и обломы чугунного корпуса заваривают газовой сваркой с обязательным прогревом всего корпуса на древесном угле или запаивают твердым припоем. При этом зазор между втулкой и валиком должен составлять 0 02 — 0 05 мм.  [14]

    Шпоночные соединения о призматическими шпонками рассчитывают на смятие боковых рабочих поверхностей паза или шпонки и на срез шпонки. Призматические шпонки стандартных размеров необходимо проверять только на смятие.  [15]

    Страницы:      1    2    3

    Расчет напряжения, сдвига и крутящего момента квадратного ключа и шпоночной канавки (деревянный ерш)

    Связанные ресурсы: шестерни

    Расчет напряжения, сдвига и крутящего момента квадратной шпонки и шпоночной канавки (деревянный ерш)

    Приложения для проектирования машин
    Данные и проектирование зубчатых передач

    Расчет напряжений, сдвига и крутящего момента для квадратной шпонки и шпоночной канавки (деревянный ерш) и калькулятор

    ВСЕ калькуляторы требуют членства Premium

    Связанный:

    Крутящий момент, приложенный к шпонке
    Т = F · (D / 2)
    или
    F = T / (D / 2)

    Напряжение сдвига
    τ = Т · К с / [Вт · Д · (Д / 2) · Н]

    Фактор безопасности
    F с = S с / τ

    Факторы обслуживания

    Плотно прилегающий ключ / паз для ключа
    K s = K a K d / K f

    Шпонка со скользящей посадкой / паз для ключа
    K s = K a K d / K w

    Где:

    τ = напряжение сдвига
    S s = Предел текучести ключа
    T = крутящий момент
    F = сила
    D = диаметр вала
    W = ширина
    L = длина
    K с = коэффициент обслуживания
    K a = коэффициент применения
    K d = Коэффициент применения шпоночной канавки
    K f = коэффициент износостойкости
    K w = коэффициент износостойкости
    F s = Расчетный коэффициент безопасности
    N = количество ключей (тот же размер)

    Расчетный коэффициент применения шпоночного паза K d

    Конструкция муфты К г
    Фиксированное (плотное прилегание) в нагруженном состоянии 1
    скользящая посадка — Осевое перемещение по валу без нагрузки. 3
    Скольжение по валу с нагрузкой 9

    Факторы применения K a

    Фактор применения K a (DIN 3990-1)

    Загрузка компонентов привода

    Загрузка управляемых компонентов

    Униформа

    Легкий удар

    Умеренный шок

    Heavy Shock

    Униформа

    1.0

    1,25

    1,5

    1,75

    Легкий амортизатор

    1,1

    1,35

    1,6

    1.85

    Умеренный шок

    1.25

    1,5

    1,75

    2,0

    Heavy Shock

    1,5

    1,75

    2,0

    2.25 или выше

    Характеристики приводного компонента

    • Униформа: электродвигатель, паровая или газовая турбина (малые, редко встречающиеся пусковые моменты)
    • Легкий удар: электродвигатель, паровая или газовая турбина (большие, часто встречающиеся пусковые моменты)
    • Умеренный шок: многоцилиндровые двигатели внутреннего сгорания
    • Heavy Shock: одноцилиндровые двигатели внутреннего сгорания

    Характеристики управляемого компонента

    • Униформа: генератор постоянного тока нагрузки, равномерно загруженная конвейерная лента или платформенный конвейер, шнековый конвейер, легкие подъемники, упаковочное оборудование, приводы подачи для станков, вентиляторы, легкие центрифуги, центробежные насосы, мешалки и смесители для легких жидкостей или однородной массы. плотностные материалы, ножницы, прессы, штамповочные станки, вертикальная передача, ходовая часть
    • Легкий шок: неравномерно (т.е. с частями или партиями) нагруженные конвейерные ленты или платформенные конвейеры, главные приводы станков, тяжелые подъемники, поворотные механизмы кранов, промышленные и шахтные вентиляторы, тяжелые центрифуги, центробежные насосы, мешалки и смесители для вязких жидкостей или веществ с неоднородной плотностью , многоцилиндровые поршневые насосы, распределительные насосы, экструдеры (общие), календари, вращающиеся печи, прокатные клети, непрерывные прокатные станы цинка и алюминия, проволочные и прутковые станы
    • Умеренный удар: резиновые экструдеры, смесители непрерывного действия для резины и пластмасс, шаровые мельницы (легкие), деревообрабатывающие станки (многопильные станки, токарные станки), прокатные станы, подъемное устройство, одноцилиндровые поршневые насосы
    • Heavy Shock: Экскаваторы (приводы ковшовых колес), цепные приводы ковшей, приводы сит, электрические лопаты, шаровые мельницы (тяжелые), резиновые смесители, дробилки (камень, руда), литейные машины, тяжелые распределительные насосы, роторные сверла, кирпичные прессы, окорочные станы, лущильные станки, холоднокатаные полосы c, e, брикетировочные прессы, дробильные станы

    Ключевой коэффициент распределения K м

    Несоосность (дюйм / дюйм)

    Несоосность коэффициента нагрузки K м

    1/2 «
    ширина лица

    1 «
    ширина лица

    2 «
    ширина лица

    4 «
    ширина лица

    0,001

    1.0

    1,0

    1,0

    1,5

    0,002

    1,0

    1,0

    1,5

    2,0

    0,004

    1.0

    1,5

    2,0

    2,5

    0,008

    1,5

    2,0

    2,5

    3,0

    Таблица, показывающая коэффициенты усталостной долговечности шлицев K f

    Циклы крутящего момента

    Коэффициент усталостной долговечности K f

    Однонаправленный

    полностью перевернутый

    1 000

    1.8

    1,8

    10 000

    1,0

    1,0

    100 000

    0,5

    0,4

    1 000 000

    0,4

    0.3

    10 000 000

    0,3

    0,2 ​​

    Таблица коэффициентов износостойкости шлицев K w

    Жизненные обороты ключа

    Коэффициент износа K f

    10 000

    4.0

    100 000

    2,8

    1 000 000

    2,0

    10 000 000

    1,4

    100 000 000

    1.0

    1 000 000 000 9 0005

    0,7

    10 000 000 000

    0,5

    © Copyright 2000-2021, ООО «Инжинирс Эдж» www.engineersedge.com
    Все права защищены
    Отказ от ответственности | Обратная связь | Реклама | Контакты

    Передача крутящего момента с помощью клиновых валов

    Передача мощности между двумя вращающимися компонентами требует надежного соединения между валом ведущего компонента и ступицей сопрягаемой части.Один из способов гарантировать передачу крутящего момента без проскальзывания — использовать шпоночное соединение. Для большинства приложений автоматизации (двигатели, редукторы, шкивы и т. Д.) Используется призматическая шпонка квадратного сечения, также известная как прямая шпонка.

    Шпоночные соединения, однако, имеют недостаток — они требуют уменьшения диаметра вала компонента, передающего крутящий момент. И, конечно же, чем меньше диаметр, тем меньше крутящего момента может быть передано до выхода из строя. Для демонстрации ниже приведен пример максимального крутящего момента, который может передаваться валом без ключа, по сравнению с крутящим моментом, который может передаваться тем же валом при добавлении шпонки (согласно DIN 6885).

    Крутящий момент, передаваемый через гладкий вал

    τ = предел текучести; обычно 50% прочности на разрыв; для этого примера τ = 390 x 10 6 (Н / м 2 )

    Дж = полярный момент инерции (м 4 )

    r = радиус вала (м)

    Для цельного стального вала диаметром 18 мм:

    Дж = (3,1415 * (0,009) 4 ) / 2

    J = 1,03 x 10 -8 м 4

    T = (390 x 10 6 * 1.03 x 10 -8 ) / .009

    T = 446,6 Нм

    Крутящий момент, передаваемый валом со шпонкой

    τ = предел текучести; 390 x 10 6 для этого примера (Н / м 2 )

    d = диаметр вала (м)

    l = эффективная длина шпоночного паза (м)

    h = глубина шпоночного паза (м)

    Для цельного стального вала диаметром 18 мм со шпоночным пазом шириной 6, длиной 32 и глубиной 3,5:

    T = (390 x 10 6 * 0.018 * 0,032 * 0,0035) / 2

    T = 393,1 Нм

    В этом случае крутящий момент, который может передаваться при добавлении шпонки к валу, примерно на 12 процентов ниже, чем крутящий момент, который может передаваться гладким валом (393 Нм против 447 Нм). Однако в эти расчеты не включены какие-либо понижающие коэффициенты для учета ударных нагрузок, реверсивных эффектов или усталостной долговечности — все это может иметь большее значение для валов с призматической шпонкой, чем для валов с гладкой головкой. Кроме того, приведенные выше уравнения предполагают, что вал выйдет из строя раньше, чем шпонка.Но есть два режима отказа для параллельных ключей, которые необходимо учитывать: разрушение при сдвиге и разрушение при сжатии.

    Разрушение при сдвиге

    Когда соединение вращается, вал и ступица (сопряженная деталь) оказывают противодействующие силы на шпонку, пытаясь срезать шпонку. Максимальный крутящий момент, который может быть передан до превышения предела текучести шпонки, рассчитывается как:

    F = поперечная сила, действующая на шпонку (Н)

    r = радиус вала (м)

    τ = предел текучести; 390 x 10 6 для этого примера (Н / м 2 )

    w = ширина шпонки (м)

    l = эффективная длина шпоночного паза (м)

    F = 390 x 10 6 * 0.006 * .032

    F = 74880 N

    T = 74 880 * 0,009

    T = 673,9 Нм

    Разрушение

    Второй возможный вид отказа, также вызванный силами, действующими на шпонку со стороны вала и ступицы, основан на сжимающих силах, которые могут вызвать остаточную деформацию и раздавить шпонку. В этом случае максимальный крутящий момент, который может быть передан, зависит от высоты, а не ширины ключа.

    F = сжимающая сила, действующая на шпонку (Н)

    r = радиус вала (м)

    τ = предел текучести; 390 x 10 6 для этого примера (Н / м 2 )

    l = эффективная длина шпоночного паза (м)

    h = высота шпонки (м)

    F = (390 x 10 6 * 0.032 * 0,006) / 2

    F = 37,440 Н

    T = 37 440 * 0,009

    T = 337,0 Нм

    Основываясь на сценариях, приведенных выше, ограничивающим фактором на самом деле является сила сжатия на шпонке, а максимальный передаваемый крутящий момент снижается примерно на 25 процентов (337 Нм на основе разрушения шпонки по сравнению с 447 Нм для гладкого вала. ). Опять же, важно отметить, что расчеты для вала со шпонкой не принимают во внимание какие-либо факторы обслуживания, применения или безопасности.Таким образом, рекомендуемый максимальный крутящий момент может быть ниже, чем в приведенных выше примерах, в зависимости от других параметров приложения.

    Изображение предоставлено: 4mechtech.com

    Трансмиссионный вал

    с проблемами напряжения сдвига шпонки

    Шпонки

    используются для соединения вала с вращающимися элементами машины, такими как ступица, шестерня, гнездо, маховик и шкив. Они отвечают за поддержание точного положения вала и вращающегося элемента станка. В валу имеется шпоночный паз для крепления шпонки.

    Некоторые нежелательные проблемы возникают в шпонках во время вращения вала. Основной вал с проблемами напряжения сдвига в шпонке — это выход из строя шпонок и люфт из-за напряжения, возникающего во время вращения. Из-за них между соединенными элементами начинается относительное вращательное движение, которое вызывает потерю крутящего момента и, как следствие, снижение эффективности системы. Необходимо понимать эти проблемы, чтобы избежать потерь энергии.

    Функции клавиш

    Есть две основные функции клавиш, когда они используются для блокировки вала трансмиссии.

    • Основная функция — передача крутящего момента от вращающегося вала к вращающемуся элементу машины. Один и тот же ключ работает для передачи крутящего момента в обоих направлениях; от вала к элементу машины или от элемента машины к валу.
    • Вторая функция ключа — ограничивать относительное вращательное движение и осевое перемещение между валом и элементом машины. Также доступны некоторые специальные типы ключей, такие как перья и шлицы, ключи, которые допускают осевое перемещение между ними.

    Отказ шпонки вала

    Сила, возникающая из-за вращения вала, вызывает выход шпонок из строя. Есть два типа ключевых отказов.

    Отказ ключей при сдвиге

    Как указывает термин, напряжение сдвига является причиной отказа ключа этого типа. Фактически, во время вращения вала и элемента машины, например ступицы, каждый элемент оказывает равное и противоположное усилие на шпонку. Эти противоположные силы создают напряжение сдвига по радиусу вала.Затем ключ начинает деформироваться и через некоторое время выходит из строя.

    Предел прочности зависит от прочности материала ключа и угловой скорости вращения. Вы можете рассчитать силу сдвига, приложенную к шпонке, используя формулу, приведенную ниже.

    Где,

    F = напряжение сдвига, действующее на шпонку,

    L = эффективная длина шпонки,

    ω = угловая скорость вала,

    r = радиус вала и

    T = максимальный крутящий момент, передаваемый ключом.

    Разрушение ключа

    Разрушение ключа является причиной этого типа отказа ключа. Во время вращения вал и ступица прикладывают к шпонке сжимающее усилие. Эта сжимающая сила вызывает его деформацию. Затем ключ деформируется под действием этой силы и, наконец, происходит его раздавливание.

    Эту силу сжатия можно рассчитать, используя параметры вала и шпонки. Формула для расчета приведена ниже.

    Где все элементы — это saem, как указано выше, а H — высота ключа.

    Люфт в шпонке

    Люфт возникает, когда шпонка неправильно закреплена в шпоночной канавке. Силы, приложенные к шпонке со стороны вала и ступицы во время вращения, могут изменить параметры шпоночной канавки. Из-за увеличенного размера шпоночный паз начинает позволять шпонке двигаться, и это движение вызывает люфт.

    Между шпонкой и пазом происходит два типа движения. Первый — это перемещение ключа без поворота, а второй — поворот ключа без скольжения. Люфт обозначается углом люфта α, и

    α = 180b / rπ

    Где, b — длина дуги.

    Люфт должен быть минимизирован для достижения наилучших характеристик. Люфт со временем становится все больше и больше. Полное устранение люфта невозможно; однако точная подгонка и точная обработка сопрягаемых компонентов могут в значительной степени уменьшить люфт.

    Люфт увеличивается по следующим причинам:

    • Частая загрузка и разгрузка в машине.
    • Изменение углового ускорения с высокой скоростью.
    • Многократное нанесение сильных ударов между шпонкой и пазом.

    Сводка

    Сводка

    Динамическая загрузка является важной причиной отказа ключа и люфта. Однако, если мы используем соединения фрикционного типа без ключа между валом и ступицей, мы можем устранить большинство этих проблем. Примером соединения фрикционного типа без ключа является использование стяжной муфты, которая обеспечивает нулевой люфт для системы.

    Вал с проблемами напряжения сдвига в шпонке можно очень легко найти во всех системах передачи крутящего момента, и, к счастью, замена шпонки не очень дорогая.Регулярная проверка ключа приведет к более раннему обнаружению неисправности и позволит вашему производству идти в соответствии с графиком. Даже если отказ не является неизбежным, вы можете обнаружить окисление или сварку детали во время осмотра.

    Ссылки

    Разбор соединений валов

    Конструкция элементов машины — ключи

    Люфт в шестернях

    Изображение — вал, мотор и шестерня — щелчок, акцент на эклектичном

    Мы не можем найти эту страницу

    (* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

    {{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}} *

    {{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

    {{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}} / 500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$ item}} {{l10n_strings.ПРОДУКТЫ}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}

    {{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

    {{l10n_strings.LANGUAGE}} {{$ select.selected.display}}

    {{article.content_lang.display}}

    {{l10n_strings.AUTHOR}}

    {{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

    {{$ select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}

    Кручение круглых валов — Приложение по сопротивлению материалов для энергетики

    Торсион

    Цели обучения

    В конце этой главы вы сможете выполнить расчеты на кручение, используя:

    • Общее уравнение кручения
    • Полярный момент инерции
    • Модуль упругости при сдвиге

    Валы — это механические компоненты, обычно круглого сечения, используемые для передачи мощности / крутящего момента посредством их вращательного движения.В эксплуатации им подвергаются:

    • напряжения сдвига при кручении в поперечном сечении вала, с максимумом на внешней поверхности вала
    • изгибающих напряжений (например, вал трансмиссии, опирающийся на подшипники)
    • колебаний из-за критических скоростей

    Эта глава посвящена исключительно оценке касательных напряжений в валу.

    Общее уравнение кручения

    Все проблемы с кручением, на которые вы должны ответить, можно решить по следующей формуле:

    где:

    • T = крутящий момент или крутящий момент, [Н × м, фунт × дюйм]
    • Дж = полярный момент инерции или второй полярный момент области вокруг оси вала, [м 4 , дюйм 4 ]
    • τ = напряжение сдвига на внешнем волокне, [Па, фунт / кв. Дюйм]
    • r = радиус вала, [м, дюйм]
    • G = модуль жесткости (PanGlobal и Reed’s) или модуль сдвига (все остальные), [Па, фунт / кв. Дюйм]
    • θ = угол закручивания, [рад]
    • L = длина вала, [м, дюйм]

    Приведенная выше номенклатура соответствует тому же соглашению, что и система обучения PanGlobal Power Engineering.

    Наиболее частые проблемы с кручением указывают передаваемую мощность (кВт) при определенной скорости вращения (рад / с или об / мин). Эквивалентный крутящий момент можно найти с помощью:

    , где n [рад / с] = N [об / мин] × 2π / 60 .

    Полярный момент инерции

    Подобно моментам инерции, которые вы изучили ранее при изучении кинетики вращения и изгиба балок, полярный момент инерции представляет собой сопротивление деформации скручивания в валу.Общие формулы для полярного момента инерции приведены в Приложении C.

    к учебнику.

    Обратите внимание на разницу между изгибающими моментами инерции I c и полярными моментами инерции J и используйте их надлежащим образом. Например, если вы имеете дело с круглым стержнем:

    • I c = π d 4 /64 , если стержень используется как балка
    • J = π d 4 /32 , если стержень используется как вал

    Модуль сдвига

    Называемый модулем жесткости в PanGlobal и Reed’s, модуль сдвига определяется (аналогично E) как отношение напряжения сдвига к деформации сдвига.Он выражается в ГПа или фунтах на квадратный дюйм, и типичные значения приведены в Приложении B к учебнику. Типичные значения ниже, чем модуль Юнга E, например, сталь ASTM A36 имеет E A36 = 207 ГПа и G A36 = 83 ГПа .

    Угол закрутки

    Из-за крутящей деформации вала измеряется угол закручивания на конце вала. Этот угол закручивания зависит от длины вала, как показано на следующем рисунке:

    Барри Дупен

    Угол скручивания [радианы] используется в общем уравнении кручения и при оценке деформации сдвига γ (гамма), безразмерной.

    Назначенные задачи

    Решите следующие задачи, используя общее уравнение кручения.

    Задача 1: Для улучшения трансмиссии двигателя сплошной вал будет заменен полым валом из более качественной стали, что приведет к увеличению допустимого напряжения на 24%. Чтобы сохранить существующие подшипники, новый вал будет иметь тот же внешний диаметр, что и существующий сплошной вал.Определить:

    (a) внутренний диаметр полого вала относительно наружного диаметра

    (b) снижение веса в процентах при условии, что плотность стали обоих валов идентична

    Задача 2: Трансмиссия турбина-генератор рассчитана на 3500 кВт при 160 об / мин. Валы диаметром 180 мм и длиной 2 м соединены фланцевой муфтой с 6 стяжными болтами диаметром 40 мм, расположенными на делительной окружности 340 мм. Если модуль сдвига вала составляет 85 ГПа, определите:

    (а) максимальное напряжение сдвига в валу

    (б) напряжение сдвига в болтах

    Задача 3: Два одинаковых полых вала соединены фланцевой муфтой.Внешний диаметр валов составляет 240 мм, а муфта имеет 6 болтов по 72 мм каждый на окружности болтов 480 мм. Определите внутренний диаметр полых валов, при котором напряжение сдвига одинаково для валов и болтов.

    Задача 4: Латунная гильза толщиной 24 мм усаживается на сплошной вал диаметром 220 мм. Взяв G из стали = 85 ГПа и G из латуни = 37 ГПа, определите максимальное напряжение сдвига в валу и гильзе, если передаваемый крутящий момент составляет 240 кН × м.Также определите угол закрутки, если длина вала составляет 3,4 м.

    Задача 5: Предложите одно улучшение для этой главы.

    Keyways — обзор | Темы ScienceDirect

    Шпоночные пазы изображены особым образом, как показано на рис. 5.19. Указанные таким образом размеры позволят машинисту измерить элемент и сравнить прямое измерение с размером.

    Рисунок 5.19. Определение размеров и измерение шпоночной канавки [1]

    Избегайте увеличения допусков путем определения размеров из другого размера, поскольку совокупные допуски приводят к ошибкам в размерах.

    Задание размеров до трех десятичных знаков, например, 24,987, заставляет машиниста работать в этих точных пределах. Обеспечьте машинисту максимально возможными допусками. Спросите себя: «Неужели мне действительно нужно такое тесное измерение?»

    Применение размеров к элементам, которые машинист может измерить напрямую.

    Размерные диаметры, а не радиус вала. Машинист может непосредственно измерить диаметры.

    Не наносите размер на виды с торца валов. Это сбивает с толку и не помогает читателю понять информацию. См. Рисунок 5.20.

    Рисунок 5.20. Определение размеров до конца валов приводит к путанице [1]

    Размер 38.97. Округлите это!

    Убедитесь, что все соответствующие размеры указаны на чертеже — PCD, размеры и положение элементов.

    Проверьте размер компонента в трех измерениях и положение элемента в трех измерениях.

    Резьбовые отверстия: убедитесь, что указаны размер и глубина резьбового сверла, а также размер и глубина резьбы.

    Размер, соответствующий производственному процессу — например, поверните вал с обоих концов, потому что вал должен удерживаться в патроне на конце, который не обрабатывается.

    Размеры, относящиеся к диаметрам, должны предшествовать символу диаметра ϕ.Размеры без этого символа будут считаться прямоугольными.

    Сборочные чертежи: включают общие размеры и / или масштаб. Без этих элементов невозможно определить размер компонента.

    Убедитесь, что стрелки видны. Совместите размер стрелки с размером текста.

    Если вы рисуете наконечники стрелок вручную, они должны быть заблокированы в соотношении 1: 1/3. См. Рисунок 5.21.

    Рисунок 5.21. Предпочтительное соотношение наконечников стрелы [1]

    (PDF) Упрощенная конструкция и расчеты прочности на сдвиг в железобетонных мембранных элементах

    2790 K.N. Rahal / Engineering Structures 30 (2008) 2782–2791

    и (б) снова показывает преимущество ограничения количества

    арматуры, которая может способствовать силе Ур. (2).

    На рис. 7 (c) показано аналогичное сравнение для четырех образцов 98 МПа

    VA [15], которые содержали равные количества стали

    в направлениях x и y.Образцы VA1, VA2

    и VA3 вышли из строя в недостаточно армированном режиме, в то время как VA4

    разрушился из-за раздавливания бетона до любой податливости арматуры

    . Предлагаемый SMCS точно рассчитал прочность

    и режим разрушения всех четырех образцов. Уравнения

    ACI переоценили прочность VA1, потому что

    вклад бетона незначителен в недостаточно армированных панелях

    . Этот факт не отражен в уравнениях ACI, которые были разработаны в основном на основе экспериментальных результатов для

    балок с не податливой продольной арматурой.На рис. 7,

    показано, что результаты SMCS и MCFT очень похожи. Вдобавок показано, что верхний предел кода ACI составляет

    значительно консервативно.

    5. Резюме и выводы

    В этой статье описан простой неитерационный метод для проектирования

    , расчет емкости и определение режима отказа

    армированных и предварительно напряженных мембранных элементов, подверженных

    напряжениям в плоскости. Двумя ключами к простоте и точности

    предлагаемого метода являются:

    1.Пренебрегая ограниченным вкладом в прочность на сдвиг, который

    обеспечивает арматура, размер которой больше, чем у «сбалансированной» арматуры

    . Это эквивалентно использованию верхнего предела

    полезного количества арматуры.

    2. Использование точного верхнего предела количества используемой арматуры

    и максимально достижимой прочности на сдвиг

    на основе экспериментальных результатов дробления бетона в

    переармированных элементах.

    Результаты этой модели сравнивались с экспериментально

    наблюдаемым пределом прочности для 84 мембранных элементов и

    — режимом отказа 49 элементов, и было обнаружено очень хорошее совпадение

    . Точность модели SMCS была аналогична точности

    исходной MCFT, SMCFT и модели Plasticity

    и значительно лучше, чем у уравнений ACI.

    Предлагаемая модель применима к наиболее общему случаю,

    , где мембрана подвергается комбинированному сдвигу и двухосным нормальным напряжениям

    и предварительно напряжена в двух ортогональных

    направлениях.

    Приложение A. Пример расчета

    Спроектировать железобетонный мембранный элемент

    при v = 6 МПа и σy = +2 МПа. Используйте f0

    c = 30 МПа,

    fy − x = fy − y = 400 МПа.

    Шаг 1: Рассчитайте v / f0

    c = 6/30 = 0,2.

    Шаг 2: Из уравнения. (4) κ = 1 / 3−30 / 900 = 0,3. Поскольку v / f0

    cis

    меньше κ, мембрана недостаточно армирована.

    Шаг 3: Выберите равное ωx = ωy = v / f0

    c = 0,2.

    Шаг 4: Из уравнений.(3a) и (3b), ρx = (0,2) (30) / (400) =

    0,015 и ρy = (0,2×30 +2) / (400) = 0,020.

    Приложение B. Расчет емкости и режим отказа

    пример

    Рассчитайте прочность на сдвиг образца PV20, испытанного

    Веккио и Коллинз [6]. Для f0

    c = 19,6 МПа, ρx = 1,785%,

    fy − x = 460 МПа, ρy = 0,885%, fy − y = 297 МПа, vexp =

    4,26 МПа.

    Шаг 1: Использование уравнения. (4), κ = 1 / 3−19,6 / 900 = 0,312.

    Шаг 2: Использование уравнения. (2), ωx = (0.01785) (460) / (19,6) = 0,419,

    больше, чем κ, поэтому ωx = κ = 0,312 и x-подкрепление

    не поддается. ωy = (0,00885) (297) / (19,6) = 0,134, меньше

    κ, поэтому ωx = 0,134, и y-армирование дает.

    Шаг 3: Использование уравнения. (1), v = √ (0,312) (0,134) (19,6) =

    4,01 МПа.

    Отношение vexp / vSMCS = 4,26 / 4,01 = 1,06. Vecchio

    и Коллинз [6] сообщили, что деформация x-армирования достигла

    только 52% деформации текучести, в то время как деформация y-армирования

    достигла 575% деформации текучести.Предлагаемая SMCS

    правильно рассчитывает режим отказа.

    Ссылки

    [1] ACI-318. Требования строительных норм для железобетона и

    комментарий ACI 318M-05. Американский институт бетона, Комитет 318.

    2005.

    [2] CSA-A23.3. Проектирование бетонных конструкций (А23.3-04). Канадская ассоциация стандартов

    . 2004.

    [3] Бенц Е.С., Веккио Ф.Дж., Коллинз М.П. Упрощенная теория модифицированного поля сжатия

    для расчета прочности на сдвиг железобетонных элементов.ACI

    Structural Journal 2006; 103: 614–24.

    [4] Rahal KN. Оценка общей методики AASHTO-LRFD на кручение

    и комбинированное нагружение. ACI Structural Journal 2006; 103: 683–92.

    [5] Rahal KN. Прочность на сдвиг железобетона, часть I: Мембрана

    элементов, подвергнутых чистому сдвигу. ACI Structural Journal 2000; 97: 86–93.

    [6] Веккьо Ф.Дж., Коллинз М.П. Модифицированная теория поля сжатия для железобетонных элементов

    , подверженных сдвигу.ACI Journal 1986; 83: 219–31.

    [7] Rahal KN. Прочность железобетона на сдвиг, часть II: балки

    подвергаются сдвигу, изгибающему моменту и осевым нагрузкам. Структурный журнал ACI 2000;

    97: 219–24.

    [8] Nielsen MP. Предельный анализ и пластичность бетона. 2-е изд. Энглвуд

    Скалы, штат Нью-Джерси: Прентис-Холл; 1999.

    [9] Bræstrup MW. Пластический анализ сдвига в железобетоне. Журнал

    Concrete Research 1974; 26: 221–8.

    [10] Bræstrup MW.Обсуждение ссылки [5] и закрытие автора. ACI

    Structural Journal 2000; 97: 910–3.

    [11] Андре Х. Торонто / Кадзима исследование масштабных эффектов в железобетонных

    элементах. Магистерская диссертация. Факультет гражданского строительства Университета Торонто;

    1987. 157 с.

    [12] Ямагути Т., Койке К., Наганума К., Такеда Т. Испытания на чисто сдвигающую нагрузку

    на железобетонных панелях, часть I: Схема испытаний. В: Proceedings,

    Японское архитектурное объединение, 1988.

    [13] Пан Х, Сюй ТТС.