Исследование соединений вал-ступица в конструкциях автомобилей и разработка методов их расчетов и проектирования

• Автор: Смирнов, Игорь Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.05.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 124 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1. Постановка задач исследования

1.1. Анализ конструкций и современных методов расчётов

и проектирования соединений валов со ступицами

1.1.1. Силовое взаимодействие валов со ступицами

1.1.2. Анализ соединений первой группы

1.1.3. Анализ соединений второй группы

1.1.4. Анализ соединений третьей группы

1.2. Цель и задачи исследований

2. Силовой анализ соединений вал-ступица с призматическими и с сегментными шпонками
2.1. Определение сил взаимодействия элементов в
соединениях с призматическими шпонками
2.2. Исследование характера взаимодействия вала со
ступицей в соединениях с призматическими шпонками
2.3. Определение сил взаимодействия элементов в
соединениях с сегментными шпонками
2.4. О характере сопряжения вал-ступица с
призматическими и сегментными шпонками
2.5. Пример расчёта посадки сопряжения вала со
ступицей в соединении с призматической шпонкой
2.6. Силовой анализ соединений вал-ступица с клиновой
шпонкой
3. Экспериментальное исследование соединения с
призматической шпонкой и его анализ
4. Использование результатов исследования соединений вал-ступица в автомобилях КамАЗ и их экономическая эффективность
Заключение, выводы, рекомендации
Литература
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Экономическое положение государства в существенной степени обуславливается уровнем его научно-технического развития. Основной целью научно-технического прогресса является производство высококачественной продукции в необходимом объеме с наименьшими затратами материальных, трудовых и финансовых ресурсов. Экономика страны, НТП преследуют одну цель - наиболее полное удовлетворение потребностей всех граждан страны. Изменение массовых потребностей людей требует совершенствования технологии производства материальных благ, развития науки и техники. В настоящее время в экономическом развитии государств однозначно приоритет отдается интенсивному развитию, ставится цель не простого увеличения объема производства, а выпуска более совершенной продукции. Для достижения этой цели особо актуальной является решение проблемы обеспечения необходимого уровня качества и конкурентоспособности производимой продукции. Эта проблема охватывает все этапы жизненного цикла изделия, является не только техникоэкономической, но социально-экономической. Высокое качество выпускаемой продукции проявляется в том, на сколько она удовлетворяет потребности людей, а также на сколько она позволяет экономить ресурсы потребителя этого изделия. Высокое качество повышает имидж не только предприятия, но и государства, улучшает морально-нравственный климат на производстве и в обществе.
Одним из ключевых показателей качества изделий является надежность, которая закладывается в конструкцию при разработке. Надежность машины определяется надежностью её агрегатов, узлов и деталей, поэтому разработчик должен уделять пристальное внимание этому критерию каждой детали.
Одним из самых широко распространенных узлов машин являются соединения, без которых, как правило, нет машин. В конструкциях машин, в том числе и автомобилей, соединения вал-ступица являются одними из наиболее ответственных узлов. Они в значительной степени определяют надёжность, се-

бестоимость и, следовательно, конкурентоспособность автомобильных агрегатов и автомобиля в целом.
По принципу передачи движения от вала к ступице (или, наоборот, от ступицы к валу) можно выделить три группы соединений вал-ступица. К первой группе отнесём фрикционные соединения с гладкими, круглыми сопрягаемыми поверхностями, в которых передача движения осуществляется за счёт сил трения, действующих между сопрягаемыми поверхностями. Фрикционные соединения могут сопрягаться по цилиндрическим поверхностям, либо по коническим поверхностям. Ко второй группе относятся соединения с некруглыми в торцовых сечениях сопрягаемыми профилями, в которых движение передаётся за счёт сил давления элементов валов на сопрягаемые элементы ступиц. К этой группе соединений относятся соединения шлицевые (либо с прямобочны-ми, либо с эвольвентными, либо с треугольными шлицами*) и профильные соединения. К третьей группе относятся шпоночные соединения, в которых движение передаётся посредством дополнительных деталей - шпонок. К этой группе следует отнести соединения вал-ступица, в которых вращающий момент передаётся посредством штифтов.
По характеру относительного положения вала и ступицы соединения вал-ступица могут быть подвижными и неподвижными. Подвижные соединения могут обладать одной или двумя степенями свободы. В соединениях с одной степенью свободы может быть обеспечена возможность вращения ступицы относительно вала и исключена возможность их относительного осевого перемещения. В этих случаях передача движения между валом и ступицей не предусматривается; чаще всего в подобных случаях между валом и ступицей устанавливается промежуточное устройство - подшипник. Взаимодействие деталей, методы расчётов и проектирования этих соединений в настоящей работе не рассматриваются. Соединения вал-ступица часто проектируются с одной степенью свободы так, что обеспечивается возможность относительного осевого
< От немецкого слова Schlitz - щель, разрез>

Использование клиновых шпонок возможно в специальном оборудовании, устанавливаемом на шасси автомобилей, при условии отсутствия жёстких требований к соосности вала и устанавливаемой на нём детали, например, в соединениях вал - звёздочка цепной передачи, вал - шкив ремённой передачи и т. п.
Соединения с клиновыми шпонками имеют весьма серьёзные недостатки:
- децентровка ступицы и вала под действием одностороннего натяга;
- возникновение высоких напряжений в ступице при натяге;
- невозможность достаточно точного контроля натяга, возникающего в соединении в результате сборки;
- затруднительный демонтаж соединения.
В настоящее время, в силу отмеченных недостатков, клиновые шпонки применяются крайне редко и перспективы их применения в машинах сокращаются.
В тяжело нагружённых машиностроительных конструкциях иногда используются соединения с тангенциальными шпонками (рис. 1.22), которые по нагрузочной способности превосходят любые другие шпоночные соединения. Соединение имеет следующую конструкцию. На валу 1 выполнены два паза, радиально направленные плоские поверхности которых располагаются под углом а — 135... 180°. Две другие плоские поверхности на валу перпендикулярны радиальным плоским поверхностям.

Рис. 1.