3. Материал шпонок и допускаемые напряжения

Стандартные шпонки изготавливают из прутковой чистотянутой стали. Допускаемые напряжения для шпоночных соединений:

стальная ступица = 130...200 МПа;

чугунная ступица = 80...110 МПа.

При постоянной нагрузке принимают большие значения, при перемен­ной и с ударами — меньшие.

Если превосходит в 2—2,5 раза, устанавливают две шпонки под углом 180° или три шпонки под углом 120°.

4. Рекомендации по конструированию шпоночных соединений

Перепад диаметров ступеней вала с призматическими шпонками на­значают из условия свободного прохода детали большего посадочного диа­метра d без удаления шпонки из паза на участке меньшего диаметра.

При наличии нескольких шпоночных пазов на валу их располагают на одной образующей (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Эскиз вала с установкой шпонок

3. Из удобства изготовления рекомендуется для разных ступеней одно­го и того же вала назначать одинаковые по сочетанию шпонки, исходя из ступени меньшего диаметра. Прочность шпоночных соединений при этом оказывается вполне достаточной, так как силы F. и F. , действующие на шпонки составляют:

Но d₂ > d₁ следовательно .

4. При необходимости двух сегментных шпонок их ставят вдоль вала в одном пазу ступицы. Постановка нескольких шпонок в одном соединении сильно ослабляет вал, поэтому рекомендуется перейти на шлицевое соединение.

Задача 1. Зубчатое колесо закреплено на валу при помощи сегментной шпонки, разме­ры которой b* h*1= 8 • 11 • 28 мм (табл. 1.7).

В о время работы шпонка оказалась сре­занной. Определить окружное усилие на ко­лесе, при котором произошел срез, если диаметр вала d=60 мм, диаметр колеса d_K = 240 мм; длина ступицы L_CT = 32 мм.

Рис. 1.26 Соединение колеса d_K с валом d

= 300 МПа — временное сопротив­ление при

срезе.

Решение.

1. По условию задания шпонка срезалась:

где b — 8 мм — ширина шпонки

l=28 мм - длина шпонки (в зависимости от длины ступицы колеса).

2. Вращающий момент на валу равен вращающему моменту на колес:

Определим усилие, передаваемое колесом.

Ответ:

Задача 2. Определить длину призматической направляющей шпонки вала конической фрикционной муфты по следующим данным: диаметр вала d = 45 мм, материал вала — сталь 50, материал муфты — чугун СЧ 18. Момент передаваемый муфтой Т= 345 Н • м. Перемещение муфты производится под нагрузкой. Вал работает : незначительными толчками (рис. 1.27).

Решение.

Рис. 1.27. Соединение муфты 1 с валом 2 шпонкой 3

2.1. По условию задачи соединение подвижное и работа происходит с толчками, значит допускаемое напряжение [ ]_см следует принять на 50 % ниже рекомендуемого при заданном сочетании материалов сталь—чугун. В данном случае [ ]_см = 80... 110 МПа -при чугунной ступице муфты; перемещение муфты производится под на­грузкой, работа с незначительными толчками, поэтому [ ]_см принимается меньше указанного выше на 30%...50%.

Принимаем [ ]_см, учитывая условие задачи, меньше на 30%, тогда [ ]_см = 56 МПа.

2.2. Расчетное напряжение смятия

Подставляя числовые значения, найдем рабочую длину шпонки.

= 61,4+ 14 = 75,4 мм. По ГОСТу выбираем шпонку 14 х 9 х 80 ГОСТ 23360-78 (табл. 1.6).

Задача 3. Шестерня соединена с валом с по­мощью цилиндрической шпонки (штифта) (рис. 1.23). Определить напряжения смятия и среза.

Окружное усилие в зубчатом зацеплении Ft-2 кН, диаметр штифта d_ш=10 мм, длина штифта l_ш = 45 мм; диаметр колеса d_K = 150 мм, диаметр вала d = 35 мм (рис. 1.28).

Решение.

3.1. Вращающий момент на колесе равен вращающему моменту на валу.

3.2. Напряжение смятия штифта (рис. 1.23, б)

3.3. Напряжение среза (в продольном сечении)