28 Шпоночные и шлицевые соединения. Общие сведения. Расчет шпоночного соединения

Шпоночное соединение — соединение охватывающей и охватываемой детали для передачи крутящего момента с помощью шпонки. Шпоночное соединение позволяет обеспечить подвижное соединение вдоль продольной оси. Классификация соединений в зависимости от формы шпонки: призматические, клиновые, тангенциальные, сегментные, цилиндрические.

Основной критерий работоспособности шпоночного соединения — прочность на смятие.

Достоинства шпоночных соединений: простота конструкции, легкость монтажа и демонтажа, низкая стоимость. Недостатки шпоночных соединений: шпоночные пазы ослабляют прочность вала и ступицы, конструкция напряжений, возникающих в зоне шпоночного паза, снижает сопротивление усталости.

Шлицевое (зубчатое) соединение — соединение вала (охватываемой поверхности) и отверстия (охватывающей поверхности) с помощью шлицев (пазов) и зубьев (выступов), радиально расположенных на поверхности. Обладает большой прочностью, обеспечивает соосность вала и отверстия, с возможностью осевого перемещения детали вдоль оси.

Классификация

По форме профиля шлицев (зубьев): прямобочные; эвольвентные; треугольные.

По передаваемой нагрузке: Лёгкая серия;Средняя серия;Тяжёлая серия.

По способу центрирования сопрягаемых деталей: по наружному диаметру зубьев; по внутреннему диаметру зубьев; по боковым поверхностям зубьев.

По степени подвижности: подвижное; нормальное; неподвижное.

Последовательность проверочного расчета шпоночных соединений

Исходные данные:

1. Передаваемый вращающий момент Т.

2. Диаметр вала d и длина ступицы lcm.

3. Условия работы.

Последовательность расчета:

1. Задаются видом шпоночного соединения в зависимости от класса машины, конструкции соединяемых деталей, угловой скорости, величины и характера нагрузки.

2. Зная диаметр вала d, по ГОСТ – 23360 - 78 принимают размеры сечения шпонки b и h.

3. В зависимости от длины ступицы задаются длиной шпонки из стандартного ряда длин. Рекомендуется длину призматических шпонок принимать на 5 – 10 мм меньше длины ступицы.

4. Из условия прочности на смятие, а в соединениях сегментными шпонками и на срез, определяют расчетные напряжения в соединении и сравнивают с допускаемыми значениями. Если расчетное напряжение превышает допускаемое более чем на 5%, то увеличивают длину шпонки и соответственно ступицы или принимают две шпонки. Призматические шпонки устанавливают с шагом в 180°, сегментные – в ряд по длине ступицы.

Условия прочности

Соединения призматическими шпонками проверяют по условию прочности на смятие: где F = – усилие передаваемое шпонкой, площадь смятия , тогда

Соединения сегментными шпонками (рисунок 5.2) проверяют на смятие:

Сегментная шпонка узкая, поэтому в отличие от призматической ее проверяют на срез. Условие прочности шпонки на срез:

где b – ширина шпонки, – допускаемое напряжение на срез шпонки.

Соединения врезными клиновыми шпонками (рисунок 5.3) проверяют по условию прочности на смятие рабочих поверхностей контакта:

,где – длина рабочей части шпонки; f – коэффициент трения; для стали по чугуну или стали f =0,15 – 0, 18.

Соединения цилиндрическими шпонками (рисунок 5.7) проверяют по условию прочности на смятие: