2. Соединения деталей машин. Принципы расчета соединений

Существуют тысячи деталей машин, но интерес для техники они представляют в соединениях друг с другом (сборочные единицы, узлы, механизмы, машины).

Различают два вида соединений:

- подвижные (соединения вала с опорами – подшипниками, шатуна с кольцом кривошипа);

- неподвижные (соединение крышки подшипника с корпусом).

Термин соединения в машиностроении принято относить только к неподвижным соединениям деталей машин.

Неподвижные соединения делятся на 2 группы:

1. Разъемные (шпоночные, шлицевые, клиновые, штифтовые, резьбовые и др.), которые допускают многократную сборку и разборку соединения без разрушения соединяющихся деталей.

2. Неразъемные (заклепочные, сварные, паяные, с гарантированным натягом, клеевые). Разборка таких соединений производится путем разрушения самих деталей или их элементов.

Разъемные соединения Шпоночные соединения

Шпоночное соединение – соединение вала с втулкой с использованием дополнительного конструктивного элемента (шпонки).

Шпоночное соединение - разъемное, повторная сборка не влияет на работоспособность соединения, может быть подвижным и неподвижным в осевом направлении. Они могут быть ненапряженными (соединение призматическими и сегментными шпонками, не вызывает деформации вала и втулки) и напряженными (соединения клиновыми и тангенциальными шпонками).

Шпонкой называется деталь, соединяющая вал и ступицу колеса для передачи вращающего момента между валом и зубчатым колесом, шкивом или наоборот. Она является крепёжной деталью, устанавливается в сопряжённые пазы вала и колеса.

Типы шпонок: вид призмы, клина или сегмента.

Призматические шпонки

На валу по его образующей фрезеруется канавка, соответствующая размерам шпонки. Такая же канавка выдалбливается или выстрагивается на втулке (ступице кол еса). Эти канавки совмещаются, образуя паз, в который вводится шпонка (рис. 1).

Рис. 1. Шпоночное соединение

Подбор призматических шпонок

Сечение шпонки подбирают по известному диаметру вала по ГОСТ. Длину принимают на 5…10 мм меньше длины ступицы колеса. Обозначение шпонок: Шпонка 10х8х32 ГОСТ 23360-78

Сегментные шпонки представляют собой пластины в виде сегмента, закладываемые в пазы на валу (рис. 2). Их применяют для передачи небольших крутящих моментов с диаметром вала до 60 мм.

Рис.2. Соединение сегментной шпонкой

Клиновые шпонки создают напряженное соединение (рис. 3).

Напряженность соединения возникает вследствие натяга между валом и ступицей (в радиальном направлении), Детали испытывают напряжение от запрессовки клина (ударами молотка), даже при отсутствии внешней нагрузки. Они представляют собой клинья с уклоном 1:100. Также как и призматические клиновые шпонки стандартизованы.

Рис. 3. Соединение клиновой шпонкой

Материалы

Шпонки изготовляют из конструкционных углеродистых сталей. Чаще применяют стали – Ст6, Ст45, Ст50, Ст60 сталь. Допустимые напряжения на смятие выбирают в зависимости от прочности материалов вала и ступицы и от режима работы в пределах =60…150 МПа (меньшие значения для чугунных ступиц и при неравномерной и ударной нагрузке, большие – для стальных ступиц).