Глава 17. Шпоночные соединения

Иметь представление о типах и сравнительной характеристике шпо­ночных и зубчатых соединений.

Различать ненапряженные и напряженные шпоночные соединения. Знать типы соединений стандартными шпонками; обозначения стан­дартных шпонок по стандартам; порядок расчета ненапряженных шпо­ночных соединений.

Уметь выбрать соответствующую шпонку по стандарту и выпол­нить проверочный расчет на прочность.

Ш поночные соединения служат для окружной фиксации деталей на валах и осях и передачи вращающего момента (рис. 17.1).

Шпоночные соединения бывают ненапряженными, в них использу­ют призматические и сегментные шпонки, которые при сборке не вы­зывают деформации вала и ступицы.

Напряжение соединения создается клиновыми и тангенциальными шпонками. Клиновые шпонки представляют собой призмы со скошен­ной стороной с уклоном и при сборке соединения вызывают ради­альное смещение ступицы относительно вала, поэтому применение клиновых шпонок ограничено единичным производством и тихоходны­ми передачами.

Размеры шпонок и сечений пазов стандартизованы. Шпоночные пазы на валах выполняют фрезерованием дисковыми и концевыми фрезами, а ступицы колес — протягиванием.

В основном применяют ненапряженные соединения призматиче­скими шпонками. Шпонки выполняют со скругленными и плоскими концами. Шпонки закладывают в паз вала. Если при работе ступица перемещается по валу (подвижные соединения), используют направ­ляющие призматические шпонки с креплением на валу (табл. ПЗЗ При­ложения).

С оединения сегментными шпонками являются разновидностью призматических (табл. П34 Приложения). Призматические и сегмент­ные шпонки работают боковыми гранями (рис. 17.2). Сегментные шпонки просты в изготовлении, удобны при монтаже. Глубокая посад­ка шпонки на валу предохраняет ее от выворачивания, но слишком глубокий паз сильно ослабляет сечение вала, поэтому сегментные шпонки применяют при передаче небольших вращающих моментов и для установки деталей на осях.

Клиновые шпонки забивают в паз вала. Рабочими поверхностями клиновых шпонок являются верхняя и нижние грани, по боковым гра­ням имеется зазор.

Расчет шпоночных соединений

Критерием работоспособности соединения призматическими шпон­ками являются сопротивление смятию боковых поверхностей.

Поперечное сечение шпонки подбирают по каталогу по диаметру вала, потребная длина шпонки l определяется по длине ступицы l = l_ст – 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; А_см — площадь смятия; h — высота шпон­ки; l_р — расчетная длина; для шпонок с плоскими концами l_р = l, для шпонок с закругленными концами l_p = I - b; b — ширина шпонки; l, — глубина паза на валу.

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

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

Условие прочности на срез

Допускаемое напряжение среза [т_с] = 70... 100 МПа.

Если условие прочности на смятие не выполняется, на вал устанавли­вают две шпонки.

Установка нескольких шпонок сильно ослабляет вал, поэтому в таких случаях используют шлицевые (зубчатые) соединения.