4.6.3. Сегментные шпонки

В связи с ослаблением вала шпоночным пазом под сегментную шпонку, такие шпонки применяют для передачи относительно небольших моментов, их отличает устойчивое положение в соединении.

Так же, как и призматические, сегментные шпонки (рис. 62) рассчитываются на смятие:

;

и на срез:

;

рис. 62. Соединение сегментной шпонкой

Примеры обозначений шпоночных соединений:

Вид соединения	Обозначение
1. Призматическая шпонка со скругленными торцами	ШПОНКА 18×11×100 ГОСТ 23360-70
2. Призматическая шпон­ка с плоскими торцами	ШПОНКА 2-18×11×100 ГОСТ 23360-70
3. Шпонка сегментная	ШПОНКА сегм. 6×10 ГОСТ 24071-80

Клиновые шпонки в отличие от призматических ставятся с зазором по боковым граням. Клиновые шпонки создают напряжённое соединение, способное передавать не только М_кр, но и осевое усилие. Однако эти шпонки вызывают радиальное смещение оси ступицы на величину посадочного зазора и контактных деформаций. Это увеличивает биение насажанной детали. Применение клиновых шпонок резко сократилось. Достоинством является отсутствие зазоров и поэтому хорошее восприятие радиальных нагрузок.

Для упрощения расчёта принимают, что при передачи момента М_кр напряжения смятия по ширине поверхности контакта рабочих граней шпонки с валом и ступицей распределяются по закону треугольника. В этом случае передаваемый крутящий момент складывается из:

а) момента нормальной силы давления N между ступицей и шпонкой;

б) момента силы трения N_q между ступицей и валом;

в) момента силы трения между ступицей и валом.

4.6.4. Конструкция и расчет шлицевых соединений

Соединение ступицы с валом вместо шпонки может осуществляться с помощью шлицов. Такое соединение ступицы с валом называется зубчатым или шлицевым.

В зависимости от формы профиля зубьев различают соединения с прямобочными, эвольвентными и треугольными зубьями (шлицами) (рис. 63).

Достоинства шлицевых соединений:

а) возможность передачи больших моментов благодаря значительно большей поверхности контакта соединяемых деталей и более равномерному распределению давления по этой поверхности;

б) более точное центрирование ступицы по валу;

в) лучшее направление при перемещении ступицы по валу;

г) большая прочность вала.

рис. 63. Основные типы зубчатых

(шлицевых) соединений:

а – прямобочное;

б – эвольвентное;

в – треугольное.

Прямобочные (ГОСТ 1139-80) шлицевое соединение наиболее распространено. Соединение выполняется с центрированием ступицы: по боковым сторонам зубьев в, по наружному диаметру D, по внутреннему диаметру d (рис. 64).

Центрирование по “ ” (рис. 64 в) не обеспечивает точной соосности ступицы и вала. Поэтому его рекомендуют при передачи больших моментов. Центрирование по “D” и “d” применяется, когда требуется точность совпадения осей соединяемых деталей (рис. 64 а, б).

рис. 64. Виды центрирования прямобочных зубчатых соединений:

а – по боковым граням;

б – по наружному диаметру;

в – внутреннему диаметру;

г – форма сечения ступицы;

д, е – форма сечений вала исполнений б, в

Эвольвентное шлицевое различают с центрированием ступицы по боковым сторонам “S” (рис. а) и по наружному диаметру “D” (рис. б). Центрирование по “S” наиболее распространено.

рис. 65. Эвольвентное зубчатое зацепление:

а – центрирование по боковым граням;

б – центрирование по наружному диаметру.

Достоинства эвольвентных шлицевых соединений:

- более высокая прочность зубьев, вследствие их утолщения к основанию;

- высокая технологичность и более низкая стоимость изготовления шлицевых валов.

Вследствие высокой стоимости протяжек для изготовления шлицев в ступицах малых и средних размеров – эвольвентные шлицевые соединения применяются реже прямобочных.

Треугольное зубчатое соединение применяется только в качестве неподвижного при передаче небольших моментов. Центрирование такого соединения осуществляется только по боковым граням. Применяются также конические шлицевые соединения (конусность 1:16).

Число Z и размеры шлицев принимаются в зависимости от диаметра вала по соответствующему ГОСТ. Длина зубьев определяется длиной ступицы, а если ступица подвижная – величиной хода её перемещения.

Расчёт шлицевых соединений производится обычно как проверочный.

Шлицевые соединения рассчитываются на смятие по формуле:

,

где σ_см – расчётное напряжение смятия на рабочих поверхностях шлицев;

М– передаваемый момент;

d_c – средний диаметр шлицевого соединения;

Z – число шлиц;

h – высота поверхности контакта шлицев, принимаемая равной длине ступицы;

ψ – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между шлицами, принимаемый равным 0,7…0,8;

[σ]_см – допускаемое напряжение смятия для рабочих поверхностей шлицев.

Размеры d_c и h определяют из выражений: прямозубных шлицев:

; ;

Для шлицев эвольвентного профиля с центрированием по S:

d_c = d_д = mz и h = m = d_д/z;

где dд – диаметр делительной окружности;

m – модуль закрепления;

Для шлицев эвольвентного профиля с центрированием по :

d_c = d_д = mz и h = 0,9m = 0,9 d_д/z;

Для шлицев треугольного профиля:

d_c = d_д = mz и h = [D – d_a];

Допускаемое напряжение на смятие [σ]_см для шлицевого соединения при среднем режиме работы можно принимать: для неподвижного с термической обработкой шлицев [σ]_см = 100…140 МПа и без термической обработки [σ]_см = 60…100 МПа.

При лёгком режиме работы значение этих напряжений можно увеличить на 20…40%, а при тяжелом режиме их необходимо снизить на 30…50%.