Лекция 4.

Шпоночные, зубчатые (шлицевые) и профильные соединения

Шпоночные, зубчатые (шлицевые) и профильные соединения служат для закрепления деталей на осях и валах. Такими деталями являются шкивы, зубчатые колеса, муфты, маховики, кулачки и т.д. Соединения нагружаются в основном вращающим моментом.

Шпоночные соединениЯ

Все основные виды шпонок можно разделить на клиновые и призматические. Первая группа шпонок образуетнапряженные,а вторая –ненапряженныесоединения. Размеры шпонок и допуски на них стандартизированы.

Соединения клиновыми шпонками

Врезные клиновые шпонки (рис.4.1) характеризуются следующими положениями: свободной посадкой ступицы на вал (с зазором); расположением шпонки в пазе с зазорами по боковым граням (Необходимость этих зазоров связана с технологическими трудностями посадки шпонки по всем четырем граням) (рабочими являются широкие грани шпонки); передачей вращающего момента от вала к ступице в основном за счет сил трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки.

Рис.4.1

Запрессовка шпонки смещает центры вала и ступицы на некоторую величину (см.рис.4.1), равную половине зазора посадки и деформации деталей. Это смещение вызывает дебаланс и неблагоприятно сказывается на работе механизма при больших скоростях вращения.

Клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали, при котором ее торцовая плоскость не будет перпендикулярна к оси вала. Обработка паза в ступице с уклоном, равным уклону шпонки, создаст дополнительные технологические трудности и часто требует индивидуальной пригонки шпонки по пазу. Такая пригонка совершенно недопустима в условиях массового производства.

Эти недостатки послужили причиной того, что применение клиновых шпонок резко сократилось в условиях современного производства, которое без больших затруднений может обеспечить точную посадку ступицы на вал. В прежнее время, когда было трудно обеспечить посадку ступицы на вал без больших зазоров, клиновая шпонка являлась средством исправления дефектов производства, так как она выбирала зазор и создавала натяг в соединении.

Рис.4.2

Фрикционная шпонка(рис.4.2) является одной из разновидностей клиновой шпонки. Конструкция соединения ясна из чертежа. В этом соединении нагрузка передается только трением. Поэтому его можно использовать как предохранительное при перегрузках. Кроме того, фрикционная шпонка позволяет регулировать положение ступицы на валу как в угловом, так и осевом направлении, что также используют на практике.

Соединения призматическими шпонками

Это соединение ненапряженное и требует изготовления вала и отверстия в ступице с большой точностью. Во многих случаях посадка ступицы на вал производится с натягом. Момент передается с вала на ступицу боковыми узкими гранями шпонки. При этом на них возникают напряжения смятия _см, а в продольном сечении шпонки – напряжения среза(рис.4.3).

Для простоты расчета допускают, что шпонка врезана в вал наполовину своей высоты, напряжения _смраспределяются равномерно по высоте и длине шпонки, а плечо равнодействующей этих напряжений равноd/2.

Рассматривая равновесие вала или ступицы при таких допущениях, получим условия прочности в виде:

(4.1)

(4,2)

У стандартных шпонок размерыbиhподобраны так, что нагрузку соединения ограничивают не напряжения среза, а напряжения смятия. Поэтому при расчетах обычно используют только формулу (4.1).

Рис.4.3

Параллельность граней призматической шпонки позволяет осуществлять подвижные в осевом направлении соединения ступицы с валом (коробки скоростей и др.). Силы трения, возникающие при перемещении ступицы в подвижном соединении, могут нарушить правильное положение шпонки, поэтому ее рекомендуют крепить к валу винтами.

Сегментная и цилиндрическаяшпонки являются разновидностью призматической шпонки, так как принцип работы этих шпонок подобен принципу работы призматической шпонки.

Конструкция соединения с помощью сегментной шпонки показана на рис.*.

Рис.*

глубокая посадка шпонки обеспечивает ей более устойчивое положение, чем у простой призматической шпонки. Это предохраняет шпонку от перекоса (выворачивания)

под нагрузкой. Однако глубокий паз значительно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки применяют главным образом для закрепления деталей на мало нагруженных участках вала, например на концах валов. Аналогично соединению с призматической шпонкой для сегментной шпонки получим

.

Конструкция соединения с цилиндрической шпонкой (штифтом) показана на рис.4.4. цилиндрическая шпонка может использоваться для закрепления деталей на конце вала. Отверстие под шпонку сверлят и обрабатывают разверткой после посадки ступицы на вал. При больших нагрузках ставят две или три цилиндрические шпонки, располагая их под углом 180 или 120⁰. Цилиндрическую шпонку устанавливают в

отверстие с натягом. В некоторых случаях шпонке придают коническую форму.

Рис.4.4