11.4. Расчёт шпоночных соединений
Поскольку призматическая и сегментная шпонки передают вращающий момент между валом и колесом, воспринимая его через контактные усилия на своих боковых поверхностях, то основной проектировочный расчёт проводится по контактным напряжениям смятия, а проверочный расчёт по напряжениям среза в среднем сечении шпонки.
По диаметру вала (табл. 11.11) выбирают одну из стандарта (ГОСТ 23360-78) призматическую шпонку (b×h, мм).
Затем из условия прочности боковых поверхностей на смятие находят рабочую длину шпонки: l ≥ 4kA Mвращ 103/[(h−t1) d [σ]смят], где Mвращ – передаваемый вращающий момент, d – диаметр вала, t1 – заглубление шпонки в вал, kA – коэффициент внешней динамической нагрузки (табл. 11.12).
Длину шпонки выбирают из нормального ряда, но не менее расчётной.
Принятая шпонка проверяется на срез: τсрез = 2 Mвращ/(d·b·l) ≤ [τ]срез.
Материалы призматических шпонок – Ст 6, 45, для которых можно принять [σ]смят = 100 МПа при спокойной нагрузке, 75 МПа при колебаниях нагрузки и 50 МПа при ударной нагрузке. При возможности перемещения ступицы по валу [σ]смят = 25 Мпа. Допускаемые касательные напряжения среза находят, как [τ]срез ≈ 0,6 [σ]смят.
При невыполнении условий прочности увеличивают рабочую длину шпонки либо принимают шпонку большего сечения.
|
Таблица 11.11 Размеры и предельные отклонения призматических шпонок и пазов, ГОСТ 23360-78 | |||||||||||||||||
|
| |||||||||||||||||
|
Вал |
Шпонка |
Шпоночный паз | |||||||||||||||
|
Ширина |
Глубина |
Радиус закругления, R | |||||||||||||||
|
d
|
b h9 |
h 9,h11 |
L h14 |
Радиус закругления или фаска (rилиS×45º) |
Соединение свободное |
Соединение нормальное |
плотное |
Вал, t1 |
Втулка, t2 | ||||||||
|
Вал (H9) |
Втулка (D10) |
Вал (N9) |
Втулка (JS9) |
Вал и втулка (Р9) | |||||||||||||
|
min |
max |
min |
max | ||||||||||||||
|
6...8 8...10 |
2 3 |
2 3 4 5 6 |
(h9) |
|
0,16 |
0,25 |
+0,0250 |
+0,060 +0,020 |
-0,004 -0,029 |
±0,012 |
-0,06 -0,031 |
1,2 1,8 2,5 3,0 3,5 |
+0,01 |
1,0 1,4 1,8 2,3 2,8 |
+0,01 |
0,08 |
0,16 |
|
10...12 12...17 17...22 |
4 5 6 |
8...45 10...56 14...70 |
+0,030 |
+0,078 +0,030 |
0 -0,030 |
±0,015 |
-0,012 -0,042 | ||||||||||
|
0,25 |
0,40 |
0,16 |
0,25 | ||||||||||||||
|
22...30 30...38 |
8 10 |
7 |
(h11) |
18...90 22...110 |
+0,0360 |
+0,098 +0,040 |
0 -0,036 |
±0,018 |
-0,015 -0,042 |
4,0 5,0 5,0 5,5 6,0 7,0 7,5 9,0 9,0 10 11 |
+0,02 |
3,3 3,3 3,3 3,8 4,3 4,4 4,9 5,4 5,4 6,4 7,4 |
+0,02 | ||||
|
8 |
0,4 |
0,6 |
0,25 |
0,40 | |||||||||||||
|
38...44 44...50 50...58 58...65 |
12 14 16 18 |
8 |
28...140 |
+0,0430 |
+0,012 +0,050 |
0 -0,043 |
±0,021 |
-0,018 -0,061 | |||||||||
|
9 |
36...160 | ||||||||||||||||
|
10 |
45...180 | ||||||||||||||||
|
11 |
50...200 | ||||||||||||||||
|
65...75 75...85 85...95 95...110 |
20 22 25 28 |
12 |
56...220 |
0,6 |
0,8 |
+0,0520 |
+0,149 +0,065 |
0 -0,052 |
±0,026 |
-0,022 -0,074 |
0,4 |
0,6 | |||||
|
14 |
63...250 | ||||||||||||||||
|
14 |
70...280 | ||||||||||||||||
|
16 |
80...320 | ||||||||||||||||
|
110..130 130..150 150..170 170..200 200..230 |
32 |
18 |
90...360 |
+0,0620 |
+0,180 +0,080 |
0 -0,062 |
±0,031 |
-0,026 -0,088 | |||||||||
|
36 |
20 |
100...400 |
1,0 |
1,2 |
12 13 15 17 20 20 |
+0,03 |
8,4 9,4 10,411,412,412,4 |
+0,03 |
0,7 |
1,0 | |||||||
|
40 |
22 | ||||||||||||||||
|
45 |
25 |
110...450 | |||||||||||||||
|
50 |
28 |
125...500 | |||||||||||||||
|
230..260 260..290 |
56 63 |
32 |
140...500 |
1,6 |
2,0 |
+0,0740 |
+0,220 +0,100 |
0 |
±0,037 |
-0,032 -0,106 |
1,2 |
1,6 | |||||
|
32 |
160..500 | ||||||||||||||||
|
Примечание. Нормальный ряд длин шпонок, L, мм: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500. | |||||||||||||||||
|
Таблица 11.12 Коэффициент внешней динамической нагрузки, kA, ГОСТ 21354-87 | ||||
|
Двигатель |
Режим работы | |||
|
1 |
2 |
3 |
4 | |
|
Электродвигатель |
1,00 |
1,25 |
1,50 |
1,75 |
|
Гидравлический двигатель |
1,10 |
1,35 |
1,60 |
1,85 |
|
Двигатель внутреннего сгорания |
1,25 |
1,50 |
1,75 |
>2,00 |
|
Одноцилиндровый ДВС |
1,50 |
1,75 |
2,00 |
>2,25 |
|
1 – равномерно работающие конвейеры, лёгкие подъёмники, вентиляторы
| ||||
|
2 – неравномерно работающие конвейеры, лёгкие подъёмники, вентиляторы, ротационные и пластинчатые транспортёры, шестерёнчатые и ротационные насосы, главные приводы станков, тяжёлые подъёмники, крановые механизмы, промышленные и рудничные вентиляторы, поршневые многоцилиндровые насосы, станы холодной прокатки | ||||
|
3 – мешалки для резины и пластмасс, лёгкие шаровые мельницы, деревообрабатывающие станки, одноцилиндровые поршневые насосы
| ||||
|
4 – экскаваторы, черпалки, тяжёлые шаровые мельницы, дробилки, буровые машины, брикетировочные прессы. Станы горячей прокатки. | ||||
Сегментные шпонки рассчитываются по аналогичным принципам [8].