2 Материалы и допускаемые напряжения

Стандартные шпонки изготавливают из специального сортамента (ГОСТ 8787-68 и 8786-68) среднеуглеродистой чистотянутой стали Ст5, Ст6, 45, 50, 55, 60.

Допускаемые напряжения в неподвижных шпоночных соединениях

[ _см] = _т/n (1)

где _т - предел текучести наиболее слабого материала деталей вала,

шпонки или ступицы

n - коэффициент безопасности (запаса прочности);

при точном учете нагрузок n = 1,25; в остальных

случаях n = 1,5  2,0

При изготовлении шпонок из стали по ГОСТ 8787-68 принимают [_см] = 80150 МПа (меньшее значение для ступиц из чугуна и алюминиевых сплавов). Для редукторов при изготовлении шпонок из стали 45 принимают:

[_см] = 50 …70 МПа - при непрерывном использовании редукторов с

полной нагрузкой;

[_см] = 130…180 МПа - при среднем режиме использования редукторов; [_см] = 260 МПа - при предельных статических перегрузках;

[_см] = 20 МПа - для ступиц из текстолита и древеснослоистых

полимеров.

При движении под нагрузкой предельное давление на шпонку определяется сопротивлением заеданию. При незакаленных трущихся поверхностях и малых скоростях перемещения [_см] = 10 …20 МПа.

Допускаемое напряжение на срез шпонок [_ср] = 70 …100 МПа

3 Основные расчетные формулы

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Соединения призматическими шпонками проверяют по условию прочности на смятие и срез.

Условие прочности на смятие:

_см = 2Т_к /(dl_pK)  [_см] (2)

где l_p - рабочая длина шпонки (при скругленных торцах l_p = l – b)

T_к - передаваемый (вращающий) момент;

d - диаметр вала;

К - справочный размер для расчета на смятие.

По этой формуле обычно проверяют напряжение в зоне контакта, определяют предельный вращающий момент или длину шпонки. Обычно длину шпонки принимают на 3-5 мм меньше длины ступицы.

Стандарты допускают использование для данного диаметра вала шпонок меньших размеров при значительной недогрузке шпоночного соединения, а также для ступенчатых и пустотелых валов.

Условие прочности на срез:

_ср = 2 Т_к / (dbl_p)  [_ср] (3)

где b - ширина шпонки;

[] - допускаемое напряжение на срез.

Соединения сегментными шпонками проверяют на смятие и срез.

_см = 2Т_к / [d (h - t) l] [_см] (4)

где l - длина шпонки

h – t - рабочая глубина паза в ступице

_ср = 2 Т_к / (dbl)  [_ср] (5)

Соединения клиновыми шпонками проверяют на смятие

_см = 12 Т_к / [b l_p (b + 6 f d)]  [_см] (6)

где f = 0,15 … 0,2 - коэффициент трения между шпонкой и

насаживаемой деталью.

На срез клиновые шпонки не проверяют

Если расчетные напряжения смятия и среза превышают допускаемые более чем на 5 %, то увеличивают длину шпонки и ступицы или устанавливают две шпонки. Призматические шпонки устанавливают под углом 180^о, сегментные - в один ряд по длине ступицы.