4.4 Вибір і розрахунок шпонок

Для з’єднання двох співвісних деталей – вала і маточини (втулки) використовують шпонку як спеціальну деталь, яка закладається у пази з’єднуваних елементів (рисунок 8). Шпонки таким чином перешкоджають відносному повороту або зсуву деталей та служать для передачі обертового моменту від вала до маточини (зубчастого колеса, шківа, муфти тощо) або, навпаки, від маточини до вала. До таких шпонок відносяться призматичні і сегментні (рисунок 9).

Іноді окрім передачі обертового моменту шпонки фіксують насаджені на вал маточини в осьовому напрямку (так звані клинові шпонки).

Рисунок 8 – З’єднання вала з маточиною зубчастого колеса за допомогою призматичної шпонки

а) б) в) Рисунок 9 – Конструктивні різновиди шпонок а) призматичні, б) сегментні, в) клинові

Призматичні і сегментні шпонки є ненапруженими, а клинові – напруженими.

У індивідуальному і мілкосерійному виробництвах використо-вують в основному ненапружені призматичні шпонки. Їх виготовляють із чистотягненої сталі (найчастіше із сталі 45).

Довжину призматичної шпонки вибирають із стандартного ряду R_a 40 (див. таблицю 10) таким чином, щоб вона була менше довжини маточини закріплюваної на валу деталі на 5  10 мм (рисунок 10).

Переріз шпонки (b x h) вибирають за таблицями ГОСТу в залежності від діаметра вала (рисунок 10; таблиця 13).

Рисунок 10 – З’єднання маточини колеса з валом за допомогою призматичної шпонки

Таблиця 13 – Шпонки призматичні за ГОСТ 23360-78

Розміри в міліметрах

Діаметр вала d	Переріз шпонки b х h	Глибина паза		Довжина шпонки
		вал t	втулка t1
10-12	4 х 4	2,5	1,8	8 – 45
12-17	5 х 5	3	2,3	10 – 56
17-22	6 х 6	3,5	2,8	14 – 70
22-30	8 х 7	4	3,3	18 - 90
30-38	10 х 8	5	3,3	22 – 110
38-44	12 х 8	5	3,3	28  140
44-50	14 х 9	5,5	3,8	36 – 160
50-58	16 х 10	6	4,3	45 – 226
58-65	18 х 11	7	4,4	50 – 180
Довжину шпонки l у зазначених межах вибирати з ряду: 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. Довжина шпонки повинна бути на декілька міліметрів менше за довжину маточини.

Зведемо вибрані розміри призматичних шпонок для валів редуктора і відкритої передачі у таблицю 14.

Таблиця 14 – Розміри призматичної шпонки для тихохідного валу редуктора

Позначення	Розмір, мм	Довжина кінця вала, мм	Розміри шпонки x b x h, мм
d1Т	40	50	45 x 12 x 8

Перевірковий розрахунок призматичних шпонок виконують на зминання робочих бокових поверхонь шпонок, які сприймають навантаження.

Принагідно зауважити, що у стандартних шпонках розміри b та h підібрані так, що навантаження з’єднання обмежують не напруги зрізу, а напруги зминання, і лише для дуже відповідальних з’єднань перевірковий розрахунок слід виконати на напругу зрізу.

Отже, оскільки призматичні і сегментні шпонкові з’єднання стандартизовані, а вибір шпонки здійснюється за стандартною методикою, то розрахунок з’єднань переважно виконують як перевірковий.

Умова міцності шпонок на зминання має вигляд:

(7)

де F_t – колова сила; (M – крутний момент; d - діаметр

вала);

S_зм – площа поверхні зминання (рисунок 18) .

(_р – робоча довжина шпонки; t₂ = 0,4h – глибина врізу шпонки у маточину).

–допускна напруга зминання; якщо шпонки виготовлені з чистотягненої сталі, то приймається = 80  150 МПа (менші значення для маточини з чавуну та алюмінієвих стопів).

	У редукторобудуванні для шпонок зі сталі 45 приймають: а) = 50  70 МПа при неперервному використанні ре-дукторів з повним наванта-женням; б) 130  188 МПа – при середньому режимі використан-ня редукторів; в) 260 МПа – при граничних статичних навантаженнях.
Рисунок 11 – Розрахункова схема з’єднань призматичною шпонкою

Приймаємо допускну напругу зминання призматичних шпонок = 130188 МПа – при середньому режимі використання редукторів.

Розрахунки дійсної напруги зминання призматичних шпонок на валах редуктора і відкритої передачі зведемо у таблицю 15.

Таблиця 15  Розрахунки дійсної напруги зминання шпонки на веденому валі редуктора

Крутний момент M, Нм	Діаметр валу, d, мм	Колова сила,	Sзм , мм2	зм , Н/мм2
184,37	40	9218,5	144	64,02

Як наочно видно з таблиці 15 умова міцності (7) забезпечується.