Лабораторная работа № 4

Определение нагрузочной способности

шпоночных и шлицевых соединений

Цель работы: изучить конструкции шпоночных и шлицевых соединений, определить геометрические параметры стандартных шпонок и шлицов и осуществить проверку работоспособности этих соединений при заданных условиях эксплуатации.

Оборудование и инструмент: лабораторные образцы шпоночных и шлицевых соединений, штангенциркуль, линейка.

1. Теоретические основы работы

Шпоночные и шлицевые (зубчатые) соединения относятся к разъёмным соединениям и предназначены для передачи вращающего момента с вала на ступицу сидящей на нем детали (например, зубчатого колеса, полумуфты и т.п.) или наоборот.

1.1. Шпоночные соединения

В шпоночных соединениях вращающий момент с вала на ступицу (или наоборот) передается с помощью специального элемента – шпонки, устанавливаемой в пазах этих соприкасающихся деталей и препятствующей их относительному повороту или сдвигу.

Наиболее широко распространены в настоящее время ненапряженные шпоночные соединения с призматическими шпонками (рис. 4.1). Центрирование в этих соединений выполняют по диаметру посадки ступицы на вал.

Рис. 4.1. Конструктивная схема соединения с призматической шпонкой

Призматические шпонки имеют, как правило, закругленные концы и прямоугольное поперечное сечение, ширина и высотакоторого так же, как и длина, стандартизованы, и выбираются по справочным таблицам ГОСТ 23360-78 [2] в зависимости от диаметра вала(табл. 4.1). В качестве материала для изготовления данных шпонок в ответственных консструкциях обычно используется среднеуглеродистая сталь 45.

Таблица 4.1

Геометрические характеристики призматических шпонок из ГОСТ 23360-78

d, мм	Св.17до22	22-30	30-38	38-44	44-50	50-58	58-65	65-75
b, мм	6	8	10	12	14	16	18	20
h, мм	6	7	8	8	9	10	11	12
l, мм	14-70	18-90	22-110	28-140	36-160	45-180	50-200	56-220

Шпонки врезают по ширине в пазы вала и ступицы на глубину, равную примерно половине ее высоты. Рекомендуемые посадки для шпонки: в паз вала –Р9/h9, в паз ступицы –Js/h9. При этом для соединения вала со ступицей, например, зубчатого колеса следует выбирать посадки с натягом типаH7/p6.

Вращающий момент передается со ступицы на вал узкими боковыми гранями шпонки (рис. 4.1). При этом на них возникают напряжения смятия, а в продольном сечении шпонки – напряжения среза. Однако, у стандартных шпонок размерыиподобраны таким образом, что нагрузку соединения ограничивают не напряжения среза, а напряжения смятия. Поэтому определение работоспособности шпоночного соединения сводится к проверке его прочности по напряжениям смятия

, (4.1)

где - окружная сила от момента(Нм), действующая на боковую грань шпонки;- площадь смятия;- рабочая длина шпонки;- общая длина шпонки;- длина ступицы;- допускаемое напряжение смятия в неподвижных соединениях с призматическими шпонками [1].