6.2.1 Шпоночные пазы на валах и выбор шпонок

На валах в местах крепления деталей, передающих крутящий момент, выполняют шпоночный паз, размеры которого, а также размеры шпонок, стандартизированы (таблица 6.1). (По технологическим требованиям рекомендуется для разных ступеней одного и того же вала назначать одинаковые шпонки по сечению и длине исходя из ступени меньшего диаметра, имеющего шпоночный паз).

Длину шпонки назначают на 5–10 мм меньше длины ступицы из ряда стандартных значений (ГОСТ 23360-78): 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100.

В условном обозначении шпонки указывается ее ширина b, высотаhи длинаl, например: шпонка 12840 ГОСТ 23360-78.

Выбранную шпонку проверяют на смятие:

_см= 2T / [d(h–t₁)l_р][_см],

где Т– передаваемый крутящий момент, Н∙м;d– диаметр вала, м;h– высота шпонки, м;t₁– глубина паза вала, м;l_р– длина шпонки (при плоских торцахl_р=l), м; [_см] – допускаемое напряжение смятия, принимаемое при стальной ступице – 100–120, а при чугунной – 50–60 МПа.

Если напряжение смятия получается значительно ниже допускаемого, целесообразно взять шпонку меньшего сечения и повторить расчет; если больше, то необходимо ставить симметрично две шпонки или применять шлицевые соединения.

Таблица 6.1 – Основные размеры сечений призматических шпонок и пазов (ГОСТ 23360-78)

Диаметр вала d,мм				Глубина паза, мм		Сечение шпонки, мм
				вала t1	втулки t2	b	h
Свыше	17	до	22	3,5	2,8	6	6
"	22	"	30	4	3,3	8	7
"	30	"	38	5	3,3	10	8
"	38	"	44	5	3,3	12	8
"	44	"	50	5,5	3,8	14	9
"	50	"	58	6	4,3	16	10
"	58	"	65	7	4,4	18	11
"	65	"	75	7,5	4,9	20	12
"	75	"	85	9	5,4	22	14
"	85	"	95	9	5,4	25	14
"	95	"	100	10	6,4	28	16

6.2.2 Ступеньки на валах для посадки зубчатых колес и подшипников

Для свободного перемещения колеса до места посадки на валу делается ступенька в сторону уменьшения диаметра на 0,5–1,5 мм. При этом ступенька выполняется не за пределами насаженной шестерни (рисунок 6.3, а), а под ней (рисунок 6.3,б) за 1–3 мм до ее края с тем, чтобы распорная втулка, фиксирующая шестерню с другой стороны, упиралась в шестерню (см. рисунки 6.1,а; 6.3,б), а не в ступеньку (см. рисунок 6.3,а).

а)

б)

Рисунок 6.3 – Конструирование ступенек на валах в месте посадки зубчатых колес

При посадке подшипников внутреннее и наружное кольца упираются в буртики соответственно на валу и в корпусе. Для обеспечения надежного прилегания кольца к опорной поверхности буртика вала или корпуса необходимо, чтобы радиус закругления (галтели) буртика вала или корпуса у посадочных мест был меньше, чем радиус фаски соответствующего кольца подшипника [31, с. 274]. Высота hбуртиков, радиусы закругленийr₁на валу и в корпусе в зависимости от радиуса фасок колецrподшипника приведены в таблице 6.2 [22, ч. 2, с. 125; 28, т. 2, с. 168–175]. Диаметр буртика (заплечика)d_nдля упора подшипникаd_n [18, с. 45]

d_n =d_n + 3r,

где r– координата фаски подшипника.

Таблица 6.2 – Радиусы фасок колец r подшипника, галтелей вала или корпуса r₁ и высота буртиков h,мм

Радиус фаски подшипника rном	0,5	0,8	1,0	1,2	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	5,0
Радиус галтели r1 наиб	0,3	0,5	0,6	0,8	1	1	1,5	2,0	2,0	2,5	3,0
Высота буртика h	1	2	2,5	3	3	3,5	4,5	5	6	7	9

В ответственных узлах (например, оси железнодорожных скатов), где концентрация напряжений в местах изменения сечений должна быть сведена к минимуму, упор торца кольца подшипника осуществляется через специальную упорную шайбу, при наличии которой переход сечений вала может быть выполнен по пологому конусу (рисунок 6.4, а) или в виде комбинированной галтели (рисунок 6.4,б), рекомендуемые размеры которой определяют по формулам [31, с. 275].

При достаточном запасе прочности вала или стенок корпуса, когда концентрация напряжений в местах изменения сечения не является опасной, вместо радиусных закруглений можно применять проточки (рисунок 6.4, в,г) [31, с. 274].