6.2. Напряженные шпоночные соединения.

Напряженные шпоночные соединения получают при применении клиновых и тангенциальных шпонок. При сборке таких соединений возникают предварительные (монтажные) напряжения.

Клиновые шпонки (ГОСТ 24068—80) представляют собой односкосные клинья с уклоном 1: 100 (см. рис. 6.1), которые ударами молотка забивают в пазы вала и ступицы. При этом создается напряженное соединение, передающее за счет сил трения как вращающий момент, так и осевую силу и препятствующее относительному смещению детали вдоль вала. Рабочими поверхностями клиновых шпонок являются верхняя и нижняя широкие грани. По боковым граням имеется зазор.

Достоинства соединения клиновыми шпонками:

- хорошее восприятие ударных и переменных нагрузок;

- способность воспринимать осевые нагрузки (нет необходимости фиксировать ступицу в осевом направлении).

Недостатки соединения клиновыми шпонками:

- при запрессовке происходит радиальное смещение ступицы по отношению к валу и перекос детали, что вызывает биение.

Из-за наличия биения данные соединения применяют в тихоходных передачах (.), поэтому применение клиновых шпонок ограничено.

6.3. Ненапряженные шпоночные соединения.

Ненапряженные шпоночные соединения получают при применении призматических и сегментных шпонок. При сборке таких соединений не возникает предварительных напряжений.

Соединения призматическими шпонками (ГОСТ 23360-78) имеют наибольшее распространение, см. рис. 6.2. Шпонку запрессовывают в паз вала (так называемая врезная шпонка). Рабочими поверхностями призматических шпонок являются узкие боковые грани. Для упрощения сборки между шпонкой и ступицей предусмотрен радиальный зазор. Призматические шпонки не удерживают детали от осевого смещения вдоль вала. Для фиксации деталей (колес, шкивов и т.д.) от осевого смещения применяют распорные втулки, проектируют дополнительные ступени вала и т.д.

По форме торцов различают шпонки трех исполнений: со скругленными торцами (А), с плоскими торцами (В), с одним плоским, а другим скругленным торцом (С), см. рис. 6.4.

Достоинства соединений призматическими шпонками:

- простота конструкции и низкая стоимость.

Недостатки соединений призматическими шпонками:

- низкая взаимозаменяемость (необходима ручная подгонка или подбор шпонки по пазу);

- малонадежны при действии ударных, реверсивных и циклических нагрузок.

Ширину и высоту призматических шпонок выбирают в зависимости от посадочного диаметра соединения (диаметра вала). Глубина врезания шпонки в ступицу (в приближенных расчетах) .

Соединения сегментными шпонками (ГОСТ 24071-80) являются разновидностью соединений призматическими шпонками (рис. 6.3). Сегментные шпонки, так же как и призматические, работают боковыми гранями.

Рис.6.4. Типы призматических шпонок.

Достоинства соединений сегментными шпонками:

- простота конструкции, взаимозаменяемость и технологичность (шпонки и пазы для них просты в изготовлении, удобны при монтаже и демонтаже);

- глубокая посадка шпонки предохраняет ее от выворачивания под нагрузкой.

Недостатки соединений сегментными шпонками:

- глубокий паз под шпонку значительно ослабляет вал (поэтому сегментные шпонки применяют для передачи небольших вращающих моментов).

Сегментные шпонки характеризуются шириной и диаметром заготовки . Высота шпонки , длина и расчетная длина .

Рис. 6.5. Шпоночные пазы в валу: закрытый (а) и открытый (б).

Рис. 6.6. Призматическая направляющая шпонка с креплением на валу.

Материал шпонок и допускаемые напряжения.

Стандартные шпонки изготавливают из углеродистой или легированной стали с пределом прочности . Величина допускаемых напряжений зависит от режима работы, прочности материала вала и втулки, типа посадки втулки на вал.

Для неподвижных соединений допускают:

при переходных посадках ;

при посадках с натягом .

Меньшие величины для чугунных ступиц и при резких изменениях нагрузки.

В подвижных (в осевом направлении) соединениях допускаемые напряжения значительно снижают в целях предупреждения задира и износа: .