1.30. Шпоночные соединения, достоинства и недостатки, область применения. Типы призматических шпонок, способы изготовления шпоночных пазов.
Шпоночные соединения применяют для передачи вращающего момента между валом и ступицей, насаженной на вал детали, например, ступицей зубчатого колеса, шкива маховика и т.п. Передача вращающего момента между деталями соединения осуществляется с помощью шпонки.
Р
азделяют
на ненапряженные соединения, осуществляемые
призматическими, сегментными или
цилиндрическими шпонками, и напряженные,
осуществляемые клиновыми шпонками.
Различают неподвижные и подвижные
шпоночные соединения. В неподвижных
ступицы не могут перемещаться по валу
в осевом направлении.
Наибольшее применение в машиностроении получили призматические шпонки.
Достоинства:
- простота конструкции
- низкая стоимость
Недостатки:
- вал и ступица ослаблены шпоночными пазами
- в зоне шпоночного паза возникает концентрация напряжений, что снижает усталостную прочность
- трудно обеспечить взаимозаменяемость
- малая надежность при действии ударных, реверсивных и циклических нагрузках
Концы призматических шпонок могут быть плоскими или скругленными.
Обычно призматические шпонки вставляют в паз вала с натягом без дополнительного крепления, а в паз ступицы – с небольшим зазором.
О
севое
фиксирование шпонки на валу наиболее
просто осуществляют применением глухого
паза, изготавливаемого концевой
(пальцевой) фрезой (а). Предпочтительно
изготовление дисковой фрезой, при этом
достигается более высокая точность
размера b. Однако осевая
фиксация шпонки менее надежна (б). Пазы
в ступице выполняют долблением
(строганием) или протяжкой.
1.31. Соединения с призматическими шпонками, конструкция и метод расчета.
П
ризматические
шпонки стандартизированы и применяются
только в единичном производстве. Ширину
b и высоту h
обычных призматических шпонок выбирают
в зависимости от посадочного диаметра
d. Концы шпонок могут быть
плоскими или скругленными. Глубина
врезания в ступицу
при d<40 и
при d>40. Обычно призматические
шпонки вставляют в паз вала с натягом
без дополнительного крепления, а в паз
ступицы – с небольшим зазором.
При стандартизации размеры соединения
назначены таким образом, чтобы нагрузочную
способность соединения ограничивали
напряжения смятия
на
боковых гранях шпонки и пазов ступицы
и вала. В проектном расчете находят
требуемую рабочую длину
шпонки, в проверочном – достаточность
этой длины.
В
расчете распределение
условно
полагают равномерным:
Давлением на рабочих поверхностях шпонок и пазов, возникающих при посадке с натягом, пренебрегают.
Т – вращающий момент
d – посадочный диаметр
откуда рабочая длина шпонки:
Полная длина шпонки при скругленных концах:
Изготавливают шпонки из чистотянутой стали 45 или Ст.6.
1.32. Соединения с сегментными шпонками, конструкция и метод расчета.
С
оединения
с сегментными шпонками стандартизованы.
Сегментные шпонки применяют при серийном и более крупном масштабах производства. Используют только для неподвижных соединений.
Для сегментных шпонок пазы на валах обрабатывают дисковыми, калиброванными по ширине b фрезами. Шпонки изготавливают из чистотянутых сегментных профилей. Паз в ступице получают долблением (строганием) или протяжкой.
Достоинства:
- простота конструкции
- взаимозаменяемость и технологичность
- устойчивое положение шпонки исключает возможность ее перекоса
Недостатки:
- необходимость глубокой канавки под шпонку на валу ослабляет вал, а мала длина шпонок ограничивает нагрузочную способность соединения.
Характеризуются сегментные шпонки
шириной b и диаметром
заготовки D. Высота шпонки
,
длина
.
В расчетах глубину врезания шпонки в
ступицу принимают
.
Рассчитывают соединения с сегментными шпонками по напряжениям смятия:
Т – вращающий момент
d – посадочный диаметр
откуда рабочая длина шпонки: