§ 4. Шпоночные и шлицевые соединения

Шпонка - стальной брусок, вводимый между валом или осью и посаженной деталью (шкивом, зубчатым колесом, муфтой и т. д.) для их взаимного соединения, а также при передаче вращающего момента от вала к детали или от детали к валу. Шпонки делятся на две основные группы: клиновые и призматические.

К л и н о в а я шпонка забивается между валом и деталью молотом или затягивается винтом; при этом обеспечивается напряженное соединение. Клиновые шпонки (рис. 5) выполняются врезными, на лыске, фрикционными, с головкой (рис. 5, а) и без головки. Головка используется для выбивания шпонки при разборке соединения.

В р ез н а я клиновая шпонка (рис. 5, б) применяется в тех случаях, когда не требуется строгого центрирования детали на валу и при передаче больших моментов. Ослабление вала канавкой и неизбежный перекос детали являются недостатками врезных клиновых шпонок. Достоинство клиновой шпонки на л ы с к е - простота обработки вала, ее недостаток – передача меньшего момента.

Во избежание ослабления вала применяют ф р и к ц и о н н ы е клиновые шпонки (рис. 5, 8, г). Передача вращающего момента здесь происходит за счет сил трения между шпонкой и валом и между валом - и втулкой. Вал под шпонку не обрабатывается.

Недостатком фрикционной шпонки является передача незначительного вращающего момента.

К л и н о в ы е шпонки применяются в тихоходных переда чах низкой точности.

П р и з м а т и ч е с к а я ш п о н к а (рис. 6) выполняется в виде стального бруска прямоугольного поперечного сечения. Призматические шпонки всегда делаются врезными и закладываются в паз вала. Призматические шпонки не удерживают деталь от смещения по валу; с целью ее удержания используют установочные кольца, стопорные винты и т. п.

Кроме рассмотренных шпонок основных видов, существуют сегментные, тангенциальные и шпонки специальной конструкции. Шпонки выбираются по ГОСТу в зависимости от диаметра вала. длину шпонки обычно принимают равной 1 1,5d (здесь d – диаметр вала), но не больше длины ступицы детали (шкива, шестерни), соединяемой с валом.

Призматические шпонки проверяют на смятие выступающей узкой грани по формуле:

_см = Р/F_см [ ]_см

_см = 2M/dkl_см <[ ]_см (II.3)

где P=2M/d - давление на шпонку;

F_cм - площадь смятия;

М - крутящий момент;

k - высота площадки смятия:

1 - рабочая длина шпонки;

[ ]_cм - допускаемое напряжение смятия.

Если по расчету напряжение получаются выше допускаемых, следует увеличить длину шпонки. Когда это конструктивно невозможно, вводят вторую шпонку, располагая ее под углом 180⁰ к первой, когда же и этого недостаточно, переходят к шлицевому соединению.

Шлицевые (зубчатые) соединения деталей. Применяются при больших нагрузках. В данном случае при незначительном ослаблении вала увеличивается поверхность смятия и обеспечивается лучшее центрирование деталей на валу. Шлицевое соединение может быть неподвижным и подвижным.

В зависимости от формы выступов (рис. 7) различают: п р я м о б о ч н о е (рис. 7, а) шлицевое соединение с 4, 6, 8 и 10 шлицами; э в о л ь в е н т н о е шлицевое соединение, боковые поверхности шлицев очерчены по эвольвенте (рис. 7, б).

Шлицы проверяют на смятие боковых поверхностей по формуле:

_см = P/F_см [ ]_см.

или

_cм = 4M/d_cp (D - d) lz_раб [ ]_см (II.4)

где Р - окружное усилие;

F_см - площадь смятия:

d_cp = (D+d)/2- средний диаметр;

D и d - соответственно наружный и внутренний диаметры шлицев; l - рабочая длина шлицев;

z_раб - число шлицев, принимающих участие в передаче вращающего момента;

[ ]_см - допускаемое напряжение смятия.

Допускаемое напряжение на смятие зависит от термической обработки вала и детали, от характера шлицевого соединения (подвижное или неподвижное).