Шпоночные соединениния

Шпонка – деталь, устанавливаемая в пазах двух соприкасающихся деталей и препятствующая относительному повороту или сдвигу этих деталей. Шпонки преимущественно применяют для передачи крутящего момента от вала к ступице зубчатых колес, шкивов и т.д. или, наоборот, – от ступицы к валу.

Шпоночные соединения могут быть разделены на две группы: а) ненапряженные, осуществляемые с помощью призматических и сегментных шпонок; б) напряженные – с помощью клиновых шпонок. Наибольшее применение имеют ненапряженные соединения призматическими шпонками с двумя скругленными концами, в которых для лучшего центрирования ступицы устанавливают на валы с натягом. Шпонки стандартизованы.

Размеры призматических шпонок выбирают по ГОСТ 23360–78 в зависимости от диаметра вала (табл. 4.16). Длину шпонки ℓ принимают на 5–10 мм меньше ступицы.

Рабочими гранями призматической шпонки являются боковые поверхности (рис. 4.52). Для упрощения и облегчения сборки шпоночных соединений между шпонкой и ступицей предусматривается радиальный зазор по высоте шпонки.

Прочность шпонки оценивается по напряжениям смятия σ_ni на рабочих гранях. Эти напряжения находят из уравнения равновесия ступицы (либо вала), полагая, что напряжения в зоне контакта распределены равномерно и плечо главного вектора напряжений равно 0,5d, где d – диаметр вала.

Таблица 4.16

Размеры шпонок призматических и пазов на валах по ГОСТ 23360-78

В этом случае условие прочности призматической шпонки на смятие можно выразить формулой:

где σ_ni – расчетное напряжение смятия; [σ_ni] – допускаемое напряжение смятия; F – окружное усилие на валу; T –крутящий момент, передаваемый соединением; t₁ – глубина паза вала; ℓ_p – рабочая длина шпонки, ℓ_p= ℓ-b.

Проверку прочности шпонки на срез обычно не производят, так как это условие удовлетворяется при использовании стандартных сечений.

Допускаемые напряжения смятия в неподвижных шпоночных соединениях при спокойной нагрузке рекомендуется принимать: при стальной ступице [σ_ni]=100..150МПа, при чугунной – [σ_ni]=60..80МПа. При работе со слабыми толчками эти значения уменьшают на одну треть, при ударной нагрузке – на две трети. При частном реверсировании допускаемые напряжения уменьшают в два раза.

Рис. 4.52