Шпоночные соединения (рисунок 66) служат для передачи вращающего момента от вала к ступице или от ступицы к валу в зависимости от того, какая деталь является ведущей.
В машиностроении применяют ненапряженные соединения – с помощью призматических и сегментных шпонок и напряженные – с натягом с помощью клиновых шпонок. Шпонки этих типов стандартизированы; их размеры выбирают по стандартам.
Наиболее распространены призматические шпонки (рисунок 67, таблица 24), которые по сравнению с клиновыми обеспечивают более удобный монтаж и демонтаж, лучшее центрирование деталей.
Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента (ГОСТ 8787-68 и 8786-68) среднеуглеродистой чистотянутой стали Ст5, Ст6, 45, 50.
При изготовлении шпонок из стали по ГОСТ 8787-68 принимают допускаемое напряжение на смятие [sсм] = 100…140 МПа (меньшее значение для ступиц из чугуна и алюминиевых сплавов).
Свыше 30 до 38
» 38 » 44
» 44 » 50
» 50 » 58
» 58 » 65
5.5
3.3
3.3
3.8
4.3
4.4
0.25
0.4
Свыше 65 до 75
» 75 » 85
» 85 » 95
» 95 » 110
» 110 » 130
7.5
4.9
5.4
5.4
6.4
7.4
0.4
0.6
» 130 » 150
» 150 » 170
8.4
9.4
0.7
Призматические шпонки, применяемые в проектируемых редукторах, проверяют на смятие. Проверке подлежат две шпонки тихоходного вала – под колесом и элементом открытой передачи или полумуфты и одна шпонка на быстроходном валу – под полумуфтой или элементом открытой передачи.
Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Соединения призматическими шпонками проверяют по условию прочности на смятие.
Условие прочности на смятие:
,
где Tк– передаваемый вращающий момент; d – диаметр вала в месте установки шпонки; Асм – площадь смятия:
Aсм = (h – t1)×lр,
где lр – рабочая длина шпонки со скругленными торцами lр = l – b (l – полная длина шпонки, определенная по конструктивной компоновке); h, b – высота и ширина шпонки; t1 – глубина паза втулки (таблица 24).
Призматические шпонки выполняют прямоугольного сечения (ГОСТ 23360-78 или СТ СЭВ 189-75). Рабочими у них являются ботовые, более узкие грани. Шпонка удерживается в пазу вала силами трения за счет посадки с натягом . Ширину шпонок выбирают равной b = (0,25...6,3)d. Длину шпонки ℓ принимают в соответствии с длиной ступицы колеса или по расчету из условия прочности на смятие. Принятое значение длины шпонки должно быть согласовано с СТ СЭВ 189-75 ( 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 36. 40, 45, 50,56, 63, 70, 80, 90, 100, 110. 125, 140, 160, 180, 200).
Условие прочности призматической шпонки на срез имеет вид
T ≤ 0,5 · d · b · l · [τ]СР
где d – номинальный диаметр вала;
b – ширина шпонки;
l – длина шпонки;
T – момент, передаваемый валом
[τ]СР – допускаемое напряжение среза для стальных шпонок принимают равным [τ]СР = 60...90 МПа.
Поскольку размеры сечений шпонок стандартизованы и принимаются в зависимости от диаметра вала d, то их расчет сводится к проверке выбранных размеров по напряжениям смятия:
где h – высота шпонки.
[σ]СМ – допускаемое напряжение смятия, для стальной шпонки и чугунной ступицы [σ]СМ = 60...80 МПа; для стальных шпонки и ступицы [σ]СМ = 120...150 МПа.