В авиационных конструкциях находят применение преимущественно соединения с призматической, сегментной и круглой шпонками.
Основные размеры соединения с призматической шпонкой определяются по ГОСТ 23360 – 78 и показаны на рис. 19.
Размеры сечений определяются по табл. 24 в зависимости от диаметра вала.
Рис.19
Таблица 24
Основные размеры соединения с призматической шпонкой ( по ГОСТ 23360 – 78 )
Диаметр вала, мм
Сечение шпонки,
Глубина паза вала,
Свыше 10 до 12
4×4
2,5
Свыше 12 до 17
» 17 » 22
» 22 » 30
5×5
6×6
8×7
3,0
3,5
4,0
Свыше 30 до 38
» 38 » 44
» 44 » 50
» 50 » 58
» 58 » 65
10×8
12×8
14×9
16×10
18×11
5,0
5,0
5,5
6,0
7,0
Свыше 65 до 75
» 75 » 85
» 85 » 95
» 95 » 110
» 110 » 130
20×12
22×14
25×14
28×16
32×18
7,5
9,0
9,0
10,0
11,0
Длина шпонки назначается по длине ступицы, установленной на валу детали, округляется до ближайшего из ряда длин шпонок: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100.
Проверка прочности соединения производится по напряжениям смятия боковых граней:
.
Здесь - расчетная длина с учетом типа исполнения шпонки (см. рис.19). При этом исполнение 1 является предпочтительным.
Допускаемое напряжение смятия определяется по формуле . При этом в качестве предела текучести принимается меньшее из трех значений – для материала вала, материала ступицы детали и материала шпонки. Допускаемый запас прочности принимается равным:
- при малоизменяющейся нагрузке;
- при ударной нагрузке и работе с частыми пусками и остановками.
Для реверсивного нагружения допускаемый запас прочности увеличивается на 30%.
Если условия прочности не обеспечиваются, возможно изменение материалов деталей соединения или замена шпоночного соединения шлицевым.
Основные размеры соединения с сегментной шпонкой определяются по ГОСТ24071 – 80 и показаны на рис. 20.
Рис.20
Соединение с сегментной шпонкой применяется преимущественно для установки на концевых участках валов деталей типа маховики, рукоятки и т.п. Концевые участки валов могут быть цилиндрическими или коническими.
Размеры шпонки выбираются в зависимости от диаметра вала по табл. 25.
Проверка прочности соединения производится на смятие боковых граней и срез шпонки:
и .
При этом допускаемое напряжение смятия определяется, как показано выше, а допускаемое напряжение среза по формуле , где - предел текучести на сдвиг для материала шпонки.
Расчетная длина соединения может быть принята равной
.
Таблица 25
Основные размеры соединения с сегментной шпонкой ( по ГОСТ 24071 – 80 )
Соединение с цилиндрическими шпонками не стандартизовано и применяется в конструкциях с общим торцом у ступицы детали и вала, допускающим изготовление отверстий в собранном виде, как показано на рис. 21.
Рис.21
Диаметр шпонки и ее длину рекомендуется принимать из нормализованных рядов диаметров и длин. При этом диаметр шпонки должен удовлетворять условию . Так как шпонка устанавливается в отверстие с натягом, распределение нагрузки по ее длине, а также между шпонками, если их несколько, более равномерное, чем для других типов шпонок. В этой связи допускаемые напряжения смятия увеличиваются на 25%. Расчет соединения сводится к определению требуемого числа шпонок по формуле
.
Если требуемое число шпонок превышает шесть, целесообразно заменить соединение на шлицевое.