Фиксирование в окружном направлении насаживаемой детали (колеса, шкива и т. п.) на валу часто осуществляют соединением с натягом (за счет сил трения). В таких соединениях диаметр подступичной части вала следует увеличивать на 5...10 % против соседних участков для снижения напряжений в зонах концентрации (на краях соединения).
При средних значениях вращающего момента и менее высоких требованиях к точности центрирования применяют шпоночные соединения (рис. 6, a), a при высоких вращающих моментах и повышенных требованиях применяют шлицевые соединения.
Для снижения напряжений на шлицевых и шпоночных участках валов целесообразно увеличивать диаметр подступичной части на 15...20 % по сравнению с диаметрами соседних участков вала. Если соединение (шлицевое или шпоночное) передает также осевое усилие, то насаженную на вал деталь (например, зубчатое колесо) фиксируют в осевом направлении с помощью буртика. Чаще буртик выполняют на гладкой части вала (рис.2).
Для крепления зубчатых колес на валах применяют призматические шпонки, длину l которых назначают приблизительно на 5 мм меньше длины ступицы из ряда стандартных значений, приведенных в табл. 2. Размеры поперечного сечения шпонки выбирают в зависимости от диаметра вала по ГОСТ 23360—78 (табл. 4).
Выбранную шпонку проверяют на смятие:
где Т – вращающий момент, передаваемый шпонкой, Нм; d – диаметр вала, мм; h – высота шпонки, мм; t – размер из табл. 4, мм;
lр– расчетная длина шпонки, мм (принимают lp= l- b – для шпонки со скругленными концами); z – число шпонок, выбирают z = 1 или 2;
[sсм] - допускаемые напряжения смятия, МПа.
Для неподвижных шпоночных соединений рекомендуют: при статической нагрузке [sсм] = 0,8sТ; при пульсирующей [sсм] = 0,55sТ; при знакопеременной [sсм] = 0,4sТ. Значение предела текучести sТ принимается для наименее прочного материала деталей соединения: шпонки, вала или втулки. При материале шпонок – сталь 45 или Ст.6 [sсм] =110…190МПа для стальной ступицы и [sсм]=70…100 МПа для чугунной ступицы. Большие значения допускаемых напряжений следует принимать при спокойной, нереверсивной нагрузке и меньшие при нагрузке с частыми пусками и остановками, а также при реверсивной нагрузке.
При перенапряжении соединения возможна установка второй шпонки под углом 180°к первой.
Рис. 6. Соединения призматическими шпонками: 1– распорная втулка
Таблица 4
Диаметр вала, d
Сечение шпонки
Радиус закругления пазов r или фаска s1´45°
Глубина паза
Длина l
b
h
вала t1
ступицы t2
Св. 12 до 17
2,3
10…56
» 17 » 22
0,25…0,4
3,5
2,8
14…70
» 22 » 30 » 30 » 38
8 10
7 8
3,3 3,3
18…90 22…110
» 38 » 44
3,3
28…140
» 44 » 50
0,4…0,6
5,5
3,8
36…160
» 50 » 58
4,3
45…180
» 58 » 65 » 65 » 75
18 20
11 12
7 7,5
4,4
4,9
50…200 56…220
» 75 » 85
0,6…0,8
5,4
63…250
» 85 » 95
5,4
70…280
Примечания. 1. Длину l (мм) призматической шпонки выбирают из ряда: 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280. 2. Пример обозначения шпонки с размерами b = 18 мм, h = 11 мм, l = 80 мм: «Шпонка 18 ´ 11 ´ 80 ГОСТ 23360—78».