Размеры призматических шпонок.

Поперечное сечение шпонки имеет форму прямоугольника. Размеры сечения призматических шпонок стандартизованы для различных диаметров валов.

 

 

 

Ориентировочные размеры шпоночного соединения призматической шпонкой:

Ширина шпонки, шпоночных пазов вала и ступицы -

b» (0,2…0,3)×d, где d - диаметр вала;

отношение высоты шпонки к её ширине h/b = 1:1…1:2;

глубина шпоночного паза на валу t1=0,6×h;

глубина паза ступицы - t2=0,5×h;

радиальный зазор между дном паза ступицы и верхней гранью шпонки с=0,1×h.

Шпонка в паз вала устанавливается в большинстве случаев по более плотной посадке по сравнению с пазом ступицы. Посадки назначаются в зависимости от условий работы соединения.

Поля допусков шпонки: b – h9, h – h9, h11,; паза вала: b – H9, N9, P9, t1 – H14 или h14; паза ступицы: b – D10, Js9, P9.

 

Сегментные шпонки

Рис.3 Соединение сегментной шпонкой

 

Достоинства:

1) не требует индивидуальной подгонки;

2) не подвержена опрокидыванию;

3) удобнее для сборки соединения.

Недостаток: сильнее ослабляет поперечное сечение вала.

Применяются на участках валов, нагруженных незначительными изгибающими моментами.

Такими участками обычно являются их концевые участки.

Несущая способность призматических и сегментных шпонок на срез обычно несколько выше их несущей способности на смятие, поэтому проверочный расчет выполняется по напряжениям смятия:

 

Для призматических шпонок из стали 45:

при постоянной нагрузке и непрерывной работе
[s]см = (50…70) МПа,

при работе соединения с 50% загрузкой по времени -
[s]см = (130…180) МПа,

при проверке соединения на предельные статические нагрузки [s]см = 200 МПа.

Для подвижных соединений с целью предупреждения образования задиров и заедания при осевом перемещении ступицы допускаемые напряжения снижают ещё в 2…4 раза. При незакалённых поверхностях соединяемых деталей подвижного соединения принимают [s]см = (10…30) МПа.

 

Цилиндрические шпонки

Рис.4 Соединение цилиндрической шпонкой

 

По условиям изготовления и сборки соединения применяют на концевых участках валов.
Подбор диаметра шпонки производят по напряжениям смятия:

 

 

где T – передаваемый крутящий момент; а геометрические параметры соединения, входящие в формулу представлены на рис. 4.

Тангенциальная шпонка

Рис. 5. Соединение тангенциальной шпонкой

 

Состоит из двух деталей, каждая из которых выполнена в форме призматического клина с прямоугольным поперечным сечением (рис. 5).

Тангенциальные шпонки ставятся парами с углом между опорными поверхностями шпонок на валу 120…180°.

Достоинства тангенциальных шпонок:

материал тангенциальной шпонки работает на сжатие (большинство материалов на сжатие имеет более высокую прочность по сравнению с прочностью на срез);

более благоприятная форма шпоночного паза в отношении концентрации напряжений.

Недостатком тангенциальной шпонки можно считать её конструктивную сложность (шпоночный комплект – 4 детали).

 

Клиновые шпонки

 

Рис.6. Соединение клиновой шпонкой: а) продольный разрез; б) напряжённое состояние после сборки; в) усилия в шпоночном пазе вала в процессе работы.

 

Передают момент посредством сил трения, возникающих при взаимодействии шпонки с поверхностями шпоночных пазов вала и ступицы (рис.6). Уклон клина клиновых шпонок, как и у тангенциальных, составляет 1:100. При сборке соединения клиновая шпонка внешним усилием, иногда ударами, загоняется в шпоночный паз, создавая предварительный натяг в соединении.

Преимущества клиновых шпонок:

1) не требуется дополнительных деталей, удерживающих ступицу от осевого перемещения;

2) соединение с клиновой шпонкой может выдерживать и некоторую осевую нагрузку;

3) хорошо работают при действии переменных нагрузок.

Недостатки клиновых шпонок:

1) сильная децентровка ступицы относительно геометрической оси вала;

2) возможен значительный перекос ступицы при малой её длине и осевое биение обода закрепляемой детали (шкива, звёздочки, зубчатого колеса);

3) затруднена разборка при ремонте.

Соединение применяется для крепления шкивов и звёздочек на кон­цевых участках валов.

Выбор допускаемых напряжений производится по материалу наименее прочной детали соединения, при этом допускаемые напряжения смятия:

 

где [n] – нормативный коэффициент запаса зависит от требований надёжности и работоспособности, предъявляемых к соединению. Обычно 1,5 £ [n] £ 2.