Шпоночные соединения

К ненапряжённым шпоночным соединениям относятся соединения призматическими и сегментными шпонками. Шпонка – специальная деталь, закладываемая в пазы вала и ступицы (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Шпонка призматическая

При передаче крутящего момента Т на боковых гранях таких шпонок возникают напряжения смятия s_см, а в продольном сечениишпонки – напряжения среза t (рис. 11.2). Стандартные призматические шпонки рассчитывают по напряжениям смятия.

Рис. 11.2. Соединение призматической шпонкой

Условие прочности на смятие:

, (11.1)

где Т - крутящий момент, Н·мм; d - диаметр посадочного участка вала, мм; t ₂ - глубина паза ступицы детали вращения, мм; l_p – расчётная длина шпонки со скругленными торцами, мм;

l_р = l – b, (11.2)

где l - полная длина шпонки; b - ширина шпонки.

Длину шпонки принимают меньше длины ступицы (ступица – цилиндри-ческая втулка различных деталей: зубчатых колёс, шкивов, маховиков и др.). Длину ступицы детали вращения принимают больше диаметра вала из усло-вия центрирования по цилиндру по соотношению

l _ст = (1,2…1,5) d. (11.3)

Длину ступицы принимают по ГОСТ 6636 (прил. Г). Размеры сечений шпонок , а также их длину l выбирают по ГОСТ 23360 в зависимости от диаметра вала d по табл. 11.1.

Таблица 11.1

Размеры призматических шпонок и пазов, мм

Вал	Шпонка	Шпоночный паз
d_min	d_max	b	h	t ₁	t ₂
				3,5	2,8
					3,3
					3,3
					3,3
				5,5	3,8
					4,3
					4,4
				7,5	4,9
					5,4
					5,4
					6,4
Длины: l = 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400 мм. Материал – сталь чистотянутая для шпонок по ГОСТ 8787 c σ_в= 990 МПа.
Пример условного обозначения шпонки для диаметра d = 55 мм, l_р = 63 мм: Шпонка 14 9 63 ГОСТ 23360-78.

Допускаемое напряжение принимают [ s_см ] = 100 МПа при переходных посадках (основное соединение – шпоночное) и [ s_см ] = 150…200 МПа при посадках с натягом (основное соединение – прессовое). При переменной нагрузке их следует снижать на 20…25%, при ударной нагрузке – на 40…50%. При чугунной ступице напряжения уменьшают в два раза.

Пример 20. Подобрать и проверить на прочность шпоночное соединение призматической шпонкой входного вала редуктора 1ЦУ-160 при передаточном числе u = 4. Допускаемое напряжение [ s _см] = 100 МПа.

Решение.

По каталогу (прил. Д) для редуктора 1ЦУ-160 номинальный крутящий момент на выходном валу Т _вых= 1250 Н·м, КПД η = 0,98, диаметр хвостовика входного вала d _вх= 40 мм. Момент на входном валу из формулы (4.6):

Т _вх = Т _вых/(u · η) =1250/(4· 0,98) = 319 Н·м.

На хвостовике входного вала при диаметре d _вх= 40 мм принята шпонка с размерами сечения: ширина b = 12 мм, высота h = 8 мм, глубина паза втулки t ₂ = 3,3 мм (табл. 11.1). Длина ступицы – формула (11.3): l _ст = 1,2 d _вх = 1,2·4 = 48 мм. Принята l _ст = 60 мм (прил. Г). Принята длина шпонки l = 56 мм (табл. 11.1). Расчётная длина шпонки l _p = 56 – 12 = 44 мм. Рабочее напряжение смятия