Проверка прочности шпоночных соединений

В курсовых проектах для соединения вала с деталями, предающими вращение, чаще всего применяют призматические шпонки из стали, имеющей σ_в ³ 600 МПа, например из сталей 45 или Ст6.

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала d, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов подобраны так, что их прочность на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений — расчет на смятие.

Условие прочности призматической шпонки на смятие:

.

где

Т – передаваемый крутящий момент;

d – диаметр вала в месте установки шпонки;

h – высота шпонки;

t ₁– глубина паза ступицы;

(l – b) – расчетная длина шпонки со скругленными концами.

Длину шпонки назначают из ряда (см. табл. 52) таким образом, чтобы она была несколько меньше длины ступицы l = l _ст–(5¸10)мм

Допускаемое напряжение смятия [s_см] = 100 ¸120МПа – при стальной ступице и спокойной нагрузке, при колебаниях нагрузки [s_см] следует снижать на 20¸25%. При чугунной ступице – [s_см] = 50¸60 МПа.

Таблица 52

Шпонки призматические (по ГОСТ 23360-78, с сокращениями). Размеры, мм.

Диаметр вала d	Сечение шпонки b × h	Глубина паза
вала	втулки
Св. 10 до 12	4×4	2,5	1,8
Св. 12 до 17	5×5	3,0	2,3
Св. 17 до22	6×6	3,5	2,8
Св. 22 до30	8×7	4,0	3,3
Св. 30 до 38	10×8	5,0	3,3
Св. 38 до 44	12×8	5,0	3,3
Св. 44 до 50	14×9	5,5	3,8
Св. 50 до 58	16×10	6,0	4,3
Св. 58 до 65	18×11	7,0	4,4
Св. 65 до 75	20×12	7,5	4,9
Св. 75 до 85	22×14	9,0	5,4
Св. 85 до 95	25×14	9,0	5,4
Св. 95 до 110	28×16	10,0	6,4
Примечания: 1. Длину шпонки l выбирают из ряда: 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100;110; 125; 140; 160; 180; 200…(до 500). 2. Пример условного обозначения шпонки сечением b×h =20×12, длиной 90 мм; Шпонка 20×12×90 ГОСТ 23360-78.

Если условие прочности не соблюдается, то необходимо увеличить длину шпонки и соответственно ступицы. Если при проверке s_см окажется значительно ниже [s_см], то можно взять шпонку меньшего сечения, как для вала предыдущего диапазона диаметров, но обязательно проверить на смятие.