Шпоночные соединения
Лекция №21
Шпонки служат для передачи крутящего момента к ступице детали или наоборот. В отдельных случаях кроме передачи крутящего момента шпонки фиксируют насаженные на вал ступицы в осевом направлении.
Основные типы шпонок стандартизированы. Шпоночные соединения могут быть разделены на две группы:
1. Ненапряженные, осуществляемые призматическими или сегментными шпонками;
2. Напряженные – посредством клиновых шпонок.
Призматические шпонки выполняют прямоугольного сечения с соотношением высоты к ширине сечения от 1:1 для валов малых диаметров до 1:2 для валов больших диаметров (рис. 21.1). Концы выполняют плоскими и скругленными. Рабочими у призматических шпонок являются боковые грани. Шпонку врезают в вал на глубину около 0,6 от ее высоты h. В радиальном направлении предусматривается зазор. Обычно в соединение ставят одну призматическую шпонку. При большой напряженности конструкции иногда применяют по две шпонки, которые устанавливают под углом 120° и 180°.
|
|
Недостатком призматических шпонок является трудность обеспечения их взаимозаменяемости, т.е. необходимость ручной пригонки.
Призматические шпонки по назначению разделяют на:
1. Простые, предназначенные только для передачи крутящего момента;
2. Направляющие и скользящие, служащие также для направления при осевом перемещении.
Простые шпонки закладывают в паз вала, соответствующий длине шпонки, без крепления. Направляющие шпонки дополнительно притягивают к валу винтами. Это делается для устранения повышенного трения и износа, связанного с перекосом шпонок (рис. 21.2).
Скользящие шпонки, т.е. шпонки, перемещающиеся вместе со ступицами вдоль вала, применяют при необходимости больших осевых перемещений. Их выполняют с цилиндрическими выступами – головками, которые входят в соответствующие отверстия в ступицах. Это позволяет делать шпонку короткой. Момент передается с вала на ступицу боковыми узкими гранями шпонки. При этом на них возникают напряжения смятия sсм, а в продольном сечении шпонки – напряжения среза sср. Для простоты расчета допускают, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты, напряжения смятия sсм распределяются равномерно по высоте и длине шпонки, а плечо равнодействующей этих напряжений равно .
Рассматривая равновесие вала или ступицы при таких допущениях, получим условие прочности в виде
; (21.1)
, (21.2)
где - рабочая длина шпонки.
У стандартных шпонок размеры b и h подобраны так (рис. 21.3), что нагрузку соединения ограничивают не напряжения среза, а напряжения смятия, поэтому при проверочных расчетах обычно используют формулу (21.1).
|
|
Сегментная шпонка является разновидностью призматической шпонки, т.к. принципы работы этой шпонки подобны принципу работы призматической шпонки.
Сегментные шпонки самые технологичные из-за легкости изготовления самих шпонок и пазов для них. Глубокая посадка шпонки обеспечивает ей более устойчивое положение, чем у простой призматической шпонки.
Это предохраняет шпонку от перекоса (выворачивания) под нагрузкой. Однако глубокий паз значительно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки применяют на малонагруженных участках вала. Условие прочности
где h 1 – справочный размер для расчета на смятие.