Шпоночные соединения. Классификация, расчет, применение.

Все основные виды шпонок можно разделить на клиновые и приз­матические. Первая группа шпонок образует напряженные, а вторая — ненапряженные со­единения. Размеры шпонок и допуски на них стандартизованы.

Соединение клиновыми шпонками (например, врезной клиновой шпонкой — рис 6.1) характеризуется свободной посадкой ступицы на вал (с зазором); расположением шпонки в пазе с зазорами по боковым граням.

передачей вращающего момента от вала к ступице в основном силами трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки. Запрессовка шпонки смещает центры вала и ступицы на некоторое значение Δ, равное половине зазора посадки и деформации деталей.

Клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали, при котором ее торцовая плоскость не будет перпендикулярна оси вала

Обработка паза в ступице с ук­лоном. Такая пригонка совершенно недопу­стима в условиях массового производства. Эти недостатки послужили причиной того, что применение клиновых шпонок резко сократилось в условиях современного производства.

Соединение призматическими шпонками ненапряженное. Оно тре­бует изготовления вала и отверстия с большой точностью. Во многих случаях посадка ступицы на вал производится с натягом. Момент передается с вала на ступицу боковыми узкими гранями шпонки При этом на них возникают напряжения смятия σсм, а в продольном сечении шпонки напряжения среза τ (рис. 6.2).

Для упрощения расчета допускают, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты, напряжения σсм распределяются равно­мерно по высоте и длине шпонки, а плечо равнодействующей этих напряжений равно ~ d/2. Рассматривая равновесие вала или ступицы при этих допущениях, получаем условия прочности в виде:

, (1)

У стандартных шпонок размеры b и h подобраны так, что нагрузку соединения ограничивают не напряжения среза, а напряжения смя­тия. Поэтому при расчетах обычно используют только формулу (1). В некоторых конструкциях подвижных соединений целесообразно применять короткие шпонки, прикрепленные к ступице.

Сегментная и цилиндрическая шпонки являются разновидностью призматической шпонки, так как принцип работы этих шпонок по­добен принципу работы призматической шпонки. Глу­бокая посадка шпонки обеспечивает ей более устойчивое положение, чем у простой призматической шпонки. Однако глубокий паз значи­тельно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки применяют главным образом для закрепления деталей на малонагруженных участ­ках вала, например на концах валов.

Цилиндрическую шпонку используют для закрепления деталей на конце вала. Отверстие под шпонку сверлят и обрабатывают разверткой после посадки ступицы на вал.

При больших нагрузках ставят две или три цилиндрические шпонки, распо­лагая их под углом 180 или 120°. Цилиндрическую шпонку устанав­ливают в отверстие с натягом. В некоторых случаях шпонке придают форму.

Призматические шпонки широко применяют во всех отраслях машиностроения. Простота конструкции и сравнительно низкая стоимость — главные достоинства этого вида соединений. Поэтому шпоночные соединения не рекомендуют для быстроходных динамически нагруженных валов. В тех случаях, когда одна шпонка не может передать заданного момента, устанавливают две или три шпонки. При этом следует учи­тывать, что постановка нескольких шпонок связана с технологиче­скими затруднениями, а также ослабляет вал и ступицу. Поэтому многошпоночные соединения почти не применяют. Их заменяют зубчатыми соединениями.