Розрахунок шпонкових з’єднань

[1, с.138], [2, с.190], [3, с.52]

Вихідні дані (довільні):

 

- номінальний обертовий

момент Т = 52 Н·м;

- діаметр вала, на якому встановлена шпонка d = 24 мм;

- тип навантаження – постійне.

 

 

Рисунок 14.1 – Шпонкове з’єднання

 

ВИБІР РОЗМІРІВ ШПОНКОВОГО З’ЄДНАННЯ

За діаметром вала d, мм згідно зі стандартом вибираємо розміри шпонкового з’єднання (табл. 14.1, 14.2).

 

Таблиця 14.1 – Шпонки призматичні (ГОСТ 23360-78)

 

Діаметр вала d, мм	Переріз шпонки	Глибина пазів	Гранична довжина
b, мм	h, мм	t1, мм	t2, мм	min	max
від 12 до 17			3,0	2,3
< 17 < 22			3,5	2,8
< 22 < 30			4,0	3,3
< 30 < 38			5,0	3,3
< 38 < 44			5,0	3,3
< 44 < 50			5,5	3,8
< 50 < 58			6,0	4,3
< 58 < 65			7,0	4,4
< 65 < 75			7,5	4,9
< 75 < 85			9,0	5,4
< 85 < 95			9,0	5,4

 

Довжина призначається з ряду: 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200 мм.

Таблиця 14.2 – Шпонки сегментні (ГОСТ 24071-97)

 

Діаметр вала d, мм	Розміри шпонки b×h×R×l, мм	Глибина пазів
t1, мм	t2, мм
від 8 до 10	3×5×6,5×12,5	3,8	1,4
< 10 < 12	3×6,5×8×15,7	5,3	1,4
< 12 < 14	4×6,5×8×15,7	5,0	1,8
< 14 < 16	4×7,5×9,5×18,6	6,0	1,8
< 16 < 18	5×6,5×8×15,7	4,5	2,3
< 18 < 20	5×7,5×9,5×18,6	5,5	2,3
< 20 < 22	5×9×11×21,6	7,0	2,3
< 22 < 25	6×9×11×21,6	6,5	2,8
< 25 < 28	6×10×12,5×24,5	7,5	2,8

 

Згідно зі стандартом для d = 24 мм маємо: ширина призматичної шпонки
b = 8 мм; висота h = 7 мм; довжина l = 70 мм; глибина пазів відповідно
t₁ = 4,0 мм; t₂ = 3,3 мм.

 

ПЕРЕВІРКА МІЦНОСТІ ШПОНКОВОГО З’ЄДНАННЯ

НА ЗМИНАННЯ

,

де – діюче напруження зминання, МПа;

Т - номінальний обертовий момент, ;

d – діаметр вала, мм;

l₀ – робоча довжина шпонки, мм, для призматичної шпонки з округленими кінцями l₀ = l - b, а для шпонки з плоскими торцями l₀ = l;

h – висота шпонки, мм;

t₁ – глибина паза на валу, мм;

– допустиме напруження, МПа:

- при перехідних посадках маточини на вал:

Ø маточина зі сталі = (100...120) МПа;

Ø маточина із чавуну = (70...80) МПа;

- при посадках із гарантованим натягом маточини на вал:

Ø маточина зі сталі = (160...180) МПа;

Ø маточина із чавуну = (110...130) МПа.

Менші з наведених значень беруть для різко змінних навантажень шпонкового з’єднання. Для рухомих з’єднань з напрямними призматичними шпонками допустиме напруження значно знижують із метою запобігання задирів та обмеження спрацьовування. В цьому разі беруть
= (20...30) МПа.

(МПа).

Міцність з’єднання достатня, бо розрахункове напруження (23,30 МПа) практично дорівнює допустимому (25 МПа) для вибраної шпонки
8×7×70 за ГОСТ 22360 – 78.

ПЕРЕВІРКА ШПОНКОВОГО З’ЄДНАННЯ НА ЗРІЗ

,

де – діюче напруження зрізання, МПа;

– допустиме напруження зрізання, = 0,6 .

(МПа); (МПа); .

Коли умова міцності шпонкового з’єднання не виконується, треба збільшити робочу довжину шпонки l₀ або передбачити в з’єднанні дві шпонки, взаємно зміщені під кутом 180⁰.

 

У курсовому проекті необхідно провести аналогічні розрахунки для всіх шпонок, що використовуються.

 

Таблиця 14.3 – Табличний звіт розрахунків

Місце встановлення шпонки	Колесо швидкохідного вала	...	...
Діаметр вала, d, мм		...	...
ГОСТ і розміри шпонки b´h´l, мм	ГОСТ 23360 – 78 8×7×70	...	...
Допустимі напруження зминання , МПа		...	...
Діючі напруження зминання , МПа	23,30	...	...
Допустимі напруження зрізання , МПа		...	...
Діючі напруження зрізання , МПа	8,74	...	...

 

 

Зразок умовного позначення шпонки виконання 2 з розмірами: b = 18 мм, h = 11 мм, l = 100 мм. Шпонка 2–18×11×100 ГОСТ 23360 – 78. Рисунок 14.2 – Шпонкова канавка

Таблиця 14.4 – Допуски шпонкових пазів Вид з’єднання Допуск ширини паза на: валу маточині Вільне H9 D10 Нормальне N9 Js9 Щільне P9 P9 Примітка. Ширина шпонки h9.

Таблиця 14.5 – Граничні відхилення розмірів шпонки та пазу

Елемент з’єднання	Висота h	Довжина l
Шпонка	h9 (2…6) h11 (інші)	h14
Паз	-	H15