Вопрос 17. Шпоночные соединения. Виды шпонок. Расчёт шпоночных соединений.

Шпоночные и зубчатые соединения служат для закрепления деталей на осях и валах. Такими деталями являются шкивы, зубчатые колеса, муфты, маховики, кулачки и т. д. Соединения нагружаются в основном вращающим моментом.

Соединение клиновыми шпонками

Рабочими являются широкие верхние грани шпонки. Передача крутящего момента от вала к ступице в основном силами трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки. Запрессовка шпонки смещает центры вала и ступицы. Это смещение вызывает дисбаланс и неблагоприятно сказывается на работе механизма при больших частотах вращения.

Прочность по смятию широкой грани:

Соединение призматическими шпонками.

Момент передается с вала на ступицу боковыми узкими гранями шпонки. При этом на них возникают напряжения смятия а в продольном сечении шпонки ‑ напряжения среза (рис. 6.2).

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

,

У стандартных шпонок ГОСТ 23360-78 размеры и зависят от диаметра вала и подобраны так, что нагрузку соединения ограничивают не напряжения среза, а напряжения смятия. Поэтому при расчетах обычно используют только формулу (6.1).

Шпонки тангенциальные

Поперечное сечение прямоугольник. В поперечном сечении соединения шпонка одной своей широкой стороной располагается касательно к окружности вала ‑ втулки. Шпонка состоит из двух односкосных одинакового уклона клиньев, составленных таким образом, что узкие грани ‑ они являются рабочими ‑ параллельны. Эти шпонки применяются сравнительно редко.

Прочность узкой грани по смятию проверяется по условию

где - ширина фаски;

Сегментная шпонка является разновидностью призматической шпонки, так как принцип работы этой шпонок подобен принципу работы призматической шпонки. Основные размеры сегментных шпонок b×h×D (ширина, высота, диаметр заготовки) стандартизованы в зависимости от диаметра вала ГОСТ 24071-80. Длина шпонки l.

Аналогично соединению с призматической шпонкой для сегментной шпонки получим

При длинных ступицах можно ставить в ряд по оси вала две сегментные шпонки.

Соединения с цилиндрической шпонкой

Цилиндрическую шпонку используют для закрепления деталей на конце вала. Цилиндрическую шпонку устанавливают в отверстие с натягом. В некоторых случаях шпонке придают коническую форму.

Условие прочности соединения цилиндрической шпонкой по напряжениям смятия: