2.1.4. Призматические направляющие шпонки

Направляющие шпонки (рис. 2.6) выполняются с креплением винтами на валу, и поэтому относительно вала они неподвижны. Длину перемещения детали по валу определяет длина шпонки. Среднее отверстие служит для извлечения шпонки из вала. Размеры призматических направляющих шпонок с креплением на валу, размеры сечений пазов и предельные отклонения глубины паза определяются согласно ГОСТ 8790-79, винты для крепления выбираются согласно ГОСТ 1491-80. Предельные отклонения ширины шпоночного паза должны соответствовать полям допусков: вал/втулка Н9/D10, допускаются для термообработанных деталей предельные отклонения размера ширины паза вала, соответствующие полю допуска Н11. Длины шпонок выбираются из ряда: 22, 25, 28, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450 мм.

Пример условного обозначения призматической направляющей шпонки исполнения 2, размерами b = 22 мм, h = 14 мм, l = 90 мм: Шпонка 2-22х14х90 ГОСТ 8790-79

2.1.5. Призматические скользящие шпонки

Призматические скользящие шпонки крепятся с деталью и вместе с ней скользят относительно вала. Призматические скользящие сборные шпонки выполняются согласно ГОСТ 12208-66 и представляют собой собственно шпонку (деталь 1) и палец (деталь 2) (рис. 2.7.). Материал шпонок – сталь марки 45 (или других марок с механическими свойствами не ниже, чем у стали 45). Твердость призматической скользящей шпонки - HRC_э 30-34. Твердость призматической скользящей сборной шпонки: деталь 1 - HRC_э 35-40, деталь 2 - HRC_э 30-34.

Расчету подлежат призматические и сегментные шпонки. Основной нагрузкой шпоночных соединений является передаваемый с вала на втулку или с втулки на вал крутящий момент. Шпоночное соединение испытывает два вида деформации:

• смятие по боковым поверхностям;

• срез в сечении шпонки.

2.1.6. Расчёт на прочность ненапряжённых шпоночных соединений

Расчёту подлежат призматические и сегментные шпонки. Основной нагрузкой шпоночных соединений является передаваемый с вала на втулку или с втулки на вал крутящий момент. Шпоночное соединение испытывают на два вида деформации:

• срез в сечении шпонки (рис. 2.8а);

• смятие по боковым поверхностям (рис. 2.8б).

Расчет на смятие для шпоночных соединений основной, он производится по сопряжению паза втулки и шпонки.

Расчетная схема ненапряженного шпоночного соединения представлена на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Расчетная схема ненапряженного шпоночного соединения:

b – ширина шпонки; h – высота шпонки;

l – длина шпонки; l_p – рабочая длина шпонки

Условие прочности на смятие:

. (2.3)

Условие прочности на срез:

(2.4)

c учетом

, (2.5)

h₁ = h – t, A_см = h₁^. l _p,

получаем

(2.6)

Величины допускаемых напряжений зависят:

• от характера нагрузки (статическая или переменная);

• от характера работы соединения (допускается или не допускается взаимное перемещение вала и ступицы);

• от степени точности определения действующих нагрузок.

Допускаемые напряжения на смятие можно принимать в следующих пределах:

= 60-150 Н/мм²– при неподвижном соединении сопрягаемых вала и ступицы из стали, чугунного или стального литья;

= 30-50 Н/мм² – для неподвижных соединений, находящихся под нагрузкой, рабочие поверхности не закалены;

= 6…15 Н/мм² – для подвижных шпоночных соединений.

Допускаемые напряжения на срез = 100 Н/мм².

Порядок выбора шпонки:

1. По соответствующему ГОСТ (в зависимости от вида выбранной шпонки) выбирам для вала, имеющего заданный диаметр d, сечение шпонки b × h.

2. Принимаем длину шпонки l из рекомендованного ряда на 5 ÷ 10 мм меньше длины ступицы, на которую ставится шпонка.

3. Находим по указанным выше формулам напряжения на смятие и на срез

(достаточный расчет – на смятие) и сравниваем с допускаемыми напряжениями.

Если , используют один из приемов:

• призматическую нормальную шпонку заменяют высокой;

• при использовании призматических шпонок увеличивают длину шпонки в пределах ГОСТа;

• при использовании сегментных шпонок ставят две шпонки вдоль оси вала;

• заменяют шпоночное соединение шлицевым.