Общие сведения о шпоночных соединениях.

Шпоночное соединениеотносится кразъемным, служат для передачи крутящего момента от вала к ступице (или от ступицы к валу).

Выполняется механическим способом с помощью специальных соединительных деталей, устанавливаемых в пазах вала и ступицы – шпонок.

Шпоночные соединения делят на 2 группы:

• Напряженные(с помощью клиновых шпонок), в настоящее время не применяются;

• Ненапряженные(с помощью призматических или сегментных шпонок), в настоящее время применяются в основном в мелкосерийном производстве при невысоких скоростях вращения.

Достоинства:

Простота изготовления и низкая стоимость.

Недостатки:

1. Возможен перекос шпонки под нагрузкой (особенно призматические шпонки).

2. Трудность обеспечения взаимозаменяемости (необходима ручная подгонка).

3. Является концентратором напряжения.

4. Трудность обеспечения соосности вала и ступицы.

Призматические шпонки.

Имеют прямоугольное сечение, могут иметь плоские или скругленные края.

l_шп b

h

r = b/2

l_p

Для стандартных шпонок : .

Если d<20 мм, то шпонки в сечении квадратные.

Если d>100, то высота меньше, чем длина.

Шпоночное соединение можно показать двумя способами:

1.

d

2. D10/h9 – подвижное

соединение (посадка с

t₂ зазором)

Js9/h9- неподвижное и

t₁ h Нереверсивное (переходная)

b P9/h9- неподвижная

реверсивная

Шпонки на вал и на ступицу сажаются по посадке:

P9/h9- с натягом между валом и шпонкой.

Недостаток:

Возможен перенос шпонки под нагрузкой из-за ее неглубокой посадки на вал.

Сегментные шпонки.

Являются разновидностью призматической.

R

Достоинства:

Засчет более глубокой посадки в паз вала не перекашивается под нагрузкой. Однако, сильно ослабляется вал, поэтому их применяют при небольших моментах и диаметрах валов d<40 мм.

Критерии работоспособности и расчет шпоночных соединений.

Основные причины выхода из строя шпоночных соединений:

1. смятие боковых поверхностей шпонок или пазов вала и ступицы;

2. срез шпонки.

Т.о. основными критериями работоспособности шпоночных соединений являются прочность по напряжениям смятия и прочность по напряжениям среза.

Нарисуем схему взаимодействия и эпюры напряжений, возникающих в соединении:

_см1 Реальное распределение

t₁  h _см2

d b

Напряжения смятия:

Т.к. для стандартных шпонок t₁>h - t₁ , поэтому площадь смятия (1) меньше площади смятия (2) ( _см1>_см2 - для одинаковых материалов шпонки, вала и ступицы).

Поэтому расчет шпонки на смятие проводится по формуле:

(1)

Напряжения среза:

(2)

Покажем, что даже при напряжение среза .

Умножим выражение (1) на b и разделим на b:

(3)

Учитывая, что ,а , перепишем (3) в виде:

, если , а в стандарте .

Условие прочности на срез стандартных шпонок обеспечено при стандартизации , поэтому при расчетах стандартных шпонок необходима проверка только по напряжениям смятия.

Допускаемое напряжение на смятие:

Меньшее значение (80,150) для ступиц из чугуна, а большее (150,200) – из стали.

При ударной нагрузке напряжения смятия уменьшаются в 2 раза.