Расчет шпоночных соединений.
Подразделяется на проектировочный и проверочный.
Проектировочный расчет шпонок:
Исходя из расчетного диаметра вала, подбирается по таблицам сечение шпонки, т.е. ее ширина и высота.
Это сечение может несколько в зависимости от серии шпонок легкой, средней или тяжелой.
При предварительном расчете выбираются шпонки средней серии.
Регулируемым параметром у шпонок является их длина.
Проверочный расчет шпонок:
Призматические и сегментные шпонки проверяются на смятие рабочих поверхностей.
Sсм – расчетная площадь паза в ступице.
Мкр – передаваемый валом крутящий момент;
d – диаметр вала;
h – высота сечения шпонки;
ℓ - расчетная длина призматической шпонки.
Для сегментных шпонок
При проектировании особо ответственных соединений шпонки дополнительно проверяются на срез.
- площадь среза шпонки.
Обычно длина шпонки принимается на 5 мм короче, чем длина ступицы. При выполнении проверочного расчета могут возникать следующие варианты:
Условие прочности не выполняется, т.е. σсм > [σсм].
В этом случае:
можно увеличить длину ступицы;
можно поставить через 180º вторую шпонку, но это существенно ослабит прочность вала;
переходят к шлицевым соединениям.
2. Запас прочности получается большим.
Длину шпонки можно уменьшить, уменьшая соответственно и длину ступицы.
Шлицевые соединения.
Многошпоночные соединения, в которых шпонки – это зубья, изготавливаемые вместе с валом, называются шлицевыми (зубчатыми) соединениями.
В зависимости от профиля зубьев различают:
Прямобочные;
Эвольвентные;
Треугольные.
Преимущества шлицевых соединений по сравнению со шпоночными:
Детали лучше центрируются на валах и имеют более точное направление при осевом перемещении;
Увеличивается суммарная рабочая поверхность зубьев;
Уменьшается глубина пазов. Нагрузка более равномерно распределяется по поверхности вала. Это повышает прочность соединения, особенно при динамических нагрузках.
Недостатки:
Шлицевые соединения сложнее изготавливать;
Существенно уменьшают прочность вала;
Создается значительная концентрация напряжений в зоне шлицев, уменьшение усталостной прочности такого вала.
Прямобочные шлицы.
Имеют наиболее широкое распространение. Выполняются с центрированием:
а) по боковым граням. Такое соединение обеспечивает более равномерное распределение нагрузки;
б) по наружному диаметру;
в) по внутреннему диаметру.
Центрирование по внутреннему и наружному диаметру обеспечивает более высокую соосность. Эти две разновидности центрирования зависят от твердости втулки.
Если НВ<350, то центрирование производится по наружному диаметру.
Выполняются шлицевые соединения трех серий:
Легкая (неподвижные, малонагруженные детали);
Средняя (для подвижных средненагруженных соединений);
Тяжелая (передача больших моментов передвижения втулок под нагрузкой).
Число зубьев в шлицевых соединениях может колебаться от 6 до 20. Основное преимущество данных соединений в том, что при передаче крутящего момента, втулка может передвигаться вдоль оси вала.
Эвольвентные шлицевые соединения.
Более прочные и долговечные. Применяются все более широко, но имеют сложность в изготовлении, особенно при окончательной обработке, т.е. шлифовке.
Соединения с треугольными зубьями.
Не стандартизированы, применяются редко. Как правило, для соединения тонкостенных втулок и пустотелых валов. Не передают полезный крутящий момент.