Разновидности шпоночных соединений

Шпоночные соединения подразделяют на ненапряженные и напряженные.

Ненапряженные соединения получают при использовании призматических (рис. 4.1) и сегментных (рис. 4.2) шпонок. В этих случаях при сборкесоединений в деталях не возникает предварительных напряжений. Для обеспечения центрирования и исключения контактной коррозии ступицы устанавливают на валы с натягом.

Напряженные соединения получают при применении клиновых (например, врезной клиновой, рис. 4.3) и тангенциальных (рис. 4.4) шпонок. При сборке таких соединений возникают предварительные (монтажные) напряжения.

Основное применение имеют ненапряженные соединения.

Соединения призматическими шпонками. Конструкции соединений призматическими шпонками изображены на рис. 4.1. Рабочими являются боковые, более узкие грани шпонок высотой h. Размеры сечения шпонки и глубины пазов принимают в зависимости от диаметра d вала. По форме торцов различают шпонки со скругленными торцами — исполнение 1 (рис. 4.1, а), с плоскими торцами — исполнение 2 (рис 4.1, б), с одним плоским, а другим скругленным торцом — исполнение 3 (рис. 4.1, в). Шпонку запрессовывают в паз вала. Шпонку с плоскими торцами кроме того помещают вблизи деталей (концевых шайб, колец и др.), препятствующих ее возможному осевому перемещению. Призматические шпонки не удерживают детали от осевого смещения вдоль вала. Для фиксации зубчатого колеса от осевого смещения применяют распорные втулки (1 на рис. 4.1), установочные винты (1 на рис.4.2) и др.

Соединения сегментными шпонками (рис. 4.2). Сегментные шпонки, как и призматические, работают боковыми гранями. Их применяют при передаче относительно небольших вращающих моментов. Сегментные шпонки и пазы для них просты в изготовлении, удобны при монтаже и демонтаже (шпонки свободно вставляют в паз и вынимают). Широко применяют в серийном и массовом производстве.

Соединения клиновыми шпонками (рис. 4.3). Клиновые шпонки имеют форму односкосных самотормозящих клиньев с уклоном 1: 100. Такой же уклон имеют и пазы в ступицах. Клиновые шпонки изготовляют без головок и с головками. Головка служит для выбивания шпонки из паза. По нормам

безопасности выступающая головка должна иметь ограждение (1 на рис. 4.3). В этих соединениях ступицу устанавливают на валу с небольшим зазором. Клиновую шпонку забивают в пазы вала и ступицы, в результате на рабочих широких гранях шпонки создаются силы трения, которые могут передавать не только вращающий момент, но и осевую силу. Соединение хорошо воспринимает ударные и переменные нагрузки.Соединения клиновыми шпонками применяют в тихоходных передачах.

Соединения тангенциальными шпонками (рис. 4.4). Тангенциальная шпонка состоит из двух односкосных клиньев с уклоном 1: 100 каждый. Работает узкими боковыми гранями. Клинья вводятся в пазы вала и ступицы ударом; образуют напряженное соединение. Распорная сила между валом и ступицей создается в касательном (тангенциальном) направлении. В соединении ставят две тангенциальные шпонки под углом 120°, каждая шпонка передает момент только в одну сторону.

Применяют для валов диаметром свыше 60 мм при передаче больших вращающих моментов с переменным режимом работы (крепление маховика на валу двигателя внутреннего сгорания и др.).

Расчет шпоночных соединений

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Шпонки выбираютпо таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок ипазов подобраны так, что прочность их на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений — расчетна смятие. Проверку шпонок на срез в большинстве случаевне проводят.

Соединения призматическими шпонками (рис. 4.5 и 4.1)проверяют по условию прочности на смятие:

Сила, передаваемая шпонкой, F_t = 2·10³Т/d. На смятие рассчитывают выступающую из вала часть шпонки. При высоте фаски шпонки площадь смятия

следовательно,

где T — передаваемый момент, Нм; d — диаметр вала, мм; h, t₁ — высота шпонки и глубина паза на валу, мм (таблица величин); [σ ]_см — допускаемые напряжения смятия (см. ниже); lp — рабочая длина шпонки; для шпонок с плоскими торцами lp = l, со скругленными lp = l – b.

При проектировочных расчетах после выбора размеров поперечного сечения шпонки b и h по таблице определяют расчетную рабочую длину l шпонки по формуле (4.1).

Длину шпонки со скругленными торцами lp = l+b или плоскими торцами lp = l назначают из стандартного ряда.

Длину ступицы lст принимают на 8...10 мм больше длины шпонки. Если длина ступицы больше величины 1, 5d, то шпоночное соединение целесообразно заменить на шлицевое или соединение с натягом.

Соединения сегментными шпонками (см. рис. 4.1) проверяют на смятие:

где lp ≈ l — рабочая длина шпонки; (h – t) — рабочая глубина в ступице.

Сегментная шпонка узкая, поэтому в отличие от призматической ее проверяют на срез.

Условие прочности на срез

где b — ширина шпонки; [τ ]_ср — допускаемое напряжение на срез шпонки (см. ниже).

Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой чистотянутой стали с σ _в ≥ 600 Н/мм² — чаще всего из сталей 45, Ст6.

Допускаемые напряжения смятия для шпоночных соединений:

при стальной ступице [σ ]_см = 130...200 Н/мм²;

при чугунной — [σ ]_см= 80... 110 Н/мм².

Бó льшие значения принимают при постоянной нагрузке, меньшие — при переменной и работе с ударами.

При реверсивной нагрузке [σ ]_см снижают в 1, 5 раза.

Допускаемое напряжение на срез шпонок [τ ]_ср — 70...100 Н/мм².

Большее значение принимают при постоянной нагрузке.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: