Вибір і розрахунок шпонкових з’єднань

Шпонки призначаються для передачі крутного моменту від вала до маточини деталі (зубчастого колеса, шківа і та. інш.) або, навпаки, від маточини до вала. В окремих випадках крім передачі крутного моменту шпонки фіксують насаджені на вал маточини в осьовому напрямку. Основні типи шпонок стандартизовані і підбираються по таблицях стандарту залежно від діаметра вала (див. табл. 10.1). Шпонки виготовляють зі сталі Ст5, Ст6; 45; 50; 55; 60 і інших більше міцних марок з межею міцності σ_в=590 МПа, що набагато в деяких випадках перевищує межу міцності матеріалів з яких виготовляються насаджені на вал деталі.

Таблиця 10.1.

Діаметр вала d	Переріз шпонки	Фаска	Глибина пазу	Довжина l
b	h	вала t1	маточини t2
Вище 12 до 17			0,25…0,4		2,3	10…56
17 - 22			3,5	2,8	14…70
22 - 30			0,4…0,6		3,3	18…90
30 - 38				3,3	22…110
38 - 44		28…140
44 - 50			5,5	3,8	34…160
50 - 58				4,3	45…180
58 - 65				4,4	50…200
65 - 75			0,6…0,8	7,5	4,9	56…220
75 - 85				5,4	63…250
85 - 95			70…280

Рис. 10.1. Розрахункова схема для шпонкового з’єднання

Тому з'єднання, які здійснюються за допомогою призматичних або сегментних шпонок, перевіряють на зминання робочих поверхонь шпонкового пазу маточини (рис. 9.1) по формулі

(10.1.),

де F_t – окружна сила;

S_см - розрахункова площа зминання паза в маточині;

Т - обертальний момент;

t₂ - глибина паза маточини;

l_р - робоча довжина призматичної шпонки;

[ σ_см ] - допустима напруга зминання: при чавунних маточинах, [ σ_см ] = 60...90 МПа; при сталевих маточинах [ σ_см ]=100... 150 МПа. Менші значення допустимих напруг зминання, приймають при передачі нерівномірних або ударних навантажень.

При проектуванні відповідальних з'єднань призматичну і сегментну шпонки крім зминання перевіряють також на зріз:

(10.2.),

де S_cp - площа зрізу шпонки;

b — ширина шпонки;

[ τ_ср ] = 60... 100 МПа; менші значення приймають при нерівномірному або ударному навантаженні.

Довжина шпонки повинна бути на 3...10 мм менше довжини маточини деталі, яка насаджується на вал.

10.2. Приклад розрахунку шпонкового з’єднання

Обрати за ГОСТом призматичну шпонку і перевірити шпонкове з’єднання на міцність при умові, що діаметр вала , довжина ступиці колеса ,обертальний момент, що передається шпонковим з’єднанням , матеріал вала – Сталь 45, матеріал маточини колеса – 40Х.

Згідно з діаметром вала і довжини маточини колеса приймаємо за ГОСТом 23360-78 (СТ СЭВ 189 -75) призматичну шпонку 10х8х45. Приймаємо для шпонки Сталь 45.

Перевіримо з’єднання на зминання:

Умова виконана.

Перевіряємо з’єднання на зріз:

Умова виконана.