Шпоночные соединения

Цель - изучение конструкций шпоночных соединений, области их применения, преимуществах и недостатках, способах сборки и разборки, выполняемых функциях. Уяснение используемых видов шпонок, посадки при установке шпонки в шпоночные канавки, выбор материалов и изучение методов расчета на прочность.

Шпоночные соединения служат для передачи крутящего момента посредством шпонки соединяющей вал и установленную на нем деталь (рис.2.33). Шпонки обычно используют в малонагруженных соедине­ниях. К недостаткам соединений этого типа относят невысокую несу­щую способность, снижение прочности соединяемых деталей шпоночными пазами, трудоемкость в изготовлении. К достоинствам можно отнести простоту сборки-разборки и предохранительные свойства соединения при срезе шпонки в случае возрастания крутящего момента.

Рис. 2.33 Шпоночное соединение

В соединениях находят применение следующие виды шпонок: клиновые, призматические и сегментные. Клиновые шпонки в настоя­щее время применяется редко и только в соединениях не требующих точного центрирования (рис. 2.34). Недостатком таких соединений является радиальное смещение осей вала и ступицы, приводящее к их несоосности, возникновение больших напряжений из-за натяга, трудность демонтажа.

Наибольшее распространение получили соединения с призмати­ческими шпонками, устанавливаемыми в пазу по посадкам с натягом (врезные шпонки) или по посадке (закладные шпон­ки).

Рис. 2.34 Соединение клиновой шпонкой

Призматические шпонки располагаются в пазах вала и втулки и передают крутящий момент боковыми гранями (рис. 2.35). При этом в поперечном сечении возникает напряжение среза , а на боко­вых гранях - напряжение смятия - . Недостатком призматичес­ких шпонок является трудность обеспечения их взаимозаменяемости. При сборке иногда требуется подбор шпонки по пазу или пригонка, что ограничивает их применение в крупносерийном производстве. В шпоночном соединении необходимо обеспечить радиальный зазор между шпонкой и ступицей предназначенный для облегчения сборки и иск­лючения напряжений смятия в ступице от возможного натяга. Однако наличие зазора вызывает дополнительные динамические нагрузки.

Ступицы устанавливают на вал обычно по посадке , а в сое­динениях с циклическими или

динамическими нагрузками с натягом типа .

Рис.2.35 Призматические шпонки

Пазы в ступице выполняют долблением на долбежном станке или протягиванием специальной профильной протяжкой, а на валу - фрезе­рованием пальцевой или дисковой фрезой (рис. 2.36).

Рис. 2.36 Изготовление шпоночных пазов

В соединениях используется три разновидности шпонок (рис.2.35): с закругленными торцами (исполнение I), с закругленным и плоским торцами (исполнение 2) и с плоскими торцами (исполнение 3). Размеры призматических шпонок можно выбрать по стандарту.

Сегментные шпонки (рис. 2.37) обладают технологическими преимуществами по сравнению с призматическими. Обработка пазов выполняется дисковыми фрезами с большой точностью и производитель­ностью, а шпонки нарезают из чистотянутых сегментных профилей.

Вследствие значительного местного углубления на валу сегментные шпонки устанавливают преимущественно в массивных валах или в малонагруженных соединениях. Размеры сегментной шпонки: диаметр - , длина - , толщина -b и высота - h зависят от диаметра вала и представлены в справочниках.

Рис. 2.37 Соединение сегментной шпонкой

На чертежах шпонка обозначается размерами и номером ГОСТа.

Шпонки общего применения изготавливают из углеродистых ста­лей СТ 45,50,60. В нагруженных соединениях применяют шпонки из леги­рованных сталей 40Х с термообработкой до HRC35-45

Для неподвижных шпоночных соединений, при спокойной нагрузке реко­мендуются следующие предельные отклонения размеров: для призмати­ческой или сегментной шпонки – , для паза вала - , для паза ступицы - .

После определения размеров шпонки в соответствии с конструк­тивными особенностями соединяемых деталей, производят провероч­ный расчет на прочность. Для призматической шпонки, как отмечалось ранее, напряжения среза и смятия найдутся из соотношения:

,

где - крутящий момент,

- справочный размер, - расчетная длина шпонки.

Для сегментной шпонки расчет на срез выполняется по выше приведенной формуле, а напряжения смятия равны ,

где l- длина сегментной шпонки, R= h – t- справочный размер, t- глубина паза.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение шпонок и какие типы шпонок стандартизованы?

2. В каких случаях используют призматические шпонки, а в каких сегментные?

3. От чего зависят размеры поперечного сечения шпонки и как найти ее длину?

4. Как проводится проверочный расчет призматических шпонок?