Общие сведения о шпоночных соединениях

Общие сведения о шпоночных соединениях.

Шпоночное соединение относится к разъемным,  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:

Рекомендуемые материалы

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:

                                                                        

       s_см1                                      Реальное распределение    

                                                                

  t₁                     t    h                    s_см2

                                                              

             d             b                                   

                                                                             

                                                             

Напряжения смятия:

Т.к. для стандартных шпонок  t₁>h - t₁ , поэтому площадь смятия (1) меньше площади смятия (2) ( s_см1>s_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.

Конструирование шпоночных соединений.

                                         l_ст

                                                       1¸2мм

                                                               1

                            2

1-H7/d11-зазор

Рекомендуем посмотреть лекцию "Предисловие автора".

2-H7/p6- прямозубые цилиндрические передачи,

   H7/r6- косозубые цилиндрические и конические,

   H7/s6- червячные передачи.

Если шпоночное соединение не проходит по напряжениям смятия (), то необходимо увеличить длину ступицы, но не более чем .

Если и теперь шпонка не проходит, то переходим к шлицевому соединению.