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.
lшп b
 | |||
 | |||
h
 |  | ||
r = b/2
 |
lp
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:
sсм1 Реальное распределение
t1 t h sсм2
d b
Напряжения смятия:
Т.к. для стандартных шпонок t1>h - t1 , поэтому площадь смятия (1) меньше площади смятия (2) ( sсм1>sсм2 - 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.
lст
 |
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.
