Глава 4. СОЕДИНЕНИЯ ВАЛ - СТУПИЦА (ШПОНОЧНЫЕ, ШЛИЦЕВЫЕ, С НАТЯГОМ)

4.1. Шпоночные соединения

Элемент соединения — шпонка препятствует относительному повороту вала и установленной на нем детали и предназначен для передачи вращающего момента. По форме стандартные шпонки делятся на призматические, клиновые, сегментные и тангенциальные.

Призматические и сегментные шпонки создают ненапряженные соединения ступицы детали с валом, сборка которых обычно производится с натягом. Клиновые и тангенциальные шпонки создают напряженные при их монтаже соединения, в которых рабочие поверхности шпонки и сопряженных с ней деталей находятся в напряженном состоянии еще до передачи нагрузки. В таких соединениях наблюдается перекос деталей при забивке шпонки в пазы вала и ступицы, поэтому область их применения ограничена.

Размеры сечений шпонки и пазов выбирают в зависимости от диаметра вала, длина шпонки выбирается исходя из длины ступицы (несколько меньше ее).

Материал шпонки — сталь сталь 45, сталь 50 и др.) с пределом прочности не ниже

Призматические шпонки (рис. 4.1) изготовляют обычно из чистотянутой стали прямоугольного сечения с отношением высоты к ширине от (для валов малых диаметров) до Узкие грани шпонки — рабочие. В тяжелонагруженных соединениях применяют шпонки призматические высокие, имеющие большую высоту и ширину.

Размеры призматических шпонок и сечений пазов приведены в табл. 4.1.

Сегментные шпонки (рис. 4.2 и табл. 4.2) применяют при валах

небольших диаметров (до 38 мм); соединения просты в изготовлении и сборке, однако вал ослабляется глубоким пазом под шпонку.

Клиновая шпонка (рис. 4.3) устанавливается в пазы вала и ступицы с боковыми зазорами. Размеры клиновых шпонок (ширина высота интервалы длин и длина и паза вала полностью соответствуют размерам призматических шпонок (см. табл. 4.1). Глубина паза ступицы приведена в табл. 4.3.

Рис. 4.1. Соединение с призматической шпонкой

Рис. 4.2. Соединение с сегментной шпонкой

Рис. 4.3. Соединение с клиновой шпонкой

Тангенциальные шпонки (рис. 4.4, табл. 4.4) из двух односкосных клиньев применяют для тяжелонагруженных валов в условиях реверсивного вращения. Натяг между валом и ступицей создается в окружном направлении. Обычно устанавливаются две шпонки под углом Длина шпонки выбирается на больше длины ступицы. При больших ударных нагрузках и частом реверсировании применяют усиленные тангенциальные шпонки по ГОСТ 24070-80.

Рис. 4.4. Соединение с тангенциальной шпонкой

Призматические и сегментные шпонки рассчитывают на смятие боковых граней, выступающих из вала:

где Т — передаваемый вращающий момент; — диаметр вала; — рабочая длина шпонки: для призматических шпонок с плоскими торцами со скругленными — где — полная длина шпонки; и — см. табл. 4.1 и 4.2; — допускаемое напряжение при смятии: при неподвижном соединении вала и стальной или чугунной ступицы. Если твердость вала и ступицы больше твердости шпонки, можно принимать

Клиновую шпонку рассчитывают на смятие рабочей поверхности с учетом трения:

где — см. табл. 4.1; f — коэффициент трения между ступицей

и шпонкой: при стальной ступице; при чугунной.

Тангенциальные шпонки рассчитывают на смятие рабочей грани:

где — коэффициент трения: и — см. табл. — иазначают, как и для клиновых шпонок.