Машиностроение и механика

Соединения типа вал - ступица: шпоночные, шлицевые, Общая характеристика и особенности расчета

Для передачи вращения от вала к ступице зубчатого колеса, шкива, звездочки и других соосных деталей широко используют различные соединения зацеплением. В соединениях зацеплением (шпоночных, шлицевых и др.) передача нагрузки осуществляется за счет силового замыкания деталей через шпонки, зубья и дру­гие подобные детали. Благодаря этому соединения являются разъ­емными, осуществляют фиксацию деталей в окружном направлении и допускают осевое взаимное смещение деталей в процессе работы. Однако трудоемкость изготовления таких соединений сравнительно высокая.

Шпоночные соединения

Соединение двух соосных цилиндрических деталей (вала и ступицы) для передачи вращения между ними осуществляется с по­мощью шпонки 1 – специальной детали, закладываемой в пазы со­единяемых вала 2 и ступицы 3 (рис. 6.13).

В машиностроении применяют ненапряженные (без нагрузки) со­единения (с помощью призматичес­ких и сегментных шпонок) и на­пряженные соединения (с помощью клиновых шпонок). Шпонки этих типов стандартизованы, их размеры выбирают по ГОСТ 23360-78, ГОСТ 24071-80 и ГОСТ 24068-80.

Основные достоинства соединений состоят в простоте конст­рукции и возможности жесткой фиксации насаживаемой детали в окружном направлении.

Однако соединения трудоемки в изготовлении, требуют руч­ной пригонки или подбора. Это ограничивает использование со­единений в машинах крупносерийного и массового производства. Не рекомендуется применение соединений для быстро вращающихся валов ответственного назначения из-за сложности обеспечения

концентричной посадки сопрягаемых деталей.

Основным для соединений призматическими шпонками является условный расчет на смятие (упругопластическое сжатие в зоне контакта).

Если принять для упрощения, что напряжения в зоне контак­та распределены равномерно и плечо равнодействующей этих на­пряжений равно 0.5d (где d – диаметр вала), то средние кон­тактные напряжения (напряжения смятия, вызывающие смятие рабо­чих граней)

(6.9)

где T – вращающий момент; l_p – рабочая длина шпонки (см. рис. 6.13); t₂=0,4h– глубина врезания шпонки в ступицу; – допускаемое напряжение на смятие.

На практике сечение шпонки подбирают по ГОСТ 23360-78 в зависимости от диаметра вала, а длину l, шпонки назначают на 5-10 мм меньше длины ступицы. Затем по формуле (6.9) оценива­ют прочность соединения на смятие или вычисляют предельный мо­мент, соответствующий напряжению .