Разновидность шпоночных соединений

Все шпоночные соединения подразделяют на ненапряженные и напряженные. Ненапряженные соединения получают при использовании призматических (рис. 3.1) и сегментных (см. рис. 3.2) шпонок. В этих случаях при сборке соединений в деталях не возникает предварительных напряжений.

Напряженные соединения получаются при применении клиновых (см. рис. 3.3) и тангенциальных (см. рис. 3.4) шпонок. Здесь при сборке возникают предварительные (монтажные) напряжения.

Соединения призматическими шпонками. Конструкции соединений призматическими шпонками изображены на рис. 3.1. Рабочими являются боковые, более узкие грани шпонок высотой h. Размеры сечений призматических шпонок и пазов принимают в зависимости от диаметра d вала (табл. 3.1).

По форме торцов различают шпонки со скругленными торцами – исполнение 1 (рис. 3.1,а), с плоскими торцами – исполнение 2 (рис. 3.1,б) и с одним плоским, а другим скругленным торцом – исполнение 3 (3.1,в).

Призматические шпонки не удерживают детали от осевого смещения вдоль вала. Чтобы застопорить колесо от осевого смещения, применяют распорные втулки (1 на рис. 3.1), установочные винты (1 на рис. 3.2).

Соединения сегментными шпонками (рис. 3.2). Сегментные шпонки, так же как и призматические, работают боковыми гранями. Применяются при передаче небольших вращающих моментов. Сегментные шпонки и пазы для них просты в изготовлении, удобны при монтаже и демонтаже (шпонки свободно вставляют в паз и вынимают). Широко применяются в серийном и массовом производстве.

1 – винт установочный, 2 – кольцо замковое пружинное

Соединения клиновыми шпонками (рис. 3.3). Клиновые шпонки имеют форму односкосных самотормозящих клиньев с уклоном 1:100. Такой же уклон имеют пазы в ступицах. Клиновые шпонки изготовляют без головок и с головками. Головка служит для выбивания шпонки из паза. По нормам безопасности выступающая головка должна иметь ограждение (1 на рис. 3.3).

Клиновые шпонки забивают в пазы, в результате создается напряженное соединение, которое передает не только вращающий момент, но и осевую силу. Эти шпонки не требуют стопорения ступицы от продольного перемещения вдоль вала.. При забивании клиновой шпонки в соединении возникают распорные радиальные силы, которые нарушают центрирование детали на валу, вызывая биение.

Соединения клиновыми шпонками применяют в тихоходных передачах.. Онихорошо воспринимают ударные и знакопеременные нагрузки.

Соединения тангенциальными шпонками (рис. 3.4). Т ангенциальные шпонки состоят из двух односкосных клиньев с уклоном 1:100 каждый. Работают узкими гранями. Вводятся в пазы ударом. Образуют напряженное соединение. Натяг между валом и ступицей создается в касательном (тангенциальном) направлении. Применяются для валов диаметром свыше 60 мм при передаче больших вращающих моментов с переменным режимом работы. В соединении ставят две пары тангенциальных шпонок под углом 120°. В современном производстве применяются ограниченно.

Рис. 3.4 Соединение тангенциальными шпонками

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов в ГОСТах подобраны так, что прочность их на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений – расчет на смятие. Проверку шпонок на срез в большинстве случаев не производят.

Соединения призматическими шпонками (рис 3.4 и 3.1) проверяют по условию прочности на смятие:

При высоте фаски шпонки f ≈0,06h площадь смятия.

Рис. 3.5 Расчетная схема соединения призматической шпонкой

Acм=(h – t1 – f) lp=(h – t1 – 0,06h) lp= (0,94h – t1) lp, следовательно,

где Т – передаваемый момент; d – диаметр вала ;(0,94h – t1) – рабочая глубина паза в ступице (см. табл. 3.1) ;[σ]см - допускаемое напряжение смятия (см. ниже) ;lp – рабочая длина шпонки; для шпонок с плоскими торцами lp=l, со скругленными торцами lp=l – b.

Если расчетное напряжение превышает допускаемое более чем на 5%, то увеличивают длину шпонки и соответственно ступицы или шпоночное соединение заменяют шлицевым или соединением с натягом.

При проектировочных расчетах после выбора размеров поперечного сечения b и h по табл. 3.1 определяют расчетную длину шпонки lp по формуле (3.1).

Длину шпонки со скругленными торцами lp=l + b или с плоскими торцами lp=l назначают из стандартного ряда (см. табл. 3.1). Длину ступицы lСТ принимают на 8…10 мм больше длины шпонки. Если длина ступицы больше величины 1,5 d, то шпоночные соединения заменяют шлицевым или соединением с натягом..

Соединения сегментными шпонками (см. рис. 3.2) проверяют на смятие:

где l – длина шпонки; (h – t)- рабочая глубина в ступице.

Сегментная шпонка узкая, поэтому в отличие от призматической ее проверяют на срез.

где b - ширина шпонки; [τ]ср – допускаемое напряжение на срез шпонки (см. ниже).

Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой, чистотянутой стали с σв≥600 Н/мм² – чаще всего из стали 45.

Допускаемые напряжения смятия для шпоночных соединений:

при стальной ступице и спокойной нагрузке [σ]см = 110…190 Н/мм²;

Допускаемое напряжение на срез шпонок [τ]ср = 70…100 Н/мм². Большее значение принимают при постоянной нагрузке.

Расчет шпоночного соединения ведут в последовательности, изложенной в решении примера 3.1.

Пример 3.1. выбрать тип стандартного шпоночного соединения стального зубчатого колеса с валом (см. рис. 3.1,а) и подобрать размеры шпонки. Диаметр вала d=45 мм. Соединение передает момент Т=189,5 Н·м при спокойной нагрузке.

Решение. 1. Выбор соединения. Для соединения вала с колесом принимаем призматическую шпонку со скругленными торцами (исполнение 1).

2.Размеры шпонки и паза. По табл. 3.1 для диаметра вала d =45 мм принимаем размеры сечения шпонки b =14 мм; h =9 мм. Глубина паза t1 = 5,5 мм.

3.Допускаемое напряжение. Для стальной ступицы при спокойной нагрузке принимаем [σ]см =100 Н/мм².

l=lp+b=(26+14) мм =40 мм – согласуется со стандартом (см. табл. 3.1).

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: