Общие сведения. Шпонка - это деталь, предназначенная для передачи крутящего момента от вала к ступице зубчатого колеса

Шпонка - это деталь, предназначенная для передачи крутящего момента от вала к ступице зубчатого колеса, шкива, соединительной муфты или звёздочки.

Шпоночные соединения подразделяют на ненапряжённые, осуществляемые призматическими или сегментными шпонками, и напряжённые, осуществляемые клиновыми шпонками.

Основное применение имеют ненапряжённые шпоночные соединения для передачи малых и средних вращающих моментов. Шпонки всех основных типов стандартизированы. ГОСТом предусмотрены два исполнения шпоночного соединения по глубине установки в вал и ступицу. Если ступица изготовлена из материала более мягкого, чем вал, применяют глубокую установку шпонки в ступицу, для остальных случаев - глубокую установку в вал.

Достоинства шпоночного соединения:

- простота конструкции;

- низкая стоимость изготовления;

- простота сборки и разборки.

Недостатки шпоночного соединения:

- снижение прочности вала (шпоночные пазы ослабляют сечение вала, к тому же паз является концентратором напряжений изгиба и кручения);

- необходимость подбора или ручной пригонки по пазу, что ограничивает применение шпонок в крупносерийном и массовом производстве.

Призматические шпонки (рис. 115, а) выбирают согласно ГОСТу с учётом диаметра вала и длины ступицы. Длина шпонки l назначается из стандартного ряда на 5 … 10 мм меньше длины ступицы детали. Шпонка работает боковыми гранями. В паз на валу шпонка устанавливается с натягом, в ступицу детали - с зазором. Призматические шпонки не удерживают детали от осевого перемещения. Как правило, в соединении устанавливают одну шпонку, но если прочность соединения оказывается недостаточной, устанавливают две или три шпонки под углом 180° и 120°.

Призматические шпонки могут быть выполнены с плоскими или скруглёнными концами. По назначению их подразделяют на простые и направляющие. Направляющие шпонки отличаются от простых шпонок длиной, соответствующей необходимой величине перемещения. Их закрепляют на валу винтами.

Сегментные шпонки (рис. 115, б) более технологичны и обладают взаимозаменяемостью. Однако более глубокий паз на валу заметно снижает его прочность, поэтому соединение сегментными шпонками применяют для передачи небольших вращающих моментов.

а)

б)

в)

Рис. 115. Шпоночные соединения:

а) - с призматической шпонкой; б) - с сегментной шпонкой;

в) - с клиновой шпонкой

Рабочими гранями клиновых шпонок (рис. 115, в) являются не боковые, а верхние и нижние грани. Клиновые шпонки могут передавать крутящий момент и осевую силу. Однако вследствие радиального смещения оси ступицы по отношению к оси вала на величину радиального посадочного зазора и контактных деформаций, возрастает радиальное биение детали, поэтому клиновые шпонки применяют относительно редко в тихоходных передачах.

11.2.2. Расчёт шпоночных соединений

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность, основным проверочным расчётом является расчёт на смятие.

Условие прочности на смятие:

, (11.35)

где F_t - окружная сила, возникающая при действии крутящего момента Т;

S _см - площадь смятия;

- допускаемые напряжения на смятие.

Рис. 116. Схема к расчёту шпоночных соединений:

σ_см - напряжение смятия; τ_ср - напряжение среза; l _р - рабочая длина шпонки

Учитывая, что и , получим:

, откуда . (11.36)

В связи с тем, что сегментная шпонка узкая, её проверяют на срез:

, откуда , (11.37)

где b - ширина шпонки.