Разновидности шпоночных соединений

Общие сведения

Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки и др.). Шпонка представля- ет собой стальной брус, устанавливаемый в пазы вала и сту- пицы. Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей. Основные типы шпонок стандартизованы. Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием диско- выми или концевыми фрезами, в ступицах — протягиванием. Достоинства шпоночных соединений — простота конст- рукции и сравнительная легкость монтажа и демонтажа, вследствие чего их широко применяют во всех отраслях

машиностроения.

Недостаток — шпоночные пазы ослабляют вал и ступи- цу насаживаемой на вал детали. Ослабление вала обуслов- лено не только уменьшением его сечения, но главное, значи- тельной концентрацией напряжений изгиба и кручения, вы- зываемой шпоночным пазом. Шпоночное соединение трудоемко в изготовлении: при изготовлении паза концевой фрезой требуется ручная пригонка шпонки по пазу; при из- готовлении паза дисковой фрезой — крепление шпонки в пазу винтами (от возможных осевых смещений).

Шпоночные соединения подразделяют на ненапря- женные и напряженные. Ненапряженные соединения получа- ют при использовании призматических (рис. 4.1) и сегмент- ных (рис. 4.2) шпонок. В этих случаях при сборке

d 0³

4 F

p iz [t]ср

, (3.5)

соединений в деталях не возникает предварительных напря- жений. Для обеспечения центрирования и исключения контак- тной коррозии ступицы устанавливают на валы с натягом.

где i = 1...2 - число плоскостей среза (на рис. 3.11. i = 1); z — число

Напряженные соединения получают при применении кли-

ср

болтов; [t]

— допускаемое напряжение на срез стержня болта:

новых (например, врезной клиновой, рис. 4.3) и тангенци-

24 25

Исполнение 1 Исполнение 2 Исполнение 3

Рис. 4.1. Соединения призматическими шпонками

2

1

Рис. 4.2. Соединение сегментной шпонкой:

1 — винт установочный; 2 — кольцо замковое пружинное

Рис. 4.3. Соединение клиновой шпонкой

альных (рис. 4.4) шпонок. При сборке таких соединений воз-

никают предварительные (монтажные) напряжения.

Основное применение имеют ненапряженные соединения. Соединения призматическими шпонками. Конструкции соединений призматическими шпонками изображены на рис. 4.1. Рабочими являются боковые, более узкие грани шпонок высотой h. Размеры сечения шпонки и глубины

пазов принимают в зависимости от диаметра d вала.

По форме торцов различают шпонки со скругленными торцами — исполнение 1 (рис. 4.1, а), с плоскими торцами

— исполнение 2 (рис 4.1, б), с одним плоским, а другим скругленным торцом — исполнение 3 (рис. 4.1, в).

Шпонку запрессовывают в паз вала. Шпонку с плоскими торцами кроме того помещают вблизи деталей (концевых шайб, колец и др.), препятствующих ее возможному осевому перемещению. Призматические шпонки не удерживают дета- ли от осевого смещения вдоль вала. Для фиксации зубчатого колеса от осевого смещения применяют распорные втулки (1 на рис. 4.1), установочные винты (1 на рис.4.2) и др.

Соединения сегментными шпонками (рис. 4.2). Сегмент- ные шпонки, как и призматические, работают боковыми гранями. Их применяют при передаче относительно неболь- ших вращающих моментов. Сегментные шпонки и пазы для них просты в изготовлении, удобны при монтаже и демон- таже (шпонки свободно вставляют в паз и вынимают). Широко применяют в серийном и массовом производстве. Соединения клиновыми шпонками (рис. 4.3). Клиновые шпонки имеют форму односкосных самотормозящих клинь- ев с уклоном 1:100. Такой же уклон имеют и пазы в ступи- цах. Клиновые шпонки изготовляют без головок и с голов- ками. Головка служит для выбивания шпонки из паза. По нормам безопасности выступающая головка должна иметь ограждение (1 на рис. 4.3). В этих соединениях ступицу ус- танавливают на валу с небольшим зазором. Клиновую шпонку забивают в пазы вала и ступицы, в результате на рабочих широких гранях шпонки создаются силы трения,

26 27

которые могут передавать не только вращающий момент, но и осевую силу. Соединение хорошо воспринимает удар- ные и переменные нагрузки.

Соединения клиновыми шпонками применяют в тихоход-

ных передачах.

Соединения тангенциальными шпонками (рис. 4.4). Тан-

печивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений —расчет на смятие. Проверку шпонок на срез в большинстве случаев не проводят.

Соединения призматическими шпонками (рис. 4.5 и 4.1)

проверяют по условию прочности на смятие:

генциальная шпонка состоит из двух односкосных клиньев

с уклоном 1:100 каждый. Работает узкими боковыми граня-

t

см

см

s = F /А

£ [s]

t

см.

ми. Клинья вводятся в пазы вала и ступицы ударом; обра-

зуют напряженное соединение. Распорная сила между валом

Сила, передаваемая шпонкой, F

рассчитывают выступающую из

= 2.103 Т/d. На смятие

часть шпонки.

и ступицей создается в касательном (тангенциальном) на-

правлении. В соединении ставят две тангенциальные шпон-

При высоте фаски шпонки

вала

f» 0,06 h

площадь смятия

 

ки под углом 120°, каждая шпонка передает момент только

в одну сторону.

Aсм=(h – t 1 – f) l p =(h – t 1 – 0,06 h) lp =(0,94 h– t 1) lp,

следовательно,

s cм

) £[s]

= 2×10× T

d (0,94 h - t) l см

, (4.1)

1 p

где T — передаваемый момент, Н.м; d — диаметр вала, мм; h,

t 1— высота шпонки и глубина паза на валу, мм (таблица величин);

[ ]

p

см

s — допускаемые напряжения смятия (см. ниже); l

— рабочая длина

Рис 4. 4. Соединение тангенциальными шпонками

Применяют для валов диаметром свыше 60 мм при пере- даче больших вращающих моментов с переменным режи- мом работы (крепление маховика на валу двигателя внут- реннего сгорания и др.).

Дата добавления: 2014-01-20