Блок 3. З’єднання деталей машин практична робота №1 тема. Підбор шпонок і перевірка їх на зминання.

МЕТА РОБОТИ: Навчиться підбирати шпонки й перевіряти їх на

зминання.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

Основним критерієм працездатності шпонкових з'єднань є міцність. Шпонки вибирають по таблицях ДСТ залежно від діаметра вала, а потім з'єднання перевіряють на міцність. Розміри шпонок і пазів у ДСТ підібрані з умови міцності на зминання, тому розрахунок шпонкових з'єднань - розрахунок на зминання.

З'єднання призматичними шпонками перевіряють за умовою міцності на зминання.

Для призматичної шпонки:

де l_р у залежності типу шпонки:

для виконання А: l_р = l – b;

для виконання В: l_р = l;

для виконання С: l_р = l – b/2;

М - переданий момент;

d - діаметр вала;

(0.94h – t₁) – робоча глибина паза в маточині;

[σ]_зм – допустимий напруг на зминання.

Для сегментної шпонки:

l – довжина шпонки;

(h - t) - робоча глибина в маточині.

Сегментна шпонка вузька, тому на відміну від призматичної її перевіряють на зріз:

b - ширина шпонки;

[τ] - допустимий напруг на зріз шпонки.

Для клинової шпонки:

де ƒ = 0,15-0,2 - коефіцієнт тертя ковзання між шпонкою й деталлю, що насаджується.

ПРИКЛАД.

Завдання 1. На колесо веденого вала редуктора діє окружна сила F_t=1,0 кН, діаметр колеса d_к=200мм, діаметр вала d_в=30мм, довжина маточини колеса l_ст=50мм. Підібрати й перевірити призматичну шпонку. Матеріал маточини колеса сталь 40Х, матеріал вала - сталь 50, шпонки - сталь 45. Вид шпонки - з округленими торцями.

РІШЕННЯ

По діаметрі вала d_в=30мм за ДСТ 23360-78 (табл.3.1) підбираємо шпонку: b=8мм, h=7мм, t₁=4мм.

Довжина шпонки l= l_ст - (5...10…10)=50–(5…10)=45…40мм.

Вибираємо довжину шпонки з урахуванням стандартного ряду l = 40мм.

Робоча довжина шпонки: l_р=l - b = 40-8 = 32мм.

Перевіряємо обрану шпонку на зминання по формулі:

Призматична шпонка 8х7х40 (ДЕРЖСТАНДАРТ 23360-78) за умовою міцності підходить для даного з'єднання.

Завдання 2. Підібрати сегментну шпонку для кріплення втулкової муфти на валу діаметром d_в=40мм і перевірити її на зріз і зминання. Передана потужність Р=2,0кВт, частота обертання вала n=1140про/хв, режим роботи середній. Муфта виконана зі сталі 40Х, шпонка - зі сталі 45, вал - зі сталі 50.

РІШЕННЯ

По табл.3.2 для діаметр вала d_в=26мм вибираємо сегментну шпонку з розмірами (мм): b=6, h=10, d₁ =25, l= d₁ - 0,5 = 24,5; t=7,5.

Переданий муфтою момент:

Напруга зминання:

Перевіряємо напругу зрізу:

Обрана шпонка працює з більшим запасом міцності.

Завдання 3. Чавунний шків клиноременної передачі з'єднаний з валом діаметром d=50мм клиновою урізною шпонкою. Необхідно підібрати шпонку й знайти граничний обертаючий момент, що вона може передати. Довжина маточини l_ст=70мм, матеріал шпонки – сталь Ст5; матеріал вала – сталь 40Х; коефіцієнт тертя ƒ=0,17; напруга зминання для матеріалу шпонки ; розрахунковий діаметр шківа D=360мм; окружна сила F_t=3кН.

РІШЕННЯ

Переданий обертаючий момент:

По діаметрі вала d_в=50мм вибираємо за ДСТ 24068-80 клинову шпонку з розмірами: b=16мм, h=10мм (табл.3.3.)

Довжину шпонки вибираємо на 5мм менше довжини маточини:

l= l_ст - 5=70 – 5 = 65мм. З ряду довжин шпонок (див. табл. 3.3.) вибираємо шпонку довжиною 63мм.

Перевіряємо шпонку на міцність по напругах зминання:

Граничний обертаючий момент, що може передати обрана шпонка:

ЗАВДАННЯ НА ПРАКТИЧНУ РОБОТУ

Завдання 1. На колесо веденого вала редуктора діє окружна сила F_t,кН, діаметр колеса d_к,мм, діаметр вала d_в,мм, довжина маточини колеса l_ст,мм. Підібрати й перевірити призматичну шпонку. Матеріал маточини колеса сталь 40Х, матеріал вала - сталь 50, шпонки - сталь 45. Вид шпонки - з округленими торцями.

№ в-та	Ft,кН	dк,мм	dв,мм	lст,мм	Вид шпонки
1	1,2	200	30	50	з округленими торцями
2	1,5	220	32	55	с одним округленим торцем
3	1,6	240	35	60	с плоскими торцями
4	1,8	250	38	65	з округленими торцями
5	2,0	300	40	70	с одним округленим торцем
6	2,2	320	42	75	з округленими торцями
7	2,5	350	45	80	з округленими торцями
8	3,0	370	48	85	с одним округленим торцем
9	3,5	390	50	90	з округленими торцями
10	4,0	400	55	95	з округленими торцями

Завдання 2. Підібрати сегментну шпонку для кріплення втулкової муфти на валу діаметром d_в, мм і перевірити її на зріз і зминання. Передана потужність Р,кВт, частота обертання вала n, об/хв, режим роботи середній. Муфта виконана зі сталі 40Х, шпонка - зі сталі 45, вал - зі сталі 50.

№ в-та	dв,мм	Р,кВт	n,об/хв	№ в-та	dв,мм	Р,кВт	n,об/хв
1	30	1,2	600	6	42	2,2	720
2	32	1,5	620	7	45	2,5	750
3	35	1,6	650	8	48	3,0	780
4	38	1,8	680	9	50	3,5	800
5	40	2,0	700	10	55	4,0	830

Завдання 3. Чавунний шків кубістської передачі з'єднаний з валом діаметром d,50мм клиновою урізною шпонкою. Необхідно підібрати шпонку й знайти граничний обертаючий момент, що вона може передати. Довжина маточини l_ст,70мм, матеріал шпонки – сталь Ст5; матеріал вала – сталь 40Х; коефіцієнт тертя ƒ=0,17; напруга зминання для матеріалу шпонки ; розрахунковий діаметр шківа D_,мм; окружна сила F_t,3кН.

№ в-та	dв,мм	lст,мм	D,мм	Ft,кН	№ в-та	dв,мм	lст,мм	D,мм	Ft,кН
1	30	50	200	1,2	6	42	75	320	2,2
2	32	55	220	1,5	7	45	80	350	2,5
3	35	60	240	1,6	8	48	85	370	3,0
4	38	65	250	1,8	9	50	90	390	3,5
5	40	70	300	2,0	10	55	95	400	4,0

ДОДАТОК

Таблиця 3.1. Розміри, мм, шпонок призматичних і пазів для них (з ГОСТ 23360-78 (СТ СЭВ 189-79)).

Діаметр вала d		Розмір перетину		Глибина паза для		Довжина l		Радіус r		Фаска c
				вала	втулки
понад	до	b	h	t1	t2	від	до	від	до	від	до
8	10	3	3	1,8	1,4	6	36	0,08 0,16		0,16 0,25
10	12	4	4	2,5	1,8	8	45
12	17	5	5	3	2,3	10	56	0,16 0,25 0,25 0,4
17	22	6	6	3,5	2,8	14	70
22	30	8	7	4	3,3	18	90
30	38	10	8	5	3,3	22	110	0,25 0,4 0,4 0,6
38	44	12	8	5	3,3	28	140
44	50	14	9	5,5	3,8	36	160
50	58	16	10	6	4,3	45	180
58	65	18	11	7	4,4	50	200
65	75	20	12	7,5	4,9	56	220	0,4 0,6 0,6 0,8
75	85	22	14	9	5,4	63	250

Ряд довжин l: 6, 8, 10, 12,14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450.

Приклад умовної позначки шпонки розмірами b=18мм, h=11мм, l=100 мм:

18х11х100 ГОСТ 23360-78.

Таблиця 3.2. Шпонки сегментні за ГСТ 24071-80

Діаметр вала d для шпонки		Номінальні розміри шпонки			Глибина паза
Передавальний обертаючий момент	Фіксуючий елемент	b	h	d1	t (вал)	t1 (втулка)
Св.8 до 10 »10»12 »12»14 »14»16 »16»18	Св.12 до 15 »15»18 »18»20 »20»22 »22»25	3 3 4 4 5	5 6,5 6,5 7,5 6,5	13 16 16 19 16	3,8 5,3 5,0 6,0 4,5	1,4 1,4 1,8 1,8 2,3
»18»20 »20»22 »22»25	»25»28 »28»32 »32»36	5 5 6	7,5 9 9	19 22 22	5,5 7,0 6,5	2,3 2,3 2,8
»25»28	»36»40	6	10	25	7,5	2,8
»28»32	Св. 40	8	11	28	8,0	3,3
»32»38	Св. 40	10	13	32	10	3,3

Таблиця 3.3. Шпонки клинові за ДСТ 24068-80

Діаметр вала d	Розміри шпонки
	b	h	l
Св.12 до 17 »17»22 »22»30 »30»38 »38»44 »44»50 »50»58 »58»65 »65»75 »75»85 »85»95 »95»110 »140»130	5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32	5 6 7 8 8 9 10 11 12 14 14 16 18	10-56 14-70 18-90 22-110 28-140 36-160 45-180 50-200 56-220 63-250 70-280 80-320 90-360