4.1.Расчет ненапряженных шпоночных соединений.
Все шпонки этих соединений рассчитываются на смятие и срез, так как момент со ступицы на вал и наоборот передается боковыми узкими гранями шпонки, и, следовательно, рабочими поверхностями являются боковые грани.
Для простоты расчета допускают, что шпонка врезана в вал наполовину своей высоты, напряжения равномерно распределены по высоте и длине шпонки и плечо равнодействующей этих напряжений равно d/2.
;
,
где Р – окружная сила, действующая на шпонку;
Т – момент, передаваемый шпоночным соединением;
d – диаметр вала;
t2 = 0,4h – глубина врезания шпонки в ступицу;
p
– рабочая длинна шпонки, равная
для шпонок с плоскими торцами, и
-b
для шпонок с округленными торцами
(рисунок 14).
Рисунок 14.
У стандартных шпонок размеры b и h подобранны так, что нагрузку соединения ограничивают не напряжения среза, а напряжения смятия. Поэтому основной является первая зависимость.
Расчет других видов шпонок проводится аналогично, что вам и предстоит сделать самостоятельно.
Допускаемые напряжения выбираются в зависимости от прочности материалов вала и ступицы и от режима работы.
Так для чугунных ступиц [σ]см ≈ 60…80МПа, для стальных ступиц [σ]см ≈ 100…150МПа. Меньшие значения выбираются при переменной или ударной нагрузке и меньших натягах в соединении.
[τ] = 60…90МПа
Для шпонок, используемых в качестве направляющих при перемещении ступиц под нагрузкой для обеспечения условия невыдавливания смазки принимают [σ]см = 15…25МПа.