4.3. Расчет шпоночного соединения

При установке колес на валах необходимо обеспечить надежное базирование колеса по валу, передачу вращающего момента от колеса к валу или от вала к колесу, решить вопросы, связанные с осевым фиксированием колес на валах, и при необходимости предусмотреть регулирование осевого положения колес.

Для передачи вращающего момента чаще всего применяют призматические и сегментные шпонки рис.6.

Рис.6

Шпоночное соединение трудоемко в изготовлении. При передаче вращающего момента его характеризуют значительные местные деформации вала и ступицы, что приводит к неравномерному распределению давления на поверхности контакта посадочных поверхностей вала и ступицы, а также на рабочих гранях шпонки и шпоночных пазов, что в свою очередь, снижает усталостную прочность вала. Поэтому применение шпоночных соединений должно быть ограничено. Его следует применять лишь в том случае, когда для заданного момента не удается подобрать посадку с натягом из недостаточной прочности материала колеса.

При передаче вращающего момента шпоночным соединением применение посадок колеса на вал с зазором недопустимо, а посадок переходных нежелательно. Если в соединении имеется зазор, то при вращении вала происходит обкатывание со скольжением поверхностей вала и отверстия колеса следует создавать натяг, гарантирующий нераскрытие стыка.

Шпонка, находящаяся в пазу вала, называется врезной. Призматические шпонки – врезные. Примерно половина их высоты расположена в пазу вала и половина в пазу ступицы.

Рабочими гранями призматических шпонок рис.7 служат их боковые, более узкие грани. Для упрощения и облегчения сборки шпоночное соединение между шпонкой и ступицей предусматривают радиальный зазор (по высоте шпонки).

При проектировании шпоночного соединения ширину и высоту шпонок принимают по соответствующему ГОСТу в зависимости от диаметра вала. Длину шпонки принимают в зависимости от длины ступицы и согласовывают с ГОСТ 23360-78.

Призматические шпонки рассчитывают на смятие и на срез. Для упрощения расчетов принимают плечо сил, действующих на шпонку относительно осевой линии вала, равным радиусу вала. Проверочный расчет шпоночного соединения проводим по формуле [2,с.104]:

где Т – крутящий момент, d - диаметр вала, - рабочая длина шпонки,

- расчетное и допускаемое напряжение на смятие для шпоночного соединения.

Допускаемые напряжения в неподвижных шпоночных соединениях общего машиностроения при спокойной нагрузке рекомендуется принимать: на смятие при стальной ступице [ ]=100…150 МПа.