Выбор и проверочный расчет шпонок

Для соединения вала с деталями, передающими вращение, в штучном и мелкосерийном производстве часто применяют приз­матические шпонки (табл. 1) из стали, имеющей σ _в > 600 МПа, например из сталей 45, Ст6.

Длину шпонки назначают из стандартного ряда так, чтобы она была несколько меньше длины ступицы (примерно на 5-10 мм). Напряжение смятия узких граней шпонки не должно превышать допускаемого, т.е. должно удовлетворяться условие

где F = ; Т – передаваемый вращающий момент, Н · м; d – диаметр

вала в месте установки шпонки; площадь смятия А_см = (h – t₁)l_р; l_р – рабочая длина шпонки: для шпонки с плоскими торцами l_р = l, при скругленных торцах l_р = l – b; при стальной сту­пице и спокойной нагрузке допускаемое напряжение смятия

[σ ]_см ≤ 100 МПа; при колебаниях нагрузки следует снижать [σ ]_см на 20 – 25%; при ударной нагрузке снижать на 40 – 50%; для насаживаемых на вал чугунных деталей приведенные значения [σ ]_см снижать вдвое.

С учетом приведенных выше значений F и А_см представленную формулу приводят к виду

Если при проверке шпонки σ _см окажется значительно ниже [σ ]_см, то можно взять шпонку меньшего сечения – как для вала предыдущего диапазона диаметров, но обязательно проверить ее на смятие.

Если же σ _см окажется больше [σ ]_см, то допускается установка двух шпонок под углом 180° (предполагается, что каждая шпонка вос­принимает половину нагрузки), однако рациональнее перейти на шлицевое соединение.

Для относительно тонких валов (диаметром примерно до 44 мм) допускается установка сегментных шпонок (табл. 8.10).

На срез шпонки проверяют по формуле:

где b – ширина шпонки, мм; ≈ 0, 6[σ ]_см

Таблица 1. Шпонки призматические (по ГОСТ 23360-78,

с сокращениями). Размеры в мм.

	Сминаемая поверхность

Рисунок 1. Основные

размеры шпоночного

соединения.

Рисунок 2. Минимальное расстояние

х от впадины зуба до шпоночной канавки

1.Шпонка на выходном конце вала шестерни. Расчет на смятие.

Т_вш = 57, 1·10³ Н·мм, d_1ш = 22 мм, b = 6мм, h = 6 мм, t₁ = 3, 5 мм, t₂ = 2, 8 мм.

Длина ступицы шкива L = 40 мм. Длина шпонки из ряда l =32 мм. l_р = 32 – 6 = 26мм.

σ _см = = 79, 86 МПа. Шпонка не сминается.

2.Шпонка под шестерней. Для определения способа соединения шестерни с валом надо рассчитать расстояние х от впадины зуба до шпоночной канавки.

d_f = 45 мм, d_3ш = 32 мм, t₂ =3, 3 мм, m_n = 2, 0 мм.

Х = мм.

Расстояние х должно быть не менее 2, 5 m_n = 2, 5·2, 0 = 5 мм. Т. к. х меньше 2, 5 m_n то шестерню следует выполнить заодно с валом. Под шестерней шпонки нет.

3.Шпонка под колесом. Расчет на смятие.

Т_вк = 219·10³ Н·мм, d_3к = 48 мм, b = 14мм, h = 9 мм, t₁ = 5, 5 мм, t₂ = 3, 8 мм.

Длина ступицы кол. l_ст = 72 мм. Длина шпонки из ряда l =63 мм. l_р = 63 –14 = 49мм.

σ _см = = 53, 2 МПа. Шпонка не сминается.

4.Шпонка на выходном конце вала колеса. Расчет на смятие.

Т_вк = 219·10³ Н·мм, d_1к = 36 мм, b = 10мм, h = 8 мм, t₁ = 5, 0 мм, t₂ = 3, 3 мм.

Длина ступени равна длине полумуфты l_ст =80 мм. Длина шпонки l =70 мм. l_р =60мм

σ _см = = 67, 6 МПа. Шпонка не сминается.