Рекомендации по конструированию шпоночных соединений.

1. Перепад диаметров ступеней вала с призматическими шпонками на­значают из условия свободного прохода детали большего посадочного диа­метра d без удаления шпонки из паза на участке меньшего диаметра.

2. При наличии нескольких шпоночных пазов на валу их располагают на одной образующей (рис. 3.1.8).

 

 

 

Рисунок 3.1.8 – Эскиз вала с установкой шпонок

 

3. Из удобства изготовления рекомендуется для разных ступеней одного и того же вала назначать одинаковые по сочетанию шпонки, исходя из ступени меньшего диаметра. Прочность шпоночных соединений при этом оказывается вполне достаточной, так как силы и , действующие на шпонки, составляют:

 

 

Рисунок 3.1.9 – Соединение зубчатого колеса с валом d

 

 

Но d ₂ > d ₁, следовательно, < .

4. При необходимости двух сегментных шпонок их ставят вдоль вала в одном пазу ступицы. Постановка нескольких шпонок в одном соединении сильно ослабляет вал, поэтому рекомендуется перейти на шлицевое соединение.

 

 

Задача 1. Зубчатое колесо закреплено на валу при помощи сегментной шпонки, размеры которой b ∙ h ∙ l = 8 ∙11∙ 28 мм (табл. 1.7).

Во время работы шпонка оказалась сре­занной. Определить окружное усилие на ко­лесе, при котором произошел срез, если диаметр вала d = 60 мм, диаметр колеса = 240 мм; длина ступицы L_ст = 32 мм, МПа — временное сопротивление при срезе.

Решение.

1.1. По условию задания шпонка срезалась:

 

 

где b =8 мм – ширина шпонки;

l = 28 мм — длина шпонки (в зависимости от длины ступицы колеса),

 

1.2. Вращающий момент на валу равен вращающему моменту на колесе:

 

Определим усилие, передаваемое колесом.

 

 

 

Задача 2. Определить длину призмати­ческой направляющей шпонки вала кони­ческой фрикционной муфты по следую­щим данным: диаметр вала d = 45 мм, мате­риал вела — сталь 50, материал муфты — чугун СЧ 18. Момент передаваемый муфтой Т = 345 Нм. Перемещение муфты производится под нагрузкой. Вал работает с незначительными толчками (рис. 3.2.1).

 

 

Рисунок 3.2.1 – Соединение муфты 1 с валом 2 шпонкой 3

 

Решение.

2.1. По условию задачи соединение под­вижное и работа происходит с толчками, значит допускаемое напряжение следует принять на 50% ниже рекомендуемого при заданном сочетании материалов сталь — чу­гун. В данном случае = 80... 110 МПа — при чугунной ступице муфты; перемещение муфты производится под на­грузкой, работа с незначительными толчками, поэтому принимается меньше указанного выше на 30%...50%.

Принимаем , учитывая условие.задачи, меньше на 30%. тогда - 56 МПа,

2.2. Расчетное напряжение смятия

 

 

 

Подставляя числовое значения, найдем рабочую длину шпонки.

 

.

 

По ГОСТу выбираем шпонку 14 х 9 х 80 ГОСТ 23360-78 (табл. 1.6).

 

Рисунок 3.2.2 – Соединение шестерни с валом штифтом

 

 

Задача 3. (алгоритм решения домашней задачи). Шестерня соединена с валом при помощи цилиндрической шпонки (штифта), как показано на рис. 3.2.4. Определить напряжения среза, возникающие в штифте, и напряжения смятия в соединении. Окружное усилие в зубчатом Р = 2,0 кН; d_ш = 10 мм; l_ш = 45 мм.

 

Рисунок 3.2.4

Решение.

5.1. Момент, передаваемый валом,

 

.

5.2. Напряжения смятия в штифтовом соединении

 

 

3. Напряжения среза в продольном сечении штифта

 

 

Домашняя задача. Шестерня соединена с валом с по­мощью цилиндрической шпонки (штифта) (рис. 3.4.1). Определить напряжения смятия и среза.

Окружное усилие в зубчатом зацеплении = 2 кН, диаметр штифта d_ш = 10 мм, длина штифта l_ш = 45 мм: диаметр колеса d_к = 150 мм, днаметр вала d = 35 мм (рис. 3.4.2). Входные данные в таблице 3.4.1 для задачи 3.4.1

 

 

Рисунок 3.4.1 Рисунок 3.4.2

 

Таблица 3.4.1 – Входные данные для задачи 3.4.1

 

№ варианта	Ft, кН	lш, мм	dш, мм	dк, мм	d, мм
	2,1
	2,2
	2,3
	2,4
	2,5
	2,6
	2,7
	2,8
	2,9
	3,0
	2,1
	2,2
	2,3
	2,4
	2,5
	2,6
	2,7
	2,8
	2,9
	3,0
	2,1
	2,2
	2,3
	2,4
	2,5
	2,6
	2,7
	2,8
	2,9