Начертательная геометрия и машиностроительное черчение

Все основные виды шпоночных соединений можно разделить на две группы: ненапряженные и напряженные.

К ненапряженным относят соединения с призматическими (рис. 54, а), сегментными (рис. 54, б) и круглыми (рис. 54, в) шпонками. Шпоночные пазы на всех валах выполняют дисковыми (рис. 55, а) или торцовыми (рис. 55, б) фрезами. В этих случаях при сборке соединений в деталях не возникает предварительных напряжений для обеспечения центрирования и исключения контактной коррозии ступицы устанавливают на валы с натягом. В ступицах деталей шпоночные пазы можно получить как на фрезерных, так и на долбежных станках. Размеры пазов определяют расчетным путем с учетом требований стандарта.                             

Для сегментных шпонок пазы выполняют, как показано на рис. 51 и 54, б; для клиновых — паз на втулке обрабатывают с уклоном, равным углу наклона шпонки (рис. 54, г); для цилиндрических — получают сверлением (рис. 54, в).

Рис. 54. Виды шпоночных соединений: а, б, в — ненапряженные соединения; г — напряженные соединения

Рис. 55. Изготовление пазов под установку шпонок

Рис. 56

Рис. 57. Соединения клиновыми шпонками

Рис. 58

Соединения, в которых применяют клиновые шпонки, относят к напряженным соединениям. В напряженных соединениях клином, вводимым между валом и ступицей, создаются значительные нормальные силы. Эти силы обеспечивают достаточное трение для передачи вращающего момента.

Для создания фрикционной связи между валом и ступицей используют клиновые шпонки, показанные на рис. 48, е—з (паз выполняют только во втулке). С нижней стороны шпонку (рис. 57, а) обрабатывают в виде вогнутой цилиндрической поверхности с радиусом, равным радиусу вала. Во втулке выполняют уклон. Вращающий момент передается за счет сил трения.

Клиновые фрикционные шпонки применяют для передачи незначительного вращающего момента, а также в тех случаях, когда необходимы частые перестановки деталей на валу в осевом направлении.

Шпонки на лыске (рис. 48, б) устанавливают в пазу втулки с уклоном 1:100. На валу фрезеруют плоскость (вал с лыской). Такая обработка ослабляет вал значительно меньше, чем прямобочные пазы, однако эта шпонка может передать меньший момент, чем врезная.

Основное применение имеют ненапряженные соединения.

Рекомендации по конструированию шпоночных соединений

1. Перепад диаметров ступеней вала с призматическими шпонками назначают из условия свободного прохода детали без удаления шпонок из пазов.

2. При наличии нескольких шпоночных пазов на валу их располагают на одной образующей (рис.59).

3. Из удобства изготовления рекомендуется для разных ступеней одного и того же вала назначать одинаковые по сечению шпонки, исходя из ступени меньшего диаметра (рис.59).

Рис.59

Прочность шпоночных соединений при этом оказывается вполне достаточной, так как силы F1 и F2 действующие на шпонки, составляют:

,

но d 2>d1 ,следовательно, F2 < F1. Это доказывает, что, чем больше диаметр ступени вала, тем меньше усилие F передает шпонка этой ступени при одном и том же вращающем моменте Т.

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.

Расчет на прочность соединений с призматическими шпонками

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов подобраны так, что прочность их на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений расчет на смятие. Проверку шпонок на срез в большинстве случаев не проводят. При расчете многошпоночного соединения допускают, что нагрузка распределяется равномерно между всеми шпонками.

Рекомендуемая последовательность проектировочного расчета