Шпоночные и шлицевые соединения. Расчет соединений на прочность.

Соединения двух со­осных цилиндрических деталей для передачи вращения между ними осуществляется с помощью шпонки 1 (в соответстивии с рисунком 86, а), специальной детали, за­кладываемой в пазы соединяемых вала 2 и ступицы 3.

Рис. 86 – Шпоночные соединения.

В машиностроении применяют не­напряженные (без нагрузки) соеди­нения (с помощью призматических и сег­ментных шпонок (в соответстивии с рисунком 1, б и в),и напряженные соединения (с помощью клиновых шпонок (в соответствии с рисунком 1, г)). Шпонки этих типов стандартизованы, их размеры выбирают поГОСТ23360-78, ГОСТ 24071-80 и ГОСТ24068-80.
Основные достоинства соединений со­стоят в простоте конструкции и возмож­ности жесткой фиксации насаживаемой детали в окружном направлении.
Однако соединения трудоемки в изго­товлении, требуют ручной пригонки или подбора. Это ограничивает использование соединений в машинах крупносерийного и массового производства. Не рекомендуется применение соединений для быстровра­щающихся валов ответственного назначе­ния из-за сложности обеспечения концент­ричной посадки сопрягаемых деталей.
Шпоночные соединения применяют преимущественно в тех случаях, когда посадку с натягом не удается реализовать по условиям прочности или технологическим возможностям.
Шпонки имеют прямоугольное сечениес отношением высоты к ширине от 1 (для валов диаметром до 22 мм) до 0,5 (для валов больших диа­метров). Их устанавливают с натягом в пазы валов. Рабочими у шпонок являют­ся боковые узкие грани. В радиальном направлении предусмотрен зазор, в ответ­ственных соединениях сопряжение дна па­за с боковыми сторонами выполняют по радиусу для снижения концентрации напряжений. Материал шпонок - чистотянутая сталь 45 или сталь Ст.6 с пределом прочности σ_в =590..750 МПа.
Если принять для упрощения, что напря­жения в зоне контакта распределены рав­номерно, и плечо рав­нодействующей этих напряжений равно 0,5d (где d - диаметр вала), то средние контактные напряжения (напряжения смя­тия, вызывающие смятие рабочих граней):

где Т - вращающий момент; l_р - рабочая длина шпонки; t₂=0,4h -­глубина врезания шпонки в ступицу; - допускаемое напряжение на смя­тие.
Затем оценивают прочность соединения на смятие или вычисляют пре­дельный момент, соответствующий напря­жению . Рабочая длина шпонки l_p=l-b может быть определена из очевидного соотношения.

.

Проверку прочности шпонок на срез обычно не производят, так как это условие удовлетворяется при использовании стан­дартных сечений шпонок и рекомендуемых значений .