Материал шпонок и допускаемые напряжения

Стандартные шпонки изготовляют из чистотянутых стальных прутков – углеродистой или легированной стали с пределом прочности _вне ниже 500 МПа. Величина допускаемых зависит от режима работы, прочности материала вала и втулки, типа посадки втулки на вал.

[_см] = 80200 МПа

В подвижных соединениях допускаемые напряжения значительно снижают в целях предупреждения задира и ограничения износа.

[_см] = 2030 МПа

Оценка соединений призматическими шпонками и их применение

В настоящее время призматические шпонки широко применяют во всех отраслях машиностроения. Простота конструкции и сравнительно низкая стоимость являются главными достоинствами этого вида соединения.

Отрицательные свойства: соединение ослабляет вал и ступицу шпоночными пазами; концентрация напряжений в зоне шпоночной канавки снижает усталостную прочность вала; прочность соединения, как правило, ниже прочности вала и ступицы и в особенности при переходных посадках или посадках с зазором.

Общие замечания по расчету шпоночных соединений

Все размеры шпонок и допуски на них стандартизированы. Стандарт предусматривает для каждого размера вала определенные размеры поперечного сечения шпонки. Поэтому при проектных расчетах размеры bиhберут по справочнику и определяют . Расчетную длину шпонки округляют до ближайшего стандартного размера.

В тех случаях, когда одна шпонка не может передать заданного момента, устанавливают две или три шпонки. При этом призматические шпонки обычно располагают под углом 180⁰. При расчете прочности многошпоночного соединения допускают, что нагрузка распределяется равномерно между всеми шпонками.

Зубчатые (шлицевые) соединения Конструкция и классификация

Зубчатые соединения образуются при наличии наружных зубьев на валу и внутренних зубьев в отверстии ступицы (рис.4.5).

Все размеры зубчатых соединений, а также допуски на них стандартизированы. По форме профиля зубьев различают три типа соединений: прямобочные, эвольвентные, треугольные.

Соединения с прямобочными зубьямивыполняют с центрированием по боковым граням зубьев (рис.4.6,а), по наружному (рис.4.6,б) или внутреннему (рис.4.6,в) диаметру вала. Стандартом предусмотрены три серии соединений (легкая, средняя и тяжелая), которые отличаются высотой и количеством зубьев. Число зубьев изменяется в пределах от 6 до 20. У соединений тяжелой серии зубья выше, а их количество больше, чем у соединений средней и легкой серий.

Рис.4.5

Рис.4.6

При выборе способа центрирования руководствуются следующим.

Центрирование по диаметрам (Dилиd) обеспечивает более высокую соосность вала и ступицы по сравнению с центрированием по боковым граням. Центрирование по боковым граням обеспечивает более равномерное распределение нагрузки по зубьям. Поэтому его применяют при тяжелых условиях работы (большие напряжения, ударные и реверсивные нагрузки и т.п.).

Диаметр центрирования(наружный или внутренний) выбирают исходя из технологических условий. Если твердость материала втулки позволяет обработку протяжкой (НВ < 350), рекомендуют центрирование по наружному диаметру. При этом центрирующие поверхности втулки калибруют протяжкой, а центрирующие поверхности вала – шлифованием. При высокой твердости втулки рекомендуют центрирование по внутреннему диаметру. В этом случае центрирующие поверхности отверстия и вала можно обработать шлифованием.

Соединения с эвольвентными зубьями выполняют с центрированием по боковым граням (рис.4.7,а) или по наружному диаметру вала (рис.4.7,б). Наиболее распространен первый способ центрирования. Эвольвентные зубья протяжки или самого соединения можно изготовлять на зуборезных станках и получать при этом высокую точность. Технологические преимущества этих соединений обеспечивают им все более широкое применение. Эвольвентные зубья, так же как и прямобочные, можно применять в подвижных и неподвижных соединениях.

Рис.4.7