Расчет ненапряженных шпоночных соединений

Основными критериями работоспособности ненапряженных шпоночных соединений являются прочность шпонки на срез и прочность соединения на смятие.Расчеты на срез и смятие основаны на предположении, что соответствующие напряжения распределены по сечениям равномерно. Расчетная формула на срез шпонки (рис.2.9) имеет вид

τср = 2Т/(dAср) ≤ [τср],

где Т – вращающий момент; dдиаметр вала; Аср = b·lp– площадь среза шпонки (плоскость возможного среза показана на рис.2.9 волнистой линией).

Рис. 2.9. Схема расчета шпонки на срез

Расчетная формула шпоночного соединения на смятие имеет вид

σcм= 2Т/(dАcм) ≤ [σcм],

где Асм = (htt)lp; (ht1)высота площадки смятия; lр– расчетная длина шпонки (lр= lbдля шпонок исполнения А, lр= lдля шпонок исполнения В, lр= lb/2для шпонок исполнения С, (см. рис.1.27); lр= dдля сегментных шпонок приняты следующие обозначения: dдиаметр шпонки; Dдиаметр вала (см. рис.1.28).

Размеры стандартных призматических и сегментных шпонок установлены в зависимости от диаметра вала по условию прочности шпонки на срез, поэтому основным для таких соединений является проверочный расчет на смятие, а расчет на срез необходим лишь для нестандартных шпонок и особо ответственных конструкций. Если требуется определить длину призматической шпонки, то ее также определяют из расчета на смятие. Обычно длина призматической шпонки должна быть на 3…10мм меньше длины ступицы, насаженной на вал детали.

Материалы шпонок и допускаемые напряжения. Согласно действующим стандартам, шпонки должны изготовляться из сталей с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа. Сортамент чистотянутых среднеуглеродистых сталей для сегментных и призматических шпонок также регламентирован стандартом. Легированные стали применяют для специальных шпонок.

Допускаемые напряжения на смятие для неподвижных шпоночных соединений принимают в зависимости от предела текучести:

см] = σт/[s],

где допускаемый коэффициент запаса прочности [s] = 1,9...2,3 при постоянной нереверсивной нагрузке; [s] = 2,9...3,5 при переменной нереверсивной нагрузке; при реверсивной нагрузке значения [s] увеличиваются на 30%. При чугунных ступицах [σсм] = 70...100МПа. Для подвижных шпоночных соединений в целях предупреждения задира и ограничения износа допускаемые напряжения смятия уменьшают в 3...4 раза.

Допускаемые напряжения на срез для шпонок принимают в пределах

ср] = 60...100 МПа

(меньшие значения берут при динамических нагрузках).