Расчет шпоночного соединения

Через шпонку, размещенную в пазах сопрягаемых деталей, подается вращение. Соединение обычное в применении, повсеместно применяется. Расчет шпоночного соединения выполняется на смятие, что дает возможность подобрать детали достаточной прочности для хорошего взаимные действия. Отправными данными во время проектирования служит диаметр. Для снижения нагрузок ставится 2. Быстро высчитать и проверить параметры соединения можно при помощи специализированных программ на компьютере.

Характеристика шпоночных соединений

Шпонка собой представляет продолговатую деталь, которая ставится в паз, вырезанный в валу. Они имеют в разрезе разнообразную форму и разделяются:

• призматические;
• круглые;
• сегментные;
• тангенциальные;
• клиновые.

По исполнению отличают ненапряженные и напряженные соединения.

Призматические шпонки ставятся с не тяжёлым натягом. Подобно собирают сегментное соединение. Происходит центрирование без монтажных стрессов. Такие соединения относят к ненапряженным.

Во время установки клиновых шпонок и из разновидности — тангенциальных, требуется точно приладить размер. Выполняется большой монтажный натяг при запрессовке втулки и появляется осевое смещение. Соединения называют напряженными.

Ступица имеет сквозную выборку по отверстию и одевается на выступающую из вала шпонку.

Крепость шпоночного соединения рассчитывают:

В большинстве случаев расчет проводится на смятие шпонки, потому как разрушение начнется с него. Срез шпонки возможен только в вариантах, когда напряжение сконцентрировано по линии соприкасания вала и ступицы при неверной подгонке шпонок. Если сечение детали намного меньше ее высоты, он может срезаться. Это применяют, когда необходим предохранительный механизм от перегрузок. Менять детали зубчатого зацепления дорого и долго, легче переставить шпонку.

Выбор шпонки для расчета выполняется по диаметру вала выбором соответствующих ему деталей для соединения. Длина вычисляется по нагрузке, чтобы она ее выдержала. Все детали имеют классические размеры, и подбираются по таблице округлением до большей, чем расчетная деталь.

На смятие расчет выполняется по формуле:

Где: M_{кр max} – самый большой вращающий момент, возможный на валу;

D – диаметр вала, исходя из этого 0,5 d его радиус;

K – высота выступающей из паза вала части шпонки ;

?_см – позволяемое напряжение при смятии.

Откуда расчетный размер длины шпонки высчитывается по формуле:

Выбор детали необходимого размера выполняется по таблице нормализованных длин для шпонок. Значение округляется до близлежащего размера. К примеру, в результате расчета получили расчетную длину 16,6. 16 мм будет недостаточно, следующее значение 18 мм подходит.

Проверка точности расчета выполняется на срез, по формуле:

Где: ?_ср – допустимое значение на срез.

Самая маленькая расчетная длина детали на срез исследуется по формуле:

Расчетная длина по второй формуле должна быть больше. Сравнением 2 чисел устанавливается нагруженность соединения.

При высоких нагрузках ступица оказаться может короче расчетной длины шпонки. В данном случае ставится 2 детали. Нужно иметь в виду погрешность изготовления деталей и неровно распределенную нагрузку. Расчетный индекс допустимой нагрузки при 2 соединениях 0,75.

Пазы выполняются под угол 180° и находятся напротив. Для упрощения технологии обработки, рекомендуется на различных диаметрах одного вала фрезеровать одинаковые пазы. Операция проходит с одной установки и инструмент не выходит из оси.

Метод расчета

Расчет шпонки по исходным данным можно создать при помощи программ на компьютере. Самые простые, и хорошие в использовании: MS Excel и OOo Calc. Программа в себя включает расчетные формулы, имеет все нормализованные размеры на валы, ступицы и шпонки.

Для выполнения метода расчета применяем пример с настоящими числами. Их следует заносить в строгой очередности в раздел с синими надписями значений. Проставлять цифры следует в свободную колонку между виртуальными обозначениями из формул и единицами измерения. К примеру:

1. Вращающий момент на валу – 300 Н/м.
2. Диаметр вала – 45 мм.
3. Глубина паза на валу – 5,5 мм.
4. Высота шпонки – 9 мм. Подбирается по справочной таблице, которая есть в программе.
5. Ширина шпонки – 14 мм.
6. Длину шпонки – 63 мм.
7. Вариант выполнения – 1. С прямыми углами, или округленными торцами с одной или 2-ух сторон. Выбираем с полукруглыми торцами. По спецификации они обозначаются 1.
8. Величина допускаемого при смятии напряжения – 90 Мпа.
9. Напряжение среза – 54 Мпа. Значение берется как 60% от величины смятия.

Результаты расчетов программа выдаёт в той же таблице, только ниже, это действующие величины стрессов смятия и среза, нагруженность соединения по этим напряжениям.

В таблице приведены результаты расчета на компьютерной программе MS Excel.

Наименование критерия	Формула расчета	Полученное значение
Напряжение смятия действующее	?см=2*T/(d*(h-t1)*Lp)	77,7 МПа
Напряжение действующее среза	?см=2*T/(d*(h-t1)*Lp)	19,4 Мпа
Нагруженность по напряжению смятия	sсм=?см/см>	86,40%
Нагруженность по срезу	Sср=TСР/ср>	36,00%

Расчет на смятие и срез выполняется примерный, потому как не принимается во внимание много факторов, влияющих на практический размер нагрузки:

• неравномерное соединение по всей плоскости;
• наличие фасок на детали, уменьшающих площадь;
• не прилегание на скругленных торцах втулки на зубчатом колесе.

В работе в большинстве случаев делают расчет на смятие, потому как эта сила влияния существенно превосходит давление на срез. При разрушении в результате перегрузок, начинается деформирование поверхности соприкасания деталей, потом шпонка срезается. При расчитывании механизмов, результат умножается на прочностный коэффициент. Для любого вида машин он различный.

Программы подойдут и для расчета круглых шпонок. Площадь влияния и сечение берутся по аналогичности с призматическими, рассчитываются через радиус.

Призматические шпонки

Обычные в применении и сборке призматические шпонки повсеместно используются в зубчатых зацеплениях и прочих узлах, передающих вращающий момент. В поперечном оси сечении они имеют форму прямоугольника. С торцов могут быть округленными.

Делаются из проката среднеуглеродистых сталей Ст 45 и Ст 40х. После строжки с припуском проходят нормализацию или закалку для получения твердости 300-320 Hb. Чистовой размер доводится шлифовкой, порой прямо на сборке по фактическому размеру паза. Фиксируется плотно в пазах вала. Прилегание поверхности для работы втулки может делаться без натяга.

Расчет призматической шпонки выполняется на смятие по площади, выступающей с вала детали. Перепроверяется на срез по размерам ширины шпонки в случае работы с динамическими нагрузками и при вибрации.

В узлах, работающих на улице, в условиях пыли и переменных нагрузок шпонки могут не запрессовываться туго в паз, а прикручиваться.

Сегментные

Шпонки, собой представляет части окружности, называют сегментными. Они имеют полукруглый низ. Порой Для снижения их глубины, часть полукруга срезают.

Расчет сегментной шпонки выполняется подобно призматической, потому как толщина и поверхность для работы – высота выступающей части, работают в похожих условиях.

Заготовкой под обработку служит поковка. При малых нагрузках делаются из круглого проката, но тогда нагрузка идет вдоль волокон стали и при динамических нагрузках особого значения деталь может срезаться.

Совсем другая технология соединения и передачи крутящего момента. Шпоночные соединения делаются не по радиусу, а в срезе валов, размещенных в одной оси. В большинстве случаев имеют форму круга. Рассчитываются на срез, потому как площадь взаимные действия большая.

Делаются из калиброванного прутка и проката. На место ставятся в сборочном процессе, заводятся в одну деталь, после вторую и соединение крепится от осевого смещения.

Цилиндрические

Для сцепления шпоночного паза с высокой нагрузкой на срез применяю цилиндрические шпонки. Они в форме круга в поперечном сечении. По линии среза самый большой размер по ширине – диаметр.

Минус подобных соединений в трудности обработки полукруглых пазов. Их приходится фрезеровать специализированным инструментом, который больше нигде не применяется.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.