Соединение клиновыми шпонками

Врезные клиновые шпонки характеризуются следующими положениями: а) свободной посадкой ступицы на вал (с зазором);

б) расположением шпонки в пазе с зазором по боковым граням (рабочими являются широкие грани шпонки);

в) передачей вращающего момента Т от вала к ступице в основном за счет силы трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки.

Запрессовка шпонки смещает центры вала и ступицы на некоторую величину D. Это смещение вызывает дисбаланс и неблагоприятно сказывается на работе механизма при больших скоростях вращения.

Клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали, при котором ее торцевая плоскость не будет перпендикулярна к оси вала. Эти недостатки послужили причиной того, что применение клиновых шпонок резко сократилось в условиях современного машиностроения.

Для упрощения расчета клиновых врезных шпонок принимают, что при передаче шпоночным соединением крутящего момента Т напряжения сжатия по ширине поверхности контакта рабочих граней шпонки с валом и ступицей распределяются по закону треугольника. В этом случае передаваемый крутящий момент Т складывается из момента нормальной силы F_n (рис. 21.5), момента сил трения между ступицей и шпонкой , где f – коэффициент трения между ними, и момента силы трения между ступицей и валом , где f^'' - коэффициент трения между ними.

Приближенно можно принять, что плечо силы равно радиусу вала и .

При таких допущениях

или

. (21.4)

Из принятого закона распределения напряжений смятия по ширине шпонки следует

, (21.5)

где l – длина ступицы детали.

Решая совместно уравнения (21.4) и (21.5), получаем

.

При проектировании шпоночного соединения ширину и высоту шпонок принимают по ГОСТу в зависимости от диаметра вала. Длину шпонки принимают в зависимости от длины ступицы и согласовывают с ГОСТом по шпонкам.

Далее делают проверочный расчет шпоночного соединения по одному из рассмотренных случаев.