Все основные виды шпонок можно разделить на клиновые и приз­матические. Первая группа шпонок образует напряженные[7], а вто­рая — ненапряженные соединения. Размеры шпонок и допуски на них стандартизованы.

Соединение клиновыми шпонками (например, врезной клино­вой шпонкой; рис. 6.1) характеризуется свободной посадкой ступицы на вал (с зазором); расположением шпонки в пазе с зазорами по боковым граням[8] (рабочими являются широкие грани шпонки); передачей вращающего момента от вала к ступице в основном силами трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки. Запрессовка шпонки смещает центры вала и ступицы на величину А, равную половине зазора посадки и де­формации деталей. Это смещение вызывает дисбаланс и неблаго­приятно сказывается на работе механизма при больших частотах вращения.

Клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали, при котором ее торцовая плоскость не будет перпендикулярна оси вала. Обработка паза в ступице с уклоном, равным уклону шпонки, создает дополнительные технологические трудности и часто требует индивидуальной пригонки шпонки по пазу. Такая пригонка совер­шенно недопустима в условиях массового производства. Эти недо­статки послужили причиной того, что применение клиновых шпо­нок резко сократилось в условиях современного производства. Зна­чительное сокращение применения клиновых шпонок позволяет не рассматривать в настоящем курсе их конструктивные разновид­ности и расчет на прочность.

Соединение призматическими шпонками ненапряженное. Оно тре­бует изготовления вала и отверстия с большой точностью. Во многих случаях посадка ступицы на вал производится с натягом.

Момент передается с ва­ла на ступицу боковыми узкими гранями шпонки. При этом на них возни­кают напряжения смя­тия (Тем, а в продольном сечении шпонки — напря­жения среза т (рис. 6.2).

Для упрощения рас­чета допускают, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты, напряжения а^ распределяются равномерно по высоте и длине шпонки, а плечо равнодействующей этих напряжений равно ~D/2. Рассматривая равновесие вала или ступицы при этих допущениях, получаем условия прочности в виде

*см=4 ГДй/prfKtaJ;

Т=2Г/(ад<[т].

У стандартных шпонок размеры Ъ и H зависят от диаметра вала и подобраны так, что нагурзку соединения ограничивают не напря­жения среза, а напряжения смятия. Поэтому при расчетах обычно используют только формулу (6.1).

Параллельность граней призматической шпонки позволяет осу­ществлять подвижные в осевом направлении соединения ступицы с валом (коробки скоростей и др.). Силы трения, возникающие при перемещении ступицы в подвижном соединении, могут нарушить правильное положение шпонки, поэтому ее рекомендуют крепить к валу винтами (рис. 6.3, а). В некоторых конструкциях подвижных соединений целесообразно применять короткие шпонки, прикреп­ленные к ступице (рис. 6.3, б).

Сегментная и цилиндрическая шпонки являются разновидностью призматической шпонки, так как принцип работы этих шпо­нок подобен принципу работы призматической шпонки. Кон­струкция соединения с помо­щью сегментной шпонки пока­зана на рис. 6.4. Глубокая по­садка шпонки обеспечивает ей более устойчивое положение, чем у простой призматической р^ 6 2

(—

4_li----------- j------

Б

Рис. 6.3

Шпонки. Однако глубокий паз значительно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки применяют главным образом для закрепления деталей на малонагруженных участках вала, например на концах валов. Основные размеры сегментных шпонок bxhxD (ширина, высота, диаметр заготовки) стандартизованы в зависимости от диаметра вала. Длина шпонки /«D. Аналогично соединению с призматической шпонкой для сегментной шпонки получим

CCM*2TI(kld)^[aCM.

При длинных ступицах можно ставить в ряд по оси вала две сегментные шпонки.

Конструкция соединения с цилиндрической шпонкой (штифтом) показана на рис. 6.5. Цилиндрическую шпонку используют для закрепления деталей на конце вала. Отверстие под шпонку сверлят и обрабатывают разверткой после посадки ступицы на вал. При больших нагрузках ставят две или три цилиндрические шпонки, располагая их под углом 180° или 120° соответственно. Цилинд­рическую шпонку устанавливают в отверстие с натягом. В некото­рых случаях шпонке придают коническую форму.

Т

Условие прочности соединения цилиндрической шпонкой по на­пряжениям смятия аналогично формуле (6.1):

(6.4)