Выбор и проверка крепления деталей на валу

Фиксирование в окружном направлении насаживаемой детали (колеса, шкива и т. п.) на валу часто осуществляют соединением с натягом (за счет сил трения). В таких соединениях диаметр подступичной части вала следует увеличивать на 5...10 % против соседних участков для снижения напряжений в зонах концентрации (на краях соединения).

Рекомендуемые посадки:

зубчатых колёс
подшипников скольжения жидкостного трения

При средних значениях вращающего момента и менее высоких требованиях к точности центрирования применяют шпоночные соединения (рис. 6, a), a при высоких вращающих моментах и повышенных требованиях применяют шлицевые соединения.

Для снижения напряжений на шлицевых и шпоночных участках валов целесообразно увеличивать диаметр подступичной части на 15...20 % по сравнению с диаметрами соседних участков вала. Если соединение (шлицевое или шпоночное) передает также осевое усилие, то насаженную на вал деталь (например, зубчатое колесо) фиксируют в осевом направлении с помощью буртика. Чаще буртик выполняют на гладкой части вала (рис.2).

Для крепления зубчатых колес на валах применяют призматические шпонки, длину l которых назначают приблизительно на 5 мм меньше длины ступицы из ряда стандартных значений, приведенных в табл. 2. Размеры поперечного сечения шпонки выбирают в зависимости от диаметра вала по ГОСТ 23360—78 (табл. 4).

Выбранную шпонку проверяют на смятие:

где Т – вращающий момент, передаваемый шпонкой, Нм;
d – диаметр вала, мм; h – высота шпонки, мм; t – размер из табл. 4, мм;

l_р– расчетная длина шпонки, мм (принимают l_p= l- b – для шпонки со скругленными концами); z – число шпонок, выбирают z = 1 или 2;

[s_см] - допускаемые напряжения смятия, МПа.

Для неподвижных шпоночных соединений рекомендуют: при статической нагрузке [s_см] = 0,8s_Т; при пульсирующей [s_см] = 0,55s_Т; при знакопеременной [s_см] = 0,4s_Т. Значение предела текучести s_Т принимается для наименее прочного материала деталей соединения: шпонки, вала или втулки. При материале шпонок – сталь 45 или Ст.6 [s_см] =110…190МПа для стальной ступицы и [s_см]=70…100 МПа для чугунной ступицы. Большие значения допускаемых напряжений следует принимать при спокойной, нереверсивной нагрузке и меньшие при нагрузке с частыми пусками и остановками, а также при реверсивной нагрузке.

При перенапряжении соединения возможна установка второй шпонки под углом 180^° к первой.

Рис. 6. Соединения призматическими шпонками:
1– распорная втулка

Таблица 4

Диаметр вала, d	Сечение шпонки	Радиус закругления пазов r или фаска s1´45°	Глубина паза	Длина l
b	h	вала t1	ступицы t2
Св. 12 до 17					2,3	10…56
» 17 » 22			0,25…0,4	3,5	2,8	14…70
» 22 » 30 » 30 » 38	8 10	7 8			3,3 3,3	18…90 22…110
» 38 » 44					3,3	28…140
» 44 » 50			0,4…0,6	5,5	3,8	36…160
» 50 » 58					4,3	45…180
» 58 » 65 » 65 » 75	18 20	11 12		7 7,5	4,4 4,9	50…200 56…220
» 75 » 85			0,6…0,8		5,4	63…250
» 85 » 95					5,4	70…280

Примечания. 1. Длину l (мм) призматической шпонки выбирают из ряда: 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280. 2. Пример обозначения шпонки с размерами b = 18 мм, h = 11 мм, l = 80 мм: «Шпонка 18 ´ 11 ´ 80 ГОСТ 23360—78».