Соединение призматическими и сегментными шпонками

Призматические шпонки выполняют прямоугольного сечения с соотношением высоты к ширине сечения от 1:1 для валов малых диаметров до 1:2 для валов больших диаметров (рис. 21.1). Концы выполняют плоскими и скругленными. Рабочими у призматических шпонок являются боковые грани. Шпонку врезают в вал на глубину около 0,6 от ее высоты h. В радиальном направлении предусматривается зазор. Обычно в соединение ставят одну призматическую шпонку. При большой напряженности конструкции иногда применяют по две шпонки, которые устанавливают под углом 120° и 180°.

Недостатком призматических шпонок является трудность обеспечения их взаимозаменяемости, т.е. необходимость ручной пригонки.

Призматические шпонки по назначению разделяют на:

1. Простые, предназначенные только для передачи крутящего момента;

2. Направляющие и скользящие, служащие также для направления при осевом перемещении.

Простые шпонки закладывают в паз вала, соответствующий длине шпонки, без крепления. Направляющие шпонки дополнительно притягивают к валу винтами. Это делается для устранения повышенного трения и износа, связанного с перекосом шпонок (рис. 21.2).

Скользящие шпонки, т.е. шпонки, перемещающиеся вместе со ступицами вдоль вала, применяют при необходимости больших осевых перемещений. Их выполняют с цилиндрическими выступами – головками, которые входят в соответствующие отверстия в ступицах. Это позволяет делать шпонку короткой. Момент передается с вала на ступицу боковыми узкими гранями шпонки. При этом на них возникают напряжения смятия s_см, а в продольном сечении шпонки – напряжения среза s_ср. Для простоты расчета допускают, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты, напряжения смятия s_см распределяются равномерно по высоте и длине шпонки, а плечо равнодействующей этих напряжений равно .

Рассматривая равновесие вала или ступицы при таких допущениях, получим условие прочности в виде

; (21.1)

, (21.2)

где - рабочая длина шпонки.

У стандартных шпонок размеры b и h подобраны так (рис. 21.3), что нагрузку соединения ограничивают не напряжения среза, а напряжения смятия, поэтому при проверочных расчетах обычно используют формулу (21.1).

Сегментная шпонка является разновидностью призматической шпонки, т.к. принципы работы этой шпонки подобны принципу работы призматической шпонки.

Сегментные шпонки самые технологичные из-за легкости изготовления самих шпонок и пазов для них. Глубокая посадка шпонки обеспечивает ей более устойчивое положение, чем у простой призматической шпонки.

Это предохраняет шпонку от перекоса (выворачивания) под нагрузкой. Однако глубокий паз значительно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки применяют на малонагруженных участках вала. Условие прочности

где h₁ – справочный размер для расчета на смятие.