В курсовых проектах для соединения вала с деталями, предающими вращение, чаще всего применяют призматические шпонки из стали, имеющей σв ³ 600 МПа, например из сталей 45 или Ст6.
Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала d, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов подобраны так, что их прочность на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений — расчет на смятие.
Условие прочности призматической шпонки на смятие:
.
где
Т – передаваемый крутящий момент;
d – диаметр вала в месте установки шпонки;
h – высота шпонки;
t 1– глубина паза ступицы;
(l – b) – расчетная длина шпонки со скругленными концами.
Длину шпонки назначают из ряда (см. табл. 52) таким образом, чтобы она была несколько меньше длины ступицы l = l ст–(5¸10)мм
Допускаемое напряжение смятия [sсм] = 100 ¸120МПа – при стальной ступице и спокойной нагрузке, при колебаниях нагрузки [sсм] следует снижать на 20¸25%. При чугунной ступице – [sсм] = 50¸60 МПа.
|
|
Таблица 52
Шпонки призматические (по ГОСТ 23360-78, с сокращениями). Размеры, мм.
Диаметр вала d | Сечение шпонки b × h | Глубина паза | |
вала | втулки | ||
Св. 10 до 12 | 4×4 | 2,5 | 1,8 |
Св. 12 до 17 | 5×5 | 3,0 | 2,3 |
Св. 17 до22 | 6×6 | 3,5 | 2,8 |
Св. 22 до30 | 8×7 | 4,0 | 3,3 |
Св. 30 до 38 | 10×8 | 5,0 | 3,3 |
Св. 38 до 44 | 12×8 | 5,0 | 3,3 |
Св. 44 до 50 | 14×9 | 5,5 | 3,8 |
Св. 50 до 58 | 16×10 | 6,0 | 4,3 |
Св. 58 до 65 | 18×11 | 7,0 | 4,4 |
Св. 65 до 75 | 20×12 | 7,5 | 4,9 |
Св. 75 до 85 | 22×14 | 9,0 | 5,4 |
Св. 85 до 95 | 25×14 | 9,0 | 5,4 |
Св. 95 до 110 | 28×16 | 10,0 | 6,4 |
Примечания: 1. Длину шпонки l выбирают из ряда: 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100;110; 125; 140; 160; 180; 200…(до 500). 2. Пример условного обозначения шпонки сечением b×h =20×12, длиной 90 мм; Шпонка 20×12×90 ГОСТ 23360-78. |
Если условие прочности не соблюдается, то необходимо увеличить длину шпонки и соответственно ступицы. Если при проверке sсм окажется значительно ниже [sсм], то можно взять шпонку меньшего сечения, как для вала предыдущего диапазона диаметров, но обязательно проверить на смятие.