Розрахунок шпонкових з'єднань на міцність здійснюють зазвичай як перевірки.
Призматичні шпонки розраховують на зминання і на зріз. Для спрощення розрахунків приймають плече сил, що діють на шпонку щодо осьової лінії валу. рівним радіусу вала. Відповідно перевірочний розрахунок призматичної шпонки виробляють за такими формулами (див. Рис. 1 і 2): на зминання
на зріз
де Т - крутний момент;
d - діаметр вала;
b і ld = l-b - відповідно ширина і робоча довжина шпонки;
К - довідковий розмір для розрахунку на зминання;
σsm і [σsm] - розрахункове і допустиме напруження на зминання для шпоночно з'єднання;
τc і [τc] - розрахункове і допустиме напруження на зріз для шпонки.
Перевірочний розрахунок сегментной шпонки проводиться так само, як і для призматической шпонки, на зріз - за попередньою формулою і на зминання - за формулою (див. Рис. 3)
Для спрощення розрахунку клинових врізних шпонок приймають, що при передачі шпонковим з'єднанням крутного моменту Т напруги зминання по ширині поверхні контакту робочих граней шпонки з валом і маточиною розподіляються за законом трикутника (рис. 4). В цьому випадку передається маточиною крутний момент Т складає ся з моменту нормальної сили Fn між маточиною і шпонкою, моменту сили тертя ƒFn між маточиною і шпонкою, де ƒ - коефіцієнт тертя між ними, і моменту сили тертя ƒ'Fn між маточиною і валом, де ƒ '- коефіцієнт тертя між ними. Наближено можна прийняти, що плече сили ƒFn дорівнює радіусу вала і ƒ '= ƒ (насправді ƒ'≈1,3ƒ). За такої умови Т = Fn b / 6 + ƒFn d. звідки
З прийнятого закону розподілу напружень зминання по ширині шпонки слід, що
Перевірочний розрахунок клиновий виразний шпонки виробляють на зминання за формулою, яка витікає з залежностей: σsm = 2Fn / (lb) ≤ [σsm]. або
Шпонку на лиски розраховують, так само як і клинову врізну, за попередньою формулою.
Допустимі напруги в нерухомих шпонкових з'єднаннях загального машинобудування при спокійній навантаженні рекомендується приймати: на зминання при сталевий маточині [σsm] = 100. 150 МПа. при чавунної [σsm] = 60. 80 МПа. на зріз [τc] = 60. 90 МПа. Ці значення допустимих напружень знижують при роботі зі слабкими поштовхами на 1/3, а при ударному навантаженні - на 2/3.
Якщо в результаті розрахунку шпонки виявиться, що вона перенапружена, то передбачаються дві або три шпонки. Дві призматичні шпонки встановлюють під кутом 180 °, а три призматичні шпонки або дві клинові - під кутом 120 °.