При проектуванні шпоночно з'єднання ширину і висоту шпонок приймають за відповідним ГОСТом в залежності від діаметра вала. Довжину шпонки приймають в залежності від довжини маточини і погоджують з ГОСТом. Достатність прийнятих розмірів шпонки перевіряють розрахунком з'єднання на міцність (перевірочний розрахунок).
На шпонкові з'єднання діє крутний момент, що викликає напруження зрізу в шпонке і напруги зминання на бічних гранях шпонки і пазів маточини і вала, см. Рис. 6.2 (для спрощення розрахунків вважають, що напруги зминання рівномірно розподілені по площі контакту бічних граней шпонок і пазів шпон; контактним тиском, що виникають при посадці шпонок в паз вала з натягом, нехтують).
Отже, призматичні шпонки розраховують на зминання і зріз за такими формулами:
де - крутний момент; - діаметр вала; - ширина шпонки; - робоча довжина шпонки; - глибина врізання шпонки в маточину; і - розрахункове і допустиме напруження на зминання для слабшого матеріалу шпоночно з'єднання (вала, шпонки або маточини); і - розрахункове і допустиме напруження на зріз для матеріалу шпонки.
Перевірочний розрахунок сегментной шпонки проводиться так само, як і для призматической шпонки:
де - довжина шпонки.
У стандартних шпонок розміри поперечного перерізу і підібрані таким чином, що міцність з'єднання визначає напруження зминання (розрахунок на зріз не проводять).
Якщо міцність не достатня, то встановлюють одну або кілька додаткових шпонок (проте, установка декількох шпонок сильно послаблює вал, тому в таких випадках шпонки замінюють шліцьовими сполуками або пресове з'єднання).