Основним критерієм працездатності шпонкових з'єднань є міцність. Шпонки вибирають за таблицями ГОСТів в залежності від діаметра вала, а потім з'єднання перевіряють на міцність. Розміри шпонок і пазів в ГОСТах підібрані так, що міцність їх на зріз і вигин забезпечується, якщо виконується умова міцності на зминання, тому основний розрахунок шпонкових з'єднань - розрахунок на зминання. Перевірку шпонок на зріз в більшості випадків не виробляють.
З'єднання призматичними шпонками (рис 3.4 і 3.1) перевіряють за умовою міцності на зминання:
Сила, що передається шпонкою, Ft = 2 T / d.
При висоті фаски шпонки f ≈0,06h площа зминання.
Acм = (h - t1 - f) lp = (h - t1 - 0,06h) lp = (0,94h - t1) lp, отже,
де Т - передаваний момент; d - діаметр вала; (0,94h - t1) - робоча глибина паза в маточині (див. табл. 3.1); [# 963;] см - напруга, що допускається зминання (див. нижче); lp - робоча довжина шпонки; для шпонок з плоскими торцями lp = l, з округленими торцями lp = l - b.
Якщо розрахункове напруження перевищує допустиме більш ніж на 5%, то збільшують довжину шпонки і відповідно маточини або шпонкові з'єднання замінюють шліцьовим або пресове з'єднання.
При проектувальних розрахунках після вибору розмірів поперечного перерізу b і h по табл. 3.1 визначають розрахункову довжину шпонкіlp за формулою (3.1).
Довжину шпонки з округленими торцями lp = l + b або з плоскими торцаміlp = l призначають із стандартного ряду (див. Табл. 3.1). Довжину маточини lст приймають на 8 ... 10 мм більше довжини шпонки. Якщо довжина маточини більше величини 1,5 d. то шпонкові з'єднання замінюють шліцьовим або пресове з'єднання ..
З'єднання сегментними шпонками (див. Рис. 3.2) перевіряють на зминання:
де l - довжина шпонки; (H - t) - робоча глибина в ступиці.
Сегментна шпонка вузька, тому на відміну від призматической її перевіряють на зріз.
Умова міцності шпонки на зріз
де b - ширина шпонки; [# 964;] ср - допустиме напруження на зріз шпонки (див. Нижче).
Стандартні шпонки виготовляють зі спеціального сортаменту среднеуглеродистой, чістотянутой стали з # 963; в≥600 Н / мм² - найчастіше зі сталі 45.
Допустимі напруги зминання для шпонкових з'єднань:
при сталевий маточині і спокійною навантаженні [# 963;] см = 110 ... 190 Н / мм²;
при чавунної - [# 963;] см = 70 ... 100 Н / мм².
При змінному навантаженні [# 963;] см знижують на 50%.
Напруга, що допускається на зріз шпонок [# 964;] ср = 70 ... 100 Н / мм². Більше значення приймають при постійному навантаженні.
Розрахунок шпоночно з'єднання ведуть в послідовності, викладеної в рішенні прикладу 3.1.
Приклад 3.1. вибрати тип стандартного шпоночно з'єднання сталевого зубчатого колеса з валом (див. рис. 3.1, а) і підібрати розміри шпонки. Діаметр вала d = 45 мм. З'єднання передає момент Т = 189,5 Н · м при спокійній навантаженні.
Решеніе.1. Вибір з'єднання. Для з'єднання вала з колесом приймаємо призматичну шпонку з округленими торцями (виконання 1).
2.Размери шпонки і паза. За табл. 3.1 для діаметра вала d = 45 мм приймаємо розміри перерізу шпонки b = 14 мм; h = 9 мм. Глибина паза t1 = 5,5 мм.
3.Допускаемое напруга. Для сталевий маточини при спокійній навантаженні приймаємо [# 963;] см = 100 Н / мм.
4. Розрахункова довжина шпонки [формула (3.1)]
l = lp + b = (26 + 14) мм = 40 мм - узгоджується зі стандартом (див. табл. 3.1).
Для маточини колеса
lст = l + 10 мм = (40 + 10) мм = 50 мм, що допустимо.