Лабораторні роботи
Вивчення конструкцій шпонкових з'єднань, підбір та розрахунок їх на міцність.
2. Обладнання та інструмент
1) Набір призматичних, сегментних та клинових шпонок.
3. Зміст роботи
Ознайомлення з основними типами шпонок, їх призначенням, перевагами та недоліками. Викреслення шпонкових з'єднань та окремих шпонок із зазначенням геометричних параметрів. Виконує розрахунки на міцність різних шпонкових з'єднань. Виконує запис умовного позначення розрахованих шпонок за ГОСТами.
4. Основні поняття та розрахункові залежності
Шпонкові з'єднання служать для закріплення деталей на валах і осях і призначені для передачі моменту, що крутить.
Усі шпонкові з'єднання можна розділити на дві групи: напружені та ненапружені. До першої групи належать клинові шпонки. До другої – призматичні та сегментні. Розміри шпонок та допуски на них стандартизовані.
4.1. З'єднання клиновими шпонками
Передача крутного моменту клиновими шпонками (ГОСТ 8791) (див. малюнок 1) виробляються за рахунок сил тертя, які утворюються в з'єднанні від запресування шпонки, створюючи таким чином напруги до застосування робочого навантаження.
Паз у маточині обробляється з ухилом, рівним ухилу шпонки (1:100), що часто вимагає індивідуального припасування шпонки по пазу. Крім того, клинова форма шпонки може викликати перекіс деталі, при якому її торцева площина не буде перпендикулярна до осі валу.
Ці недоліки спричинили різке скорочення застосування клинових шпонок в умовах сучасного виробництва.
Робочі поверхні шпонки зазнають напруги зминання та розраховуються за умовою міцності
σ см = 2 T b ∙ l ∙ f ∙ d + 1 6 b ≤ σ см , (1)
де T – крутниймомент, що передається шпонкою, Нмм; b - ширина шпонки, мм; l – робоча довжина шпонки, мм; f – 0,13…0,18 – коефіцієнт тертя ковзання; d – діаметр валу, мм; σ см - напруга, що допускається, зминання матеріалу шпонки, МПа.
Мал. 1. З'єднання клиновою шпонкою
4.2. З'єднання призматичними шпонками
З'єднання призматичними шпонками (див. малюнок 2) ненапружене і вимагає виготовлення валу та отворів у маточці з більшою точністю. Крутний момент передається бічними гранями шпонки. При цьому на них виникають напруги зминання σ см, а в поздовжньому перетині шпонки напруги зрізу t з p.
Напруги визначаються за такими умовами міцності
σ см = 4,4 T z ∙h∙l p ∙ d ≤ σ см; (2)
τ з p = 2 T b ∙ l p ∙ d ≤ τ з p; (3)
де T - переданий крутний момент, Нмм;
h і b - висота і ширина шпонки,мм, що вибираються за ГОСТ 8788 залежно від діаметра валуd, мм;
z- кількість шпонок,шт;
l p – робоча довжина шпонки, яка визначається від виконання шпонки,мм;
σ см , τ з p - напруги зминання і зрізу матеріалу шпонки, що допускаються,МПа.
Рис.2. З'єднання призматичною шпонкою
Шпонки мають три виконання: шпонки із округленими торцями та шпонки із плоскими торцями (див. малюнок 2).
4.3. З'єднання сегментними шпонками
Принцип роботи сегментних шпонок (див. рис. 3) аналогічний роботі призматичних шпонок. Глибока посадка шпонки у вал забезпечує стійкіше положення, ніж у призматичної шпонки. Шпонковий паз для сегментних шпонок фрезерують спеціальною фрезою, що відповідає розміру шпонки.
Однак глибокий паз значно послаблює вал.
Сегментні шпонкирозраховують так само, як і призматичні з умови міцності на зминання та на зріз
σ см = 2 T z ∙ d ∙ l ∙ k ≤ σ см; (4)
τ з p = 2 T z ∙ b ∙ l ∙ d ≤ τ з p; (5)
де k - Підвищення шпонки над валом, k = h - t, мм; t – глибина паза шпонки на валу, мм.
Мал. 3. З'єднання сегментною шпонкою
5. Матеріал шпонок і напруги, що допускаються
Шпонки виготовляються з чистостянутих прутків з вуглецевих сталей за ГОСТ 1050 з межею міцності не нижче σ =500 МПа , рідше легованих сталей 40Х, 45Х за ГОСТ 4543 σ =600-700 МПа.
Величина напруг, що допускаються, залежить від режиму роботи, міцності матеріалу валу і втулки, типу посадки втулки на вал (див. таблицю 1).