Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов подобраны так, что прочность их на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений расчет на смятие. Проверку шпонок на срез в большинстве случаев не проводят.

Соединения призматическими шпонками (рис. 4.5 и 4.1) проверяют по условию прочности на смятие:

Сила, передаваемая шпонкой, F1=2*103T/d. На смятие рассчитывают выступающую из вала часть шпонки.

При высотк фаски шпонки площадь смятия

следовательно,

Где Т- передаваемый момент, H-м; d – диаметр вала, мм; h, r1 – высота шпонки и глубина паза нп валу, мм (таблица величин); - допускаемые напряжения смятия, lp – рабочая длина шпонки; для шпонок с плоскими торцами lp=l, со скругленными lp=l

-

При проектировочных расчетах

после выбора размеров поперечного сечения шпонки Ь и h по таблице определяют расчетную рабочую длину 1 шпонки по формуле (4.1).

Длину шпонки

со скругленными торцами lp= 1+Ь или плоскими торцами lp== 1 назначают из стандартного ряда.

Длину ступицы

1см принимают на 8 . 10 мм больше длины шпонки. Если длина ступицы больше величины 1,5d,, то шпоночное соединение целесообразно заменить на шлицевое или соединение с натягом. Соединения сегментными шпонками (см. рис. 4.1) проверяют на смятие:

Где lp=l – рабочая длина шпонки; (h –t) – рабочая глубина в ступнице.

Сегментная шпонка узкая, поэтому в отличие от призматической ее проверяют на срез.

Условие прочности на срез

Где b – ширина шпонки; - допускаемое напряжение на срез шпонки.

Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой чистотянутой стали с

600 Н/мм2 чаще всего из сталей 45, Стб.

Допускаемые напряжения смятия для шпоночных соединений:

при стальной ступице []см = 130 .200 Н/мм2

при чугунной []см 80 . 110 Н/мм2. Большие значения принимают при постоянной нагрузке, меньшие при переменной и работе с ударами.

При реверсивной нагрузке []см снижают в 1,5 раза.

Допускаемое напряжение на срез шпонок 70 . 100 Н/мм2.

Большее значение принимают при постоянной нагрузке.