Глава 6
ШПОНОЧНЫЕ И ЗУБЧАТЫЕ (ШЛИЦЕВЫЕ) СОЕДИНЕНИЯ
Шпоночные и зубчатые соединения служат для закрепления деталей на осях и валах. Такими деталями являются шкивы, зубчатые колеса, муфты, маховики, кулачки и т. д. Соединения нагружаются в основном вращающим моментом.
§ 6.1. Шпоночные соединения
Все основные виды шпонок можно разделить на клиновые и призматические. Первая группа шпонок образует напряженные , а вторая — ненапряженные соединения. Размеры шпонок и допуски на них стандартизованы.
 

Соединение клиновыми шпонками (например, врезной клиновой шпонкой; рис. 6.1) характеризуется свободной посадкой ступицы на вал (с зазором); расположением шпонки в пазе с за¬зорами по боковым граням  (рабочими являются широкие грани шпонки); передачей вращающего момента от вала к ступице в основном силами трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки. За¬прессовка шпонки смещает центры вала и ступицы на некоторое значение Δ, равное половине зазора посадки и деформации деталей. Это смещение вызывает дисбаланс и неблагоприятно сказывается на работе механизма при больших частотах вращения.
Клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали, при котором ее торцовая плоскость не будет перпендикулярна оси вала. Обработка паза в ступице с уклоном, равным уклону шпонки, создает дополнительные технологические тру¬дности и часто требует индивидуальной пригонки шпонки по пазу. Такая пригонка совершенно недопустима в условиях массового производства. Эти недостатки послужили причиной того, что применение клиновых шпонок резко сократилось в условиях современного производства. Значительное сокраще¬ние применения клиновых щпонок позволяет не рассматривать в настоящей курсе их конструктивные разновидности и расчет на прочность.
 

Соединение призматическими шпонками ненапряженное. Оно требует изготовления вала и отверстия с большой точностью. Во многих случаях посадка ступицы на вал производится с натягом. Момент передается с вала на ступицу боковыми
узкими гранями шпонки. При этом на них возника¬ют напряжения смятения асм, а в продольном сече¬нии шпонки — напряжения среза τ (рис. 6.2).
Для упрощения расчета допускают, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты, напряжения асм распределяются равно¬мерно по высоте и длине шпонки, а плечо равнодействующей этих напряжений равно ~d/2. Рассматривая равновесие вала или ступицы при этих допущениях, получаем условия прочности в виде