Силовая затяжка шпоночных соединений

Силовая затяжка шпоночных соединений

Силовая затяжка шпоночных соединений.

Большое значение для надежности работы шпоночного соединения имеет силовая затяжка.

Силы трения между торцом ступицы и упорным буртиком вала воспринимают часть крутящего момента, разгружая шпонку. При циклических нагрузках силы трения эффективно противодействуют угловым микросмещениям ступицы относительно вала, предупреждая выработку и разбивание боковых граней шпонки, и наклеп на посадочных поверхностях.

Определим долю крутящего момента, передаваемую в шпоночных соединениях силой затяжки. Ограничимся учетом сил трения на упорном буртике.

Крутящий момент, передаваемый силами трения на буртике,

Крутящий момент, передаваемый силами трения на буртике

где D — средний диаметр буртика (см. рис. 568); f — коэффициент трения на торцовой поверхности буртика.

Сила затяжки

Сила затяжки

где [σсм] — напряжение смятия на поверхности буртика; h' — высота буртика.

Подставляя Рзат в уравнение (136), получаем

Silov zatjajka 3

Крутящий момент, передаваемый шпонкой, согласно уравнению (134)

Крутящий момент, передаваемый шпонкой

где [σсм] — напряжение смятия на рабочей поверхности шпонки (на рисунке заштрихована); D’ — средний диаметр приложения окружной силы; k и lpaб — рабочая высота и длина шпонки.

Согласно формулам (137) и (138)

Silov zatjajka 5

Принимая Dcp ≈ D'cp; h’ = 2k; lраб = 0,6D'ср; f = 0,1, получаем

Silov zatjajka 6

Напряжение [σсм] на поверхности буртика определяется сопротивлением смятию материалов вала и ступицы. Для термообработанных сталей допустимо [σсм] = 200 МПа.

Напряжение смятия на поверхности шпонки обычно не превышает 50 МПа. Следовательно,

Silov zatjajka 7

Таким образом, преобладающая доля крутящего момента передается трением. Силовая затяжка кардинально меняет условия работы соединения, превращая его по существу во фрикционное соединение, где шпонка играет вспомогательную роль, только страхуя ступицу от проворачивания.

В затянутых конусных соединениях шпонка практически полностью разгружена от окружной силы.

Наиболее сильную затяжку обеспечивают кольцевые гайки (рис. 569, а). Затяжка шпонки нажимным винтом (вид б) недостаточна. Затяжка на шпонку, наклонно установленную в валу (вид в), вызывает децентрирование соединения и повышение разрывающих напряжений в ступице.

Затяжка шпоночных соединений

На конусных валах шпонку устанавливают параллельно оси вала (вид г) или параллельно образующей конуса (вид д). Второй способ, усложняющий обработку наклонных пазов в ступице и на валу, применяют только при длинных или крутых конусах (конусность К > 1:10), когда при установке параллельно оси кромки шпонки выходят из пазов на валу и в ступице. Проще в таких случаях применять шпонки увеличенной высоты.

На рис. 570 показаны конструктивные разновидности осевой затяжки.

Конструктивные разновидности осевой затяжки

В концевых установках чаще всего применяют кольцевые гайки, затягивающие насадную деталь непосредственно (вид а), через шайбы (вид б) или дистанционные втулки (вид в). Таким же способом затягивают детали в промежуточных установках (вид г).

Затяжка шестигранными гайками, установленными на хвостовике вала (вид д), увеличивает осевые размеры конструкции.

В полых валах применяют внутренние гайки (виды е—з), сила затяжки которых несколько меньше, чем кольцевых. Еще слабее затяжка центральным болтом (вид и) или несколькими смещенными с центра болтами (вид к).

На видах (л, м) представлена затяжка через центрированные шайбы. Конструкция (м) предпочтительнее, если необходимо уменьшить осевые габариты.

Для облегчения разборки, особенно в соединениях с переходными посадками, а также в конусных соединениях, вводят съемные устройства, например, гайки с дифференциальной резьбой (вид н). В конструкции (о) гайка при отвертывании снимает ступицу упором в кольцевой стопор 1.