г. Москва, ул. М. Почтовая 12с1
м. Бауманская
офис 504

Для чего нужны шпонки в мотор-редукторе?

Для чего нужны шпонки в редукторе
30.05.2017

Понятие шпонки

Соединительный узел состоит из вала, ступицы и самой шпонки. Соединительным элементом двигателя и машины может быть ступица колеса, звездочка, шестеренки или другая деталь.

Шпонка - это металлический брус, который устанавливается в соединительные пазы входного или выходного валов и ступицу двигателя или машины. Она предназначена для передачи силы вращения со ступицы двигателя на валы редуктора, с них - на ступицу машины.

шпонка.jpg

Для изготовления паза под соединитель, применяют дисковую или концевую фрезу. Паз в ступице изготавливают методом протягивания резца.

Типы шпонок, их размеры, формы и варианты установки определены соответствующими стандартами и нормативами.

Классификация

Она напрямую зависит от формы применяемых соединителей. Форма делится на виды:

  1. Сегментные.
  2. Призматические.
  3. Круглые.
  4. Тангенциальные.
  5. Клиновые.

По своей классификации соединения могут быть:

  1. Напряженными.
  2. Не напряженными.

Не напряженное соединение получается, если применяются призматические, круглые или сегментные соединители. Они исключают монтажное напряжение. Установка их на валы проводится с натягиванием. Это обеспечивает плотное крепление, центрирование и исключает появление коррозии.

При установке клинового или тангенциального вкладыша возникает напряженное или монтажное соединение. Тангенциальная вкладка похожа на клиновую и является ее подвидом. При их установке появляется радиальное напряжение, что ведет к разбалансированной работе механизма.

Призматическая шпонка может иметь плоскую или округленную торцевую часть. Округленная часть проще устанавливается. Наличие соединителя с плоским торцевой частью исключает его движение по валу.

Сегментный соединитель устанавливается на редукторы, которые работают с низкой частотой вращения влаов. Это обусловлено тем, что под вкладыш делается глубокий паз, который снижает прочность вала. Они легко устанавливаются в паз и просто вынимаются. Глубокая посадка в пазу обеспечивает устойчивость соединителя, исключает необходимость дополнительного крепежа.

Материал и напряжение

Для изготовления стандартизированного соединителя применяется среднеуглеродистая чистотянутая сталь. Основными марками стали являются Ст6, Ст45, Ст50. Применяемая сталь должна иметь напряжение смятия не менее 600 МПа. Эта величина во многом зависит от материала, из которого изготовлена ступица двигателя или машины. В основном, для производства ступицы применяется сталь. Реже используется чугун. Если ступица выполнена из стали, то при неподвижном соединении напряжение может быть в пределах от 150 до 210 МПа. У чугунной ступицы этот показатель составляет от 90 до 120 МПа. Если нагрузка постоянная, то напряжение может быть увеличено.

Напряжение в шпонке на линии среза должно находится в пределах с 70 до 120 МПа. Увеличенные напряжения могут допускаться, если нагрузка является постоянной

Выходной вал редуктора под шпоночное соединение изготавливается из стали. Он может быть односторонний или двусторонний. Двусторонний устанавливается в том случае, когда передача крутящего момента от редуктора проводится на две машины. При необходимости, вторая машина может быть отсоединена и работать только одна сторона. Или можно установить односторонний вал.

Расчет шпоночного соединения

Соединитель выбирается, в зависимости от его диаметра, из таблиц стандартов. Находясь в пазу, он испытывает напряжение на боковой срез и смятие. Боковые стенки валов и ступиц подвержены напряжению на смятие.

Расчетные данные на смятие является основным параметром. Если у призматического соединителя он соответствует норме, то расчет на срез можно пропустить. Это обусловлено тем, что соотношение размеров пазов и шпонок выполнено в таких пропорциях, которые исключает необходимость расчета на срез, если расчет на смятие отвечает нормативным данным.

Расчет призматического соединителя на смятие проводится по формуле:

σсм = 2х〖10〗^3 Т/(dklp) ≤ (σсм), где

Т - вращающий момент, Нм;
d - диаметра вала;
k - часть шпонки, которая выступает из вала и входит в ступицу;
lp - расчетная длина шпонки;
(σсм) - допустимое напряжение смятия, МПА.

Часть, которая выступает из вала и входит в ступицу, рассчитывается по формуле:

k = H - Tз, где

Н - общая высота соединителя;
Тз - глубина залегания вкладыша в валу.

Расчетная длина соединителя вычисляется формулой:

lp = 2х〖10〗^3 Т/dk(σсм).

У сегментных шпонок проводится расчет на срез.

Условие прочности по напряжениям среза:

τср = 2х〖10〗^3 Т/(dblp) ≤ (τср), где

b - ширина шпонки;
τср - допустимое напряжение среза.

Советы при проектировании соединения

При выборе варианта соединения и его расчете рекомендуется придерживаться некоторых правил. Они основаны на анализе применения и работоспособности шпоночных соединителей:

  1. Если на валу имеется несколько пазов по шпонку, то их необходимо располагать по единой образующей.
  2. При наличии на одном валу нескольких ступеней, предпочтительнее использовать одинаковые по сечению шпонки, начиная со ступени меньшего диаметра. Это усилит прочность соединения, так как на разных валах окружная сила обратно пропорциональна диаметру. 
  3. Если требуется установка двух шпонок сегментного вида, то их лучше ставить в один паз. Необходимо помнить, что увеличение числа шпонок, снижает прочность деталей. Вариантом замены может служить шлицевой переходник с соответствующим соединением.
  4. Изменение диаметра ступени вала под призматическое соединение возможен. При этом посадочный размер большего диаметра должен быть свободно проходимый, а соединение меньшего диаметра должно оставаться прежним.

Возврат к списку

Наверх ↑