Примеры выбора шпонки и расчета соединения вал-ступица

Выходного вала редуктора

Пример 1. Расчет шпоночного соединения вал-ступица выходного вала цилиндрического редуктора

1.1 Расчётная схема. Исходные данные

Расчетная схема шпоночного соединения представлена на рис. 6.1.

Исходные данные:

вращающий момент на выходном валу Т2 = 114,6 Н∙м;

диаметр участка вала для установки колеса dк = 47,5мм;

ширина зубчатого колеса в2 = 36 мм;

материал ступицы (колеса) – сталь 40Х.

 

1.2 Выбор и расчёт основных параметров шпонки

Для передачи вращающего момента Т2 = 114,6 Н∙м от зубчатого колеса к выходному валу применим призматическую шпонку. Ширину в и высоту h шпонки, а также глубину паза на валу t1 и в ступице t2 выбираем стандартными в зависимости от диаметра вала dк по таблице 49 [Р. 10].

По таблице 49 [4] для dк = 47,5 мм находим: в = 14 мм, h = 9 мм, t1 = 5,5 мм, t2 = 3,8 мм, ℓ = в2 – (5…8) мм = 36 - (5…8) = (31…28) мм. Из ряда стандартных длин (таблица 49 [Р. 10]) выбираем ℓ = 30 мм. Расчетная длина шпонки ℓр = ℓ - в = 30 – 14 = 16 мм.

 

1.3 Проверочный расчёт шпоночного соединения на прочность

На смятие рабочих граней шпонки по условию

σсм = [σсм],

σсм = Н/мм2,

где [σсм ] = (110…190) Н/мм2 – для стальных ступиц.

Условие прочности по напряжениям смятия выполняется, так как

σсм = 86,2 Н/мм2 < [σ]см = 110…190 Н/мм2 (по среднему значению);

на срез шпонки по условию

τср = [τср ],

τср = Н/мм2,

где [ τср ] = (40…70) Н/мм2 – для сталей при реверсивной нагрузке.

Условия прочности выполняются, так как

τср = 21,5 Н/мм2 < [ τср ] = (40…70) Н/мм2.

 

Пример 2. Расчет шпоночного соединения вал-ступица выходного вала конического редуктора

2.1 Расчётная схема. Исходные данные

Расчетная схема шпоночного соединения показана на рис. 6.1.

Исходные данные:

диаметр вала dК = 47,5 мм;

величина вращающегося момента Т2 = 95,5 Н∙м.

материал ступицы (колеса) – сталь марки 40X, термообработка колеса - улучшение твердость поверхности 269…302 НВ.

 

2.2. Выбор и расчёт основных параметров шпонки

Для передачи вращающегося момента Т2 = 95,5 Н∙мот зубчатого колеса к выходному валу применим призматическую шпонку со скругленными торцами (рис. 6.2).

Ширину b и высоту h шпонки, а также глубину паза на валу t1 и в ступице t2 выбираем стандартными в зависимости от диаметра dK = 47,5 мм по таблице 49[4] : b=14 мм, h = 9 мм, t1 = 5,5 мм, t2 = 3,8 мм.

Обычно полная стандартная длина шпонки L на 5...10 мм меньше длины ступицы:

ℓ = ℓСТ – (5…10) мм = 57 – 7 = 50 мм.

Из ряда стандартных длин (таблица 49[Р. 10]) выбираем ℓ = 50 мм.

Расчетная длина шпонки ℓр = ℓ - b = 50-14 = 36 мм.

Проверочный расчет шпоночного соединения на прочность:

на смятие рабочих граней шпонки по условию:

σСМ = ,

σСМ = Н/мм2,

где допускаемые напряжения смятия для стальной ступицы принимаются [σСМ] = 110 ÷ 190 Н/мм2.

Условие прочности по напряжениям смятия выполняется, так как

σСМ = 32 Н/мм2 < [σСМ] = 150 Н/мм2 (по среднему значению);

на срез шпонки по условию:

τСР =

τСР = Н/мм2,

где [τ]СМ = (40…70) Н/мм2 - для сталей при реверсивной нагрузке.

Условие прочности на срез выполняются, так как

τСР = 8 Н/мм2 < [τСР] = (40…70) Н/мм2.