ШПОНКИ ПРИЗМАТИЧЕСКИЕ
Принятые обозначения:
[Тmax] - наибольший допускаемый вращающий момент, Н·м;
l - рабочая длина шпонки, мм;
d - диаметр вала, мм;
b и h - ширина и толщина шпонки, мм;
К - выступ шпонки от шпоночного паза;
[σсм] - допускаемое напряжение смятия, МПа;
[τср] - допускаемое напряжение среза, МПа.
При расчете принимают нагружение шпонки по длине равномерным.
Шпонки рассчитывают на смятие, а в особо ответственных случаях проверяют на срез.
Рабочие грани проверяют на смятие, а сечение С - С - на срез.
Условие прочности на смятие:
[Tmax] = 0,5·d·K·l·[σсм]·10-3
Условие прочности сечения С - С на срез:
[Tmax] = 0,5·(d+K)·b·l·[τср]·10-3
В случае установки двух противоположно расположенных шпонок вводят поправочный коэффициент 0,75.
ШПОНКИ СЕГМЕНТНЫЕ
Выступающую часть шпонки проверяют на смятие, а сечение С - С - на срез.
Условие прочности выступающей части шпонки на смятие:
[Tmax] = 0,5·d·K·l·[σсм]·10-3
Условие прочности сечения С - С на срез, где l = 0,95b:
[Tmax] = 0,5·(d+K)·b·l·[τср]·10-3
ШПОНКИ ТОРЦОВЫЕ
Торцовая шпонка - это призматическая шпонка, поставленная в плоскость стыка, например, при фланцевом соединении концов двух валов.
Узкая грань шпонки подвергается смятию; продольное сечение шпонки, плоскость которого совпадает с плоскостью стыка валов, испытывает напряжение среза (сдвига).
Условие прочности на смятие:
ШПОНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ
Диаметральное сечение проверяют на срез, боковую поверхность - на смятие.
Условие прочности диаметрального сечения на срез:
T = 0,5·d·d1·l·[τср]·10-3
Условие прочности боковой поверхности на смятие:
Допускаемые напряжения
При расчете на смятие допускаемые напряжения для шпонки обусловливаются режимами работы шпоночного соединения. При спокойном режиме принимают [σсм] до 150,0 МПа.
Широко распространены в общем машиностроении значения [σсм] = 60-90 МПа при неподвижных шпонках для сопрягаемых элементов из чугунного литья, стального литья и стали.
В машиностроении также принимают [σсм] = (0,3-0,5)στ для неподвижных соединений и [σсм] = (0,1-0,2)στ для подвижных соединений, где στ - предел текучести материала шпонки.
Для определения допускаемого вращающего момента по заданным параметрам или для определения параметров по заданному вращающему моменту в неподвижных соединениях с призматическими шпонками можно пользоваться и номограммой.
Расчетная формула к номограмме
[T] = 0,25·D·h·l·[σсм]·10-3,
где,
D - диаметр вала;
h - высота шпонки;
l - рабочая длина шпонки;
[σсм] - допускаемое напряжение смятия менее твердой детали соединения.
Допускаемые напряжения смятия [σсм]:
[σсм] = 150 МПа для поверхности с твердостью ≤ 240 НВ;
[σсм] = 250 МПа для поверхности с твердостью 270...300 НВ.
Пример расчета призматической шпонки
| 
