Шпоночное соединение — один из видов соединений вала со втулкой с использованием дополнительного конструктивного элемента (шпонки), предназначенной для предотвращения их взаимного поворота.
Чаще всего шпонка используется для передачи крутящего момента в соединениях вращающегося вала с зубчатым колесом или со шкивом, но возможны и другие решения, например, защита от поворота кронштейна тяжелой стойки при его продольном перемещении относительно неподвижной колонки (направляющее шпоночное соединение).
По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные. В стандартах предусмотрены разные исполнения шпонок: например, призматических шпонок с двумя закругленными торцами, с одним закругленным торцом, с незакругленными торцами, сегментные полной формы и со срезанным краем сегмента.
Наиболее часто применяются призматические шпонки. Они дают возможность получать как подвижные, так и неподвижные соединения. Длины шпонок выбирают из ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 40, 45, 50, 56, 63 и далее до 500 мм с полем допуска . Для длины глухого шпоночного паза установлено поле допуска .
Значения предельных отклонений глубин пазов на валу и во втулке в зависимости от высоты шпонки приведены в табл. 3.25, 3.26.
По высоте шпонки в сопряжении предусмотрено образование зазора по номиналу, для чего сумма глубин пазов превышает высоту шпонки.
Для образования неподвижных соединений можно использовать сегментные и клиновые шпонки. Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизованы и выбираются в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединения.
В отличие от соединений вал-втулка с натягом, которые обеспечивают взаимную неподвижность деталей без дополнительных конструктивных элементов, шпоночные соединения -разъемные. Они позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке (рис. 3.107).
На рисунке видно, что шпоночное соединение предполагает создание трех посадок: вал-втулка (центрирующее сопряжение), шпонка-паз вала и шпонка-паз втулки. В шпоночном соединении возможно и еще одно сопряжение — по длине шпонки, если призматическую шпонку с закругленными торцами закладывают в глухой (закрытый с двух сторон) паз на валу.
Точность центрирования деталей в шпоночном соединении обеспечивается посадкой втулки на вал. Это обычное гладкое
цилиндрическое сопряжение, которое можно назначить с очень малыми зазорами или натягами.
Однако правильное назначение посадки для этого соединения существенно влияет на условия работы шпоночного сопряжения. Для повышения точности центрирования предпочтительно применение переходных посадок или даже посадок с небольшим натягом.
По высоте призматических и сегментных шпонок сопряжения практически отсутствуют, поскольку специально предусмотрен зазор по номиналу (суммарная глубина пазов втулки и вала больше высоты шпонки).
В клиновых шпоночных соединениях зазор по высоте обычно выбирают продольным перемещением шпонки, но при этом зазор в центрирующем сопряжении (если он есть) также выбирают в одну сторону, что приводит к относительному смещению осей вала и отверстия.
Рекомендуемые поля допусков для соединений вал-втулка приведены в табл. 3.27.
Шпоночные соединения могут быть подвижными или неподвижными в осевом направлении. Вдоль вала с направляющей шпонкой обычно перемещается зубчатое колесо, блок зубчатых колес, полумуфта или другая деталь (здесь направляющей является вал со шпонкой).
В подвижных соединениях часто используют направляющие шпонки с креплением к валу винтами. Шпонки могут быть также закреплены на втулке и служить для передачи крутящего момента или для предотврахцения поворота втулки в процессе ее перемещения вдоль неподвижного вала.
Так, шпонка, закрепленная на кронштейне тяжелой стойки для установки измерительных головок типа микрокаторов, предназначена для предотвращения поворота кронштейна при его продольном перемещении по колонке стойки.
В этом случае направляющей является колонка — вал со шпоночным пазом.
Работоспособность шпоночных соединений определяется в основном точностью посадок по ширине шпонки b. Остальные размеры задаются так, чтобы максимально облегчить процесс сборки при сохранении необходимой надежности соединения. Допуски других элементов в шпоночных соединениях приведены в табл. 3.28.
По сопрягаемому размеру (ширина шпонки и пазов вала и втулки) для призматических шпонок предусмотрено три варианта соединения: свободное, нормальное и плотное (табл. 3.29).
Наибольшее распространение в общем машиностроении имеет нормальное соединение; свободное соединение применяют главным образом для направляющих шпонок, иногда при наличии объемной термообработки; плотное соединение — в случае реверсивного или старт-стопного режима вращения вала.
Для обеспечения собираемости шпоночного соединения к шпоночным пазам вала и втулки предъявляются определенные требования точности расположения. Устанавливаются допуски параллельности шпоночного паза относительно оси соответствующей ступени детали и его симметричности.
Допуск параллельности определяется по классу относительной геометрической точности А и составляет около 60% от допуска на ширину шпоночного паза, а допуск симметричности, заданный в диаметральном выражении, составляет примерно четыре допуска ширины шпоночного паза:
Расчетные значения округляются до стандартных по ГОСТ 24643-81.
Шероховатость поверхностей шпоночного паза выбирается в зависимости от полей допусков размеров шпоночного соединения
Условные обозначения на чертежах
Условное обозначение призматических шпонок включает следующие элементы:
-слово «Шпонка»;
- обозначение исполнения (исполнение 1 не указывают);
- размеры сечения и длины шпонки ;
- обозначение стандарта.
Пример условного обозначения призматической шпонки исполнения 2 с размерами
Шпонка 2 — 4 х 4 х 12 ГОСТ 23360-78.
Пример условного обозначения призматической направляющей шпонка исполнения 3 с размерами
Шпонка 3 — 12 х 8 х 100 ГОСТ 8790-79.
Сегментные шпонки обычно применяют для передачи небольших крутящих моментов. Размеры сегментных шпонок и шпоночных пазов (ГОСТ 24071-80) выбирают в зависимости от диаметра вала.
Виды полей допусков ширины пазов для сегментных шпоночных соединений зависят от характера шпоночного соединения (табл. 3.30).
Для термообработанных деталей допускаются предельные отклонения ширины паза вала по , ширины паза втулки (соединение свободного типа).
Стандарт устанавливает следующие поля допусков размеров шпонок:
- ширины ;
- высоты ;
- диаметра .
Условное обозначение сегментных шпонок включает следующие элементы:
- слово «Шпонка»;
- обозначения исполнения (исполнение 1 не указывают);
- размеры сечения
- обозначение стандарта.
Пример условного обозначения сегментной шпонки исполнения 2 с размерами
Шпонка 2 — 4 х 6,5 ГОСТ 24701-80.
Клиновые шпонки применяют в неподвижных шпоночных соединениях, когда требования к соосности соединяемых деталей невысоки. Размеры клиновых шпонок и шпоночных пазов нормированы ГОСТ 24068-80. Длину паза на валу для клиновой шпонки исполнения 1 выполняют равной , для остальных исполнений длина паза равна длине закладной шпонки.
Предельные отклонения размеров для клиновых шпонок такие, как и для призматических (ГОСТ 23360-78).
По ширине шпонки стандарт устанавливает соединения по ширине паза вала и втулки с использованием полей допуска . Длина паза вала — с полем . Предельные отклонения глубины пазов я соответствуют отклонениям для призматических шпонок.
Предельные отклонения угла наклона верхней грани шпонки и паза по ГОСТ 8908-81.
Пример условного обозначения клиновой шпонки исполнения 2 с номинальными размерами
Шпонка 2 — 8 х 7 х 25 ГОСТ 24068-80.
Методы и средства контроля элементов деталей шпоночного соединения
Для контроля используются два метода: дифференциальный (поэлементный) и комплексный. Для реализации первого метода применяют универсальные средства измерения.
Выбор того или иного средства измерения определяется возможностью его использования с учетом конкретной конфигурации детали и обеспечения необходимой точности измерения. Метод целесообразно применять на стадии отладки технологического процесса.
Он имеет высокую информативность, однако требует больших затрат времени и определенной квалификации персонала. Комплексный контроль стандартизованных шпоночных пазов применяется при контроле годности готовых деталей и осуществляется калибрами (рис. 3.108).
Ширину пазов вала и втулки проверяют пластинами, имеющими проходную и непроходную стороны (рис. 3.108, а). Размер от образующей цилиндрической поверхности втулки до дна паза контролируют пробкой со ступенчатым выступом (рис. 3.108, б).
Для осуществления непосредственного контроля отклонения от симметричности отклонения шпоночного паза могут быть использованы калибры двух вариантов исполнения (рис. 3.109).
При контроле детали по варианту I калибр вставляют в шпоночный паз. Вал со шпоночным пазом считается годным, если выступ специального шпоночного калибра-призмы входит в шпоночный паз и отсутствует зазор между валом и измерительными поверхностями калибра-призмы.
При контроле детали по варианту II калибр вставляют в шпоночный паз и деталь считается годной, если калибр проходит.
Для комплексного контроля размеров и отклонений расположения шпоночного паза может быть использован шпоночный калибр-пробка (рис. 3.110).
При контроле детали шпоночный калибр-пробку вставляют в отверстие, и если калибр проходит в деталь, считается, что первое условие годности детали соблюдено.
Измерения могут выполняться также с использованием специального накладного средства измерения (рис. 3.
111), состоящего из двух измерительных головок, закрепленных неподвижно в установочном модуле, жестко связанном с контрольной оправкой цилиндрической или призматической формы.
Данное средство измерения предварительно настраивают на нуль по образцовой детали, имеющей ту же конфигурацию и номинальные размеры, что и контролируемая деталь.
При настройке и при выполнении измерений средство измерения базируют таким образом, чтобы контрольная оправка плотно входила в паз детали (образцовой или контролируемой). При измерении отклонений расположения средство измерения перемещают в направлении оси контролируемой детали вдоль паза и фиксируют максимальную разность показаний измерительных головок на длине паза.
За результат измерения принимается половина зафиксированной максимальной разности показаний измерительных головок.
Разновидности шпоночных соединений
Глава 1. Шпоночные соединения
Общие сведения
Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки и др.). Шпонка представляет собой стальной брус, устанавливаемый в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей. Основные типы шпонок стацдартизованы. Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковым или концевыми фрезами, в ступицах протягиванием.
Достоинства шпоночных соединений — простота конструкции и сравнительная легкость монтажа и демонтажа, вследствие чего их широко применяют во всех отраслях машиностроения.
Недостаток — шпоночные пазы ослабляют вал и ступицу насаживаемой на вал детали.
Ослабление вала обусловлено не только уменьшением его сечения, но главное, значительной концентрацией напряжений изгиба и кручения, вызываемой шпоночным пазом.
Шпоночное соединение трудоемко в изготовлении: при изготовлении паза концевой фрезой требуется ручная пригонка шпонки по пазу; при изготовлении паза дисковой фрезой крепление шпонки в пазу винтами (от возможных осевых смещений).
Разновидности шпоночных соединений
Шпоночные соединения подразделяют на напряженные и напряженные. Ненапряженные соединения получают при использовании призматических (рис. 4.1) и сегментных (рис. 4.2) шпонок. В этих случаях при сборке соединений в деталях не возникает предварительных напряжений. для обеспечения центрирования и исключения контактной коррозии ступицы устанавливают на валы с натягом.
Напряженные соединения получают при применении клиновых (например, врезной клиновой, рис. 4.3) и тангенциаальных (рис. 4.4) шпонок. При сборке таких соединений возникают предварительные (монтажные) напряжения.
Основное применение имеют ненапряженные соединения.
Соединения призматическими шпонками. Конструкции соединений призматическими шпонками изображены на рис. 4.1. Рабочими являются боковые, более узкие грани шпонок высотой h . Размеры сечения шпонки и глубины пазов принимают в зависимости от диаметра d вала.
По форме торцов различают шпонки со скругленными торцами исполнение 1 (рис. 4.1, а), с плоскими торцами
исполнение 2 (рис 4.1, 6), с одним плоским, а другим скругленным торцом исполнение З (рис. 4.1, в).
Шпонку запрессовывают в паз вала. Шпонку с плоскими торцами кроме того помещают вблизи деталей (концевых шайб, колец и др.), препятствующих ее возможному осевому перемещению.
Призматические шпонки не удерживают детали от осевого смещения вдоль вала. Для фиксации зубчатого колеса от осевого смещения применяют распорные втулки (1 на рис. 4.
1), установочные винты (1 на рис.4.2) и др.
Соединения сегментными шпонками (рис. 4.2). Сегментные шпонки, как и призматические, работают боковыми гранями. Их применяют при передаче относительно небольших вращающих моментов.
Сегментные шпонки и пазы для них просты в изготовлении, удобны при монтаже и демонтаже (шпонки свободно вставляют в паз и вынимают). Широко применяют в серийном и массовом производстве. 
Соединения клиновыми шпонками (рис. 4.3). Клиновые шпонки имеют форму односкосных самотормозящих клиньев с уклоном 1:100. Такой же уклон имеют и пазы в ступицах. Клиновые шпонки изготовляют без головок и с головками. Головка служит для выбивания шпонки из паза.
По нормам безопасности выступающая головка должна иметь ограждение (1 на рис. 4.3). В этих соединениях ступицу устанавливают на валу с небольшим зазором. Клиновую шпонку забивают в пазы вала и ступицы, в результате на рабочих широких гранях шпонки создаются силы трения, которые могут передавать не только вращающий момент, но и осевую силу.
Соединение хорошо воспринимает ударные и переменные нагрузки.
Соединения клиновыми шпонками применяют в тихоходных передачах.
Соединения тангенциальными шпонками (рис. 4.4). Тангенциальная шпонка состоит из двух односкосных клиньев с уклоном 1:100 каждый. Работает узкими боковыми гранями.
Клинья вводятся в пазы вала и ступицы ударом; образуют напряженное соединение. Распорная сила между валом и ступицей создается в касательном (тангенциальном) направлении.
В соединении ставят две тангенциальные шпонки под углом 120°, каждая шпонка передает момент только в одну сторону.
Применяют для валов диаметром свыше 60 мм при передаче больших вращающих моментов с переменным режимом работы (крепление маховика на валу двигателя внутреннего сгорания и др.).
Изготовление стальных шпонок — срочное выполнение
Шпоночное соединение – разновидность соединения, состоящего из шпонки на валу и ступицы. Шпонкой называется деталь, которая соединяет узлы путем установки в пазы. Основной ее функцией является передача вращающего момента между узлами. Существует определенная стандартизация их разновидностей. Шпонка имеет специальные пазы, вырезанные путем фрезерования.
Из какой стали делают шпонки
Шпоночный материал: разновидности и особенности применения
Шпоночный материал представляет собой калиброванный металлопрокат, предназначенный для изготовления таких соединительных элементов, как шпонки.
Шпонка – это штифт продолговатой формы, который вставляется в паз соединяемых деталей шпоночного соединения.
Причем применяться шпонки могут как при создании машин и механизмов, так и в производстве мебели, и даже в строительстве. Сфера их использования достаточна широкая.
Естественно, что от назначения шпонок напрямую зависят требования, которые к ним предъявляются. А потому для производства шпоночного материала, из которого затем будут изготавливаться шпонки, применяются самые разнообразные стали и сплавы. Кроме того, варьироваться в зависимости от области их применения может форма шпонок – а соответственно, и форма бруска шпоночного материала.
В классическом варианте шпоночный материал изготавливается из стали Ст45.
Это конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, которая традиционно используется для изготовления деталей повышенной прочности и относится к трудносвариваемым сталям.
Причем поставляется шпоночный материал в соответствии с ГОСТ 8787-68, известным как «Сталь чистотянутая для шпонок», а длина одного бруска шпоночного материала составляет 1 м.
Кроме того, для производства шпоночного материала также может использоваться стать Ст50 – углеродистая, светлого проката (ее технологические характеристики от параметров стали Ст45 практически не отличаются).
А в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокие показатели прочности получаемых шпонок, для изготовления шпоночного материала также могут использоваться определенные виды легированных сталей – в частности, сталь 40Х, которая характеризуется показателем твердости 35 – 45 и подвергается дополнительной термической обработке.
В отдельных случаях шпонки могут изготавливаться и из других металлов, а также из высококачественных пластиков. Кроме того, для их производства может использоваться даже дерево – если речь идет о тех шпонках, которые нашли применение в процессе изготовления предметов меблировки (в качестве усилителей креплений).
Отдельным видом шпоночного материала является материал, из которого изготавливаются шпонки ватерстоп. Эти изделия предназначены для установки в железобетонных и в бетонных конструкциях с целью предотвращения прохождения воды.
А потому в основе шпоночного материала, из которого они изготавливаются, лежат поливинилхлорид и высококачественная резина – это позволяет сделать шпоночный материал водонепроницаемым и стойким к воздействиям кислот, щелочей и других агрессивных химических веществ, которые могут содержаться в составе воды.
Минимальная сумма заказа – 2 000 ₽
Сталь 45 калиброванная
Калиброванная сталь Ст45 давно проявила себя как очень прочное надежное сырье. Заготовки из такого типа материала отлично подходят для последующей их переработки и изготовления всевозможных деталей и запчастей для различных видов техники.
Как правило, сталь 45 калиброванная служит основой для создания валов, муфт, плунжеров, маховиков и других деталей.
Та как она способна функционировать в крайне тяжелых рабочих условиях, то её смело можно использовать во множестве промышленных производственных отраслей:
- В строительстве зданий и сооружений
- При производстве машин и спецтехники
- Для изготовления судов и летательных аппаратов
Благодаря своему химическому составу, в котором содержится никель, фосфор и хром, сталь 45 калиброванная обладает устойчивостью к коррозионному воздействию, правда, не совсем высокой, так как процентное соотношение этих веществ небольшое.
А наличие таких компонентов как углерод, кремний, марганец, сера, мышьяк и медь в структуре этого сплава позволяет ему выдерживать разные механические воздействия.
По мере необходимости Ст45 можно заменить на приблизительно аналогичные по характеристикам марки 40Х, 50Г2, Ст50.
Особенности и применение шпоночного материала
Шпонка — деталь машин и механизмов продолговатой формы вставляемая в паз соединяемых деталей шпоночного соединения для передачи крутящего момента.
Шпоночный материал
Описание:
Шпоночный материал представляет собой калиброванную нахолодную упрочнённую сталь 45. Шпоночный материал чаще всего используется в качестве исходного сырья для изготовления шпонок.
Шпонки применяются как клиновой стопорный элемент в осевых деталях вращения механизмов и оборудования для предупреждения проворачивания деталей и передачи кручения с одной детали на другую.
Также шпонка выступает в роли предохранителя от перегрузки в случае зацикливания вращения, принимая на себя все излишнее усиление, сохраняя в целости дорогостоящие валы, зубчатые колёса, шкивы и другие детали механизмов.
Характеристики шпоночной стали
Приведенная выше информация указывает на то, что сталь для шпонок должна обладать определенными эксплуатационными характеристиками. Из названия материала можно сразу определить область ее применения. Среди особенностей отметим следующее:
- Металлическая шпонка производится зачастую при применении металла, который отвечает ГОСТу 8787-68.
- Зарубежные производители учитывают стандарт DIN
- В большинстве случаев используется шпоночный прокат, представленный конструкционной углеродистой сталью.
- Особенностью можно назвать то, что поверхностный слой обладает лучшими эксплуатационными характеристиками.
- Повысить основные характеристики можно за счет проведения различного рода термической обработки. Часто твердость повышается путем закалки или выполнения отпуска.
Используемая марка стали хорошо поддается холодному и горячему волочению. За счет этого проводится выпуск объемной или комбинированной калибровки.
Довольно большое распространение получил шпоночный материал 8×7. Применение стандартов на момент производства заготовок позволяет существенно упростить задачу по выпуску промежуточного элемента. При выборе материала уделяется внимание нижеприведенным моментам:
- Твердость поверхностного слоя.
- Устойчивость материала от воздействия окружающей среды.
- Степень обрабатываемости.
Распространенные сплавы могут применяться для изготовления призматических и других вариантов исполнения промежуточных элементов, который устанавливается для передачи усилия. Стоит учитывать, что чаще всего шпоночная сталь применяется при создании прямоугольных брусков различных размеров, которые устанавливаются на валу.
Классический вариант представлен маркой Ст45. К ключевым особенностям отнесем:
- Это конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, стоимость которой относительно невысокая.
- Традиционно используется при изготовлении ответственных деталей.
- Не стоит обращать внимание на то, что подобная марка не подается сварке.
Кроме этого, может применяться марка Ст50, свойства которой не существенно отличаются от предыдущего варианта.
В случае, когда нужно существенно повысить прочность соединения следует уделить внимание возможности применения легированных сплавов. Внесение в состав определенных химических элементов позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики. Примером можно назвать марку 40Х, которая характеризуется следующими особенностями:
- Твердость варьируется в пределе 35-45 HRC. Для повышения этого показателя проводится термическая обработка, а также отпуск для снижения вероятности появления внутренних напряжений.
- Внесение хрома позволяет несколько повысить степень защиты материала от воздействия повышенной влажности. Этот момент определяет то, что коррозия на поверхности не появляться в течение длительного периода применения изделия.
- Концентрация углерода в районе 0,4% обеспечивает требуемую прочность и твердость изделия. При этом в состав могут включаться и другие вещества в небольшой концентрации, за счет чего обеспечиваются требуемые эксплуатационные характеристики.
Чем я заменил сломанную «шпонку» в винте лодочного мотора и что получилось в итоге
«Вот это да! Вёслами грести до утра придётся», — подумалось мне, глядя на исчезающее за горизонтом солнце и безжизненно висящий винт моего Тохатцу. Только что, мне «посчастливилось поймать» им скрытый под водой пень.
Сделать это в моих условиях не мудрено — стоит только отклониться от знакомого маршрута. Что я и сделал, стремясь сократить путь и успеть выплыть на берег «засветло». Не успел.
Так я узнал — что такое «шпонка» и почему всегда необходимо иметь её в запасе, а за одно — из чего можно изготовить её самостоятельно. Ведь купить «срочно», может не получиться. Да и затраты не велики.
Любое жёсткое препятствие, которое встретит под водой винт лодочного мотора, может привести не только к его деформации, но и повлечь более серьёзные последствия. Чтобы защитить вас от этих проблем, производитель предусмотрел в конструкции винта, «предохранитель», который защищает от повреждения основные агрегаты.
Называют его просто — «шпонка». Она имеет вид металлического стержня и вставляется в отверстие вала. Если снять винт, то её будет хорошо видно. При столкновении с препятствием, она ломается и спасает вал от искривления. Это происходит из-за специального сплава, рассчитанного и испытанного на производстве.
Купить её в захолустье сегодня же – дело не реальное. Но если очень надо? Прикинув размеры и посовещавшись с кумом, в строительном магазине были приобретены свёрла подходящего диаметра 4 мм и «порезаны» по размеру. В гнездо на валу они входили просто идеально. На следующий день, я уже был «на воде». Испытания показали:
Самодельная шпонка выдерживает траву и кувшинку, но всё же — ломается от меньшего удара, чем «родная».Но это и не плохо — мотор целее будет. Менять её – 3 минуты. Стоит – «копейки».
Источник
Размеры шпоночного материала
При производстве проводится учет размеров шпоночного материала. В большинстве случаев на производственную площадку поставляется пруток. Длина его может составлять около 1000 миллиметров, в некоторых случаях выпуск проводится под заказ. Наиболее распространены следующие размеры шпонки:
Не стоит забывать о том, что от размера зависит и вес. Кроме этого, при производстве изделий определенных размеров применяются различные сплавы. Размер соединительного элемента выбирается в зависимости от того, какая будет оказываться нагрузка. Кроме этого, на размер оказывает влияние габариты соединяемых изделий.
Не допускается использование изделия с явными внешними дефектами. Даже незначительные поверхностные трещины становятся причиной существенного снижения надежности соединения.
На момент выпуска продукта проводится контроль качества при применении несколько различных методов, среди которых также визуальный осмотр.
От области применения рассматриваемого изделия во многом зависит и форма. Выделяют следующие виды:
Технология матирования поверхностей металлических изделий
- Клиновые.
- Призматические.
- Сегментные.
- Тангенциальные.
- Цилиндрические.
Сталь характеризуется достаточно высокой податливостью к механической обработке. В большинстве случае изделие получают из заготовки, в качестве которой выступает пруток.
От чего зависит надежная фиксация шпонки шкива коленвала в механизме автомобиля?
Тут все зависит от того, кто устанавливает шпонку в машине, насколько правильно и профессионально этого выполняется. Кроме того многое зависит и от качества самой шпонки. Нельзя ни в коем случае заменять шпонку другими кустарными запчастями и мудрить что-то свое и нестандартное.
Шпонка может быть заменена в машине исключительно такой же оригинальной деталью, которую рекомендует производитель данного автомобиля. Кроме того целостность шпонки должен регулярно проверять сам владелец машины. Это позволит своевременно выявить проблему и избежать многих еще более неприятных поломок в дальнейшем.
2.5 Шпоночные соединения
2.5.1 Общие сведения
Шпоночное соединение – разъемное соединение, которое образует вал, шпонка и ступица (зубчатого колеса, шкива, звездочки и др.).
Шпонка представляет собой соединительную деталь, устанавливаемую в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей. Основные типы шпонок стандартизованы.
Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковыми или концевыми фрезами, в ступицах – протяжками.
2.5.2 Достоинства и недостатки шпоночных соединений
Достоинства шпоночных соединений – простота конструкции и сравнительная легкость монтажа и демонтажа, поэтому их используют практически во всех отраслях машиностроения.
Недостатки шпоночных соединений – сильное ослабление вала и ступицы. Ослабление обусловлено не только уменьшением его поперечного сечения, но и значительной концентрацией напряжения, вызываемой шпоночным пазом, что приводит к снижению усталостной прочности вала.
Главное условие нормальной работы шпонок – отсутствие перекоса шпонки в пазе. Этого можно добиться, если зазор между шпонкой и пазом будет минимальным, что требует повышенной точности изготовления шпонки и паза или ручной подгонки или подбора шпонки.
Это ограничивает использование соединений в крупносерийном и массовом производстве. При наличии перекоса значительно уменьшается площадь контакта рабочей поверхности шпонки и паза, и, следовательно, резко падает нагрузочная способность соединения.
Из-за пустот в зазорах между шпонкой и пазами происходит незначительное смещение центров массы относительно геометрического центра, которое приводит к биению, особенно заметному при высоких скоростях вращения. Поэтому не рекомендуется применение шпоночного соединения для быстровращающихся валов ответственного назначения.
2.5.3 Виды шпоночных соединений
Шпоночные соединения подразделяют на напряженные и ненапряженные.
Клиновые шпонки (рис. 2.40) имеют уклон верхней грани 1:100. Такую шпонку устанавливают в паз и ударным способом загоняют на место, обеспечивая напряженное соединение.
Клиновая шпонка распирает соединение, вызывая силу прижатия N (рис. 2.40в), которая обеспечивает совместное вращение вала и ступицы за счет сил трения .
Рабочими гранями являются верхняя и нижняя грани клиновой шпонки.
Основные недостатки клиновых шпонок: обязательная индивидуальная подгонка, что недопустимо при массовом производстве; наличие радиального смещения оси насаживаемой детали по отношению к оси вала, что вызывает дополнительное биение. Поэтому они применяются сравнительно редко – в основном в тихоходных передачах низкой точности и только для неподвижных соединений.
| а | б | |
| в | г | д |
| Рис. 2.40. Клиновые шпонки |
Клиновые шпонки бывают врезные (рис. 2.40в), на лыске (рис. 2.40г) и фрикционные (рис. 2.40д). По форме торцов шпонки бывают без головки (рис. 2.40а) и с головкой (рис. 2.40б), для облегчения демонтажа.
Призматические шпонки (ГОСТ 23360-78) (рис. 2.41) имеют параллельные грани. Они закладываются в паз на валу и не удерживают ступицу от осевого смещения. Рабочими гранями призматической шпонки являются боковые грани. Соединение является ненапряженным, поэтому для обеспечения центрирования и исключения контактной коррозии рекомендуется ступицы устанавливать на вал с натягом.
Призматические шпонки выполняют с плоскими или скругленными концами (рис. 2.41б). При этом в качестве длины рабочей поверхности принимается только длина прямого участка.
Паз на валу обычно выполняют концевыми (пальцевыми) фрезами и его делают несколько длиннее шпонки для исключения пригонки ее торцов. Пазы на валу не рекомендуется доводить до ступенек вала, так как их врезание в галтель увеличивает концентрацию напряжений.
Сквозные пазы на ступице выполняют протяжками, глухие пазы – долблением.
| а | б |
| Рис. 2.41. Призматические шпонки |
При передаче крутящего момента боковая поверхность паза вала давит на боковую поверхность шпонки (рис. 2.42), которая в свою очередь передает давление на боковую поверхность паза ступицы. При этом шпонку испытывает сдвиг в сечении по границе вала и ступицы. Сила, которую вызывает крутящий момент:
| Рис. 2.42 Расчет призматических шпонок |
- Площадь поверхности смятия и среза соответственно:
- ; .
- Напряжения смятия и среза соответственно:
- ;
для шпонок с прямыми концами , для шпонок со скругленными концами.
| Рис. 2.43. Крепление шпонки на валу в подвижном шпоночном соединении |
Ширина шпонки b выполняется с отклонением h9,
Порядок подбора стандартных шпонок: Назначается сечение шпонки (b×h) в зависимости от диаметра вала. Размеры сечения стандартных шпонок подобраны таким образом, что если шпонка выдержит смятие, то она выдержит и срез. Поэтому минимальную рабочую длину шпонки lр определяют по критерию прочности на смятие:
Сегментные шпонки (ГОСТ 24071-80) (рис. 2.44) представляют собой сегментную пластину, закладываемую в паз на валу соответствующей формы, выполненный с помощью фрезерования.
Сегментные шпонки удобны при сборке и разборке, просты в изготовлении, менее чувствительны к точности изготовления из-за большей, чем у призматических шпонок глубины паза.
В то же время большая глубина паза сильнее ослабляет вал, поэтому их применяют при сравнительно небольших крутящих моментах и только для неподвижных соединений.
- Сегментные шпонки имеют фиксированную длину, поэтому на длинных ступицах можно устанавливать несколько шпонок, при условии, что пазы будут располагаться в одной плоскости.
- Сегментные шпонки работают на смятие и срез. Напряжения смятия и среза соответственно:
- ;
| Рис. 2.44. Сегментные шпонки |
Цилиндрические шпонки (ГОСТ 3128-70, ГОСТ 12207-79) представляют собой цилиндрические штифты (рис. 2.45а), устанавливаемые с натягом, отверстия под которые высверливаются на торце вала при сборке. Их можно использовать, только если ступица располагается на конце вала. Обычно это валы малой длины. К недостаткам следует отнести неудобство демонтажа.
| а | б |
| Рис. 2.45. Цилиндрические шпонки |
Диаметр шпонки , длина.
Посадка с натягом, например.
Если прочности одной шпонки недостаточно, то устанавливают 2-3 шпонки, равномерно распределяя их по окружности (рис. 2.45б).
- Цилиндрические шпонки работают на смятие и срез. Напряжения смятия (с учетом серпообразной эпюры распределения давления) и среза соответственно:
- ; ,
- где z – число шпонок.
- Подбор шпонки осуществляют по критерию прочности на смятие. Длина шпонки (и необходимое число шпонок):
2.5.4 Материал шпонок и допускаемые напряжения
Допускаемые напряжения на смятие сильно зависят от посадки шпонки. В неподвижных соединениях: при посадках с натягом (в которых исключен перекос шпонки) 110…200 МПа; при переходных посадках80…150 МПа.
В подвижных соединениях (где зазор значительный) для предупреждения задира и ограничения износа20…30 МПа. Допускаемые напряжения на срез60…90 МПа.
Меньшие значения в указанных диапазонах – для чугунных и алюминиевых ступиц и при резких изменениях нагрузки.
Загрузка...
