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.).
Зачем нужны шпонки?
Шпонки – это детали машин и механизмов, которые фиксируют вращающиеся узлы относительно друг друга, предотвращают проворачивание ступицы и вала и передают крутящий момент. С их помощью на валах и осях крепятся шкивы, зубчатые колеса, муфты, маховики, кулачки, вентиляторы и другие детали.
Несмотря на очень простую форму и конструкцию (в большинстве случаев шпонки представляют собой обычный стальной брусок), они настолько широко используются во всех сферах машиностроения, что поставщики металлопроката регулярно получают запросы от желающих купить шпонки оптом в больших количествах.
Как работают шпонки?
Шпонки выпускаются в широком ассортименте форм и размеров. Отечественные государственные стандарты регламентируют производство шпонок прямоугольного сечения, сегментных, клиновидных и др. Они изготавливаются из углеродистых или легированных сталей с пределом прочности не ниже 500-600 МПа.
Шпонки закладываются в пазы, выполненные в сопрягающихся поверхностях соединяемых деталей. Их подбирают в зависимости от диаметра вала и методом расчета определяют размеры необходимого поперечного сечения. Диапазон стандартных размеров дает возможность купить практически любую шпонку, необходимую для нужд промышленности и машиностроения.
Чаще всего используются обычные призматические шпонки. Они воспринимают нагрузки своими боковыми гранями, в отличие от клиновых, передающих крутящий момент за счет сил трения, которые возникают на верхней и нижней гранях, упирающихся в вал и ступицу.
Сегментные шпонки работают по тому же принципу, что и призматические, но для их установки необходимы пазы большей глубины, которые более существенно снижают прочность валов.
Также необходимо отметить, что при монтаже призматических и сегментных шпонок в деталях не возникают внутренние напряжения, а клиновые и тангенциальные изделия запрессовываются (их монтаж вызывает появление постоянно действующих сил упругости, вызванных предварительной затяжкой).
Кроме передачи вращения, шпонка выполняет функцию своеобразного «предохранителя».
При превышении предельного крутящего момента, на который она рассчитана, «срезается» именно она – деталь, которую можно купить за копейки, а более дорогие и трудоемкие в изготовлении части механизмов остаются целыми.
Поэтому очень важно, чтобы шпонка была изготовлена правильно: с теми геометрическими размерами, которые предусмотрены ГОСТом, и из материалов, соответствующих стандартам.
Преимущества и недостатки шпонок
- У шпоночных соединений очень много преимуществ, поэтому они широко используются в машиностроении, несмотря на то что существуют многие другие способы передачи крутящего момента между вращающимися деталями.
- Простая конструкция. Шпонки можно легко рассчитать и подобрать для любой системы «вал-ступица».
- Удобный монтаж. Они легко устанавливаются и снимаются с помощью обычного ручного инструмента.
- Цена. Доступная стоимость – одно из главных преимуществ. И оптом, и в розницу шпонки можно купить по очень низким ценам.
Конечно, есть и недостатки. Основными из них считаются:
- ослабление вала и ступицы шпоночными пазами, которые, кроме всего прочего, являются концентраторами напряжений;
- недостаточно надежная работа шпонок при ударных, реверсивных и циклических нагрузках.
Основные типы и параметры шпоночных соединений
Применение
Основным применением шпоночных соединений является монтаж на вал с помощью пазового соединения. В большинстве своем шпоночный паз напоминает клин. Такой тип соединения деталей позволяет валу и ступице не проворачиваться относительно оси друг друга. Фиксированное положение ступицы к валу со шпонкой позволяет добиться высокого КПД при передаче усилия.
Наиболее часто шпоночное соединение можно встретить в машиностроении, при строительстве станков. Часто она используется при производстве автомобилей и других механизмов, где требуется повышенная надежность фиксации деталей машин. Высокая надежность достигается благодаря функции предохранительного узла вала со шпоночным пазом.
Шпонка выступает предохранителем в случаях превышения максимального уровня крутящего момента. В подобных случаях происходит срез шпонки, поглощая чрезмерную нагрузку она снимает ее из вала и ступицы.
Благодаря своим свойствам она стала широко распространенной в машиностроении, она отличается высокой эффективностью, простотой изготовления и монтажа, а также низкой стоимостью.
Подобные характеристики особо важны в промышленном производстве, особенно в сельском хозяйстве. В разгар сезона часто возникают случаи поломок отдельных узлов, которые нужно заменить максимально быстро.
Чаще всего можно встретить в узлах пресс-подборщиков.
Учитывая все вышесказанное, выделяются основные позиции, для чего нужна шпонка:
- Обеспечение безопасность соединяемых узлов при повышенных нагрузках.
- Достижение высокой степени фиксации отдельных элементов механического узла.
- Выполняет функцию предупреждения проворачивания узла и ступицы.
- Надежность подобного соединения превышает надежность аналогов при фиксации вала с деталями.
В общем, встретить шпоночное соединение можно практически в любом сложном механизме, что обусловлено его техническими характеристиками.
Виды шпонок
Основные виды шпонок делят на два типа: напряженные и ненапряженные. Среди которых выделяются такие типы шпонок:
- Клиновые. Особый тип, который отличаются углом наклона верхней грани. В общем разделение на виды происходит исходя из классификации шпоночных соединений. Устанавливается в паз с помощью физической силы, ударным методом. Применение такого типа соединения позволяет добиться необходимого напряжения. Нарезанный клин, находясь в пазе, распирает его изнутри. За счет силы прижатия, вал и ступица совместно вращаются.Используется довольно редко, так как ее использование предусматривает индивидуальный подгон. Это можно считать недостатком для массового производства механизмов. Основное назначение — применение в тихоходных передачах и узлах неподвижного соединения.
Среди клиновых шпонок выделяют:
- на лыске;
- фрикционные;
- без головки и с головкой.
- Сегментные. Производятся в виде сегментной пластины, загоняемой в паз. Производиться методом фрезерования. Широко применяются в производстве, так как просты в изготовлении, не требуют особой точности при нарезании и легко устанавливается. Отличается установкой в боле глубокий паз, в сравнении с аналогами. Глубокий паз не подходит для больших нагрузок, так как значительно снижает прочность вала, поэтому используется при небольших крутящих моментов.
На длинных ступицах может устанавливаться несколько шпонок, так как они имеют фиксированную длину. Выполняют предохранительную функцию на срез и смятие.
- Призматические. Отличаются параллельными гранями, которые устанавливаются в паз и фиксируют ступицу. Рабочими гранями в таки случаях являются боковые. Относятся к ненапряженному типу шпоночных соединений, поэтому существует вероятность возникновения коррозии в месте соединения. Для исключения коррозии, муфта и вал соединяются с натягом. Концы производятся обычно со скругленными или плоскими концами. Для скругленного типа рабочей поверхностью считается длина прямых краев. Паз нарезается с помощью фрезы.Передача усилия происходит путем давления поверхности паза на шпонку, которая передает крутящий момент на паз ступицы. Данный тип соединения призматической шпонкой часто используется для подвижных соединений, поэтому используют дополнительное крепление с помощью винтов. Как и многие другие типы выполняет функцию предохранителя при смятии и срезе.
- Цилиндрические. Штифты в таких шпонках изготавливаются в виде цилиндров. Работаю в натяжении с отверстием на торце вала, которое высверливается под соответствующие размеры шпонок. Используется в тех случаях, когда ступица устанавливается на конце вала. Требует особого подхода к монтажу шпоночных соединений.Позволяют работать на срез и смятие. Поэтому выбор шпонки производят исходя из прочности на смятие.
Исходя из типа посадки выделяются:
- Свободная – применяется в случаях, когда выполнять сварочные работы довольно сложно и есть необходимость подвижного сцепления деталей во время работы.
- Плотная – нужна для создания сцеплений, движение которых во время работы выполняется в одном пространственном положении.
Допуск параллельности торцев шпоночного паза
Первый вариант похож на правду, только надо стрелки поставить к допускам параллельности — в таком виде дан допуск на параллельность боковых поверхностей паза и симметричность относительно общей оси БВ
Что-то я не совсем понял. Как-то вот так?
ЗЫ. на базу В нет размера
А его тоже нужно дать? я просто думал, что хватит одного указания на этот диаметр, а теперь вот засомневался, там ведь зубчатые колеса на пути встречаются и вообще..
Мне кажется, если образца нету в «Дунаеве» (кстати неплохое пособие, насколько я помню) или у других рекомендуемых авторов, то лучше спросить у препода как ему угодно. Даже если на форуме есть разработчики «Бурана» для препода это не аргумент…
Препод мне говорит: «Смотри Леликова-Дунаева или лекции». В книге, я уверен, именно этот момент не отражен (будучи на третьем курсе, я ее, кажется, наизусть выучил), ну а лекций у меня, каюсь, нет. Хотя по-идеи тут все должно быть вполне однозначно.
Мне преподаватель так же сказал, что параллельность должна обеспечиваться относительно вертикальной оси сечения, из чего я сделал вывод, что эту ось нужно взять за базу и допуск параллельности давать не относительно «БВ», а относительно новой базы.
Похожий случай я нашел на этой странице. Соединив то, что мне сказал преподаватель с тем, что я увидел по этой ссылке, и сдобрив порцией своей некомпетентности, получилось то, что я выкладывал в первом сообщении:Изменено 29.05.
2011 09:28 пользователем }/{yk
Обозначения на чертежах
На чертежах обозначение призматических шпонок происходит исходя из нормативного документа ГОСТ. Они делятся на шпоночные пазы: высокие, нормальной высоты и направляющие. Рабочими гранями у них являются боковые.
- На сборочном чертеже обозначение выполняется с учетом диаметра вала, крутящего момента, сечения и длины.
- Например:
- Шпонка 3–20Х12Х120 ГОСТ 23360-78; Где 3 – исполнение, 20Х12 – сечение, 120 – длина.
Скачать ГОСТ 23360-78
Обозначение остальных типов шпонок на изображениях выполняется таким же образом, исходя из соответствующих ГОСТов, разработанных для каждой отдельной модели. Указанное обозначение должно четко характеризировать деталь, что очень важно для получения надежного соединение. Ведь даже малейший зазор может стать причиной быстрого износа рабочих узлов и потери эффективности во время работы.
Соединения шпоночные
ШПОНКИ ПРИЗМАТИЧЕСКИЕ ( ГОСТ 23360-78 ) Данный ГОСТ 23360-78 соответствует DIN 6885 в диапазоне диаметров 6-130 мм Описание распространяется на шпоночные соединения с призматическими шпонками и устанавливает размеры и предельные отклонения размеров призматических шпонок и соответствующих им шпоночных пазов на валах и во втулках.
Размеры сечений пазовРазмеры шпонок в зависимости от диаметра вала
| Диаметр вала | Сечение шпонки bxh | Глубина паза | Длина шпонки | Радиус закругления | Фаска | |||
| на валу t | на втулке t1 | rmin | rmax | cmin | cmax | |||
| от 6 до 8 св. 8 до 10 св. 10 до 12 | 2×2 3×3 4×4 | 1,2 1,8 2,5 | 1,0 1,4 1,8 | 6 — 20 6 — 36 8 — 45 | 0,08 | 0,16 | 0,16 | 0,25 |
| св. 12 до 17 св. 17 до 22 св. 22 до 30 | 5×5 6×6 8×7 | 3,0 3,5 4,0 | 2,3 2,8 3,3 | 10 — 56 14 — 70 18 — 90 | 0,16 | 0,25 | 0,25 | 0,40 |
| св. 30 до 38 св. 38 до 44 св. 44 до 50 св. 50 до 58 св. 58 до 65 | 10×8 12×8 14×9 16×10 18×11 | 5,0 5,0 5,5 6,0 7,0 | 3,3 3,3 3,8 4,3 4,4 | 22 — 110 28 — 140 36 — 160 45 — 180 50 — 200 | 0,25 | 0,40 | 0,40 | 0,60 |
| св. 65 до 75 св. 75 до 85 св. 85 до 95 св. 95 до 110 св. 110 до 130 | 20×12 22×14 25×14 28×16 32×18 | 7,5 9,0 9,0 10,0 11,0 | 4,9 5,4 5,4 6,4 7,4 | 56 — 200 63 — 250 70 — 280 80 — 320 90 — 360 | 0,40 | 0,60 | 0,40 | 0,60 |
| св. 130 до 150 св. 150 до 170 св. 170 до 200 св. 200 до 230 | 36×20 40×22 45×25 50×28 | 12,0 13,0 15,0 17,0 | 8,4 9,4 10,4 11,4 | 100 — 400 100 — 400 110 — 450 125 — 500 | 0,70 | 1,00 | 0,70 | 1,00 |
| св. 230 до 260 св. 260 до 290 св. 290 до 330 | 56×32 63×32 70×36 | 20,0 20,0 22,0 | 12,4 12,4 14,4 | 140 — 500 160 — 500 180 — 500 | 1,20 | 1,60 | 1,20 | 1,60 |
| св. 330 до 380 св. 380 до 440 св. 440 до 500 | 80×40 90×45 100×50 | 25,0 28,0 31,0 | 15,4 17,4 19,5 | 200 — 500 220 — 500 250 — 500 | 2,00 | 2,50 | 2,00 | 2,50 |
| 1. Допускается применять шпонки длиной, выходящей за указанные пределы диапазонов длин. При этом длины свыше 500 мм следует выбирать из ряда Ra20 по ГОСТ 6636-69. 2. Для крепления режущего инструмента допускается применять уменьшенные шпонки 7х7 и 24х14 мм. |
Варианты исполнения шпонокРяд длин шпонок: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ шпонка исполнения 1: Шпонка BxHxL ГОСТ 23360-78.
шпонка исполнения 2:Шпонка 2-BxHxL ГОСТ 23360-78. Материал шпонок — сталь чисто тянутая для шпонок по ГОСТ 8787-68
. Допускается применять другую сталь с временным сопротивлением разрыву не менее590 МПа (60 кг/мм2).
Предельные отклонения пазов должны соответствовать указанным в таблице:Примечания:
1. Допускаются для ширины паза и втулки любые сочетания полей допусков, указанных в таблице. 2. Для термообработанных деталей допускаются предельные отклонения размера ширины паза вала Н11, если это не влияет на работоспособность соединения. 3. В ответственных шпоночных соединениях сопряжения дна паза с боковыми сторонами выполняются по радиусу, величина и предельные отклонения которого должны указываться на рабочем чертеже. 4. Допускается в обоснованных случаях (пустотелые и ступенчатые валы, передачи пониженных вращающих моментов и т.п.) применять меньшие размеры сечений стандартных шпонок на валах больших диаметров, за исключением выходных концов валов.
Полное описание данных шпонок можно найти в ГОСТ 23360-78 «Соединения шпоночные с призматическими шпонками. Размеры шпонок и сечений пазов. Допуски и посадки»
.
Похожие документы:
ГОСТ 10748-79 — «Соединения шпоночные с призматическими высокими шпонками. Размеры шпонок и сечений пазов.
Допуски и посадки» ГОСТ 8790-79 — «Соединения шпоночные с призматическими направляющими шпонками с креплением на валу. Размеры шпонок и сечений пазов. Допуски и посадки» ГОСТ 12208-66 — «Приспособления станочные.
Шпонки призматические скользящие сборные. Конструкция» ГОСТ 24071-97 — «Сегментные шпонки и шпоночные пазы»
Достоинства и недостатки
Как и любой тип соединений, шпоночные имеют ряд достоинств и недостатков. К достоинствам шпоночных соединений можно отнести простоту большинства типов шпонки. При этом монтаж и замена такой детали выполняется легко и быстро. Благодаря чему они получили широкое применение в машиностроении. Также обеспечивает функцию предохранения.
К недостаткам относиться ослабление ступицы и вала. Оно возникает исходя из повышенного напряжения и уменьшения поперечного сечения. Также ослабление деталей вызвано из-за нарезанного паза, который снижает осевую прочность вала.
Чтобы минимизировать недостатки, нужно добиться отсутствия перекоса шпонки в пазе. Для этого нужно обеспечить отсутствие зазора, что делается путем индивидуального изготовления и подгона шпонки.
Из-за этого в крупносерийном производстве редко применяют любые разновидности шпоночных соединений.
Если добиться отсутствия перекоса не удалось, площадь рабочего контакта уменьшается, в следствие чего степень максимальной нагрузки уменьшается.
Также наличие зазора вызывает эффект биения, особенно на высоких скоростях. Это приведет к быстрому износу рабочих деталей. Из-за этого подобное соединение редко применяется для быстровращающихся валов. Для подбора подходящей шпонки лучше использовать таблицу шпоночных соединений.
Материал шпонок
Для изготовления шпоночного соединения применяют калибровочный металлопрокат. Чаще всего используется сталь марки 45. Она относиться к углеродистым сталям обычного типа, которая часто применяется для производства деталей высокой прочности. Сталь используется в виде бруска длиной 1 м.
В некоторых случаях может применять углеродистая сталь марки 50. Она необходима, когда требуется повышенные прочностные свойства полученных шпонок. Реже применяются легированные стали, например, марки 40х, для которой характерен высокий показатель твердости, достигаемый путем термической обработки.
Скачать ГОСТ 8787-68
Стальные заготовки обрабатываются с помощью фрезы, сверлильных станков, станков для рубки, шлифовальных машин и других инструментов. Используемые станки имеют блок управление, который позволяет с помощью числовых программ изготовить деталь необходимых параметров.
Цена полученной шпонки довольно низка, поэтому приобрести необходимую деталь довольно легко. Но в некоторых случаях, когда есть необходимость срочного получения шпонки, изготовить ее можно самостоятельно.
Чаще всего подобная необходимость возникает в сельском хозяйстве, где во время сезонных работ часто возникают поломки, которые нужно отстранить.
При этом ближайшие точки продажи необходимых деталей находиться на расстоянии в несколько десятков километров.
Имея небольшое количеству инструмента под рукой и заготовку из соответствующего материала, можно быстро изготовить временную замену.
При соблюдении технических характеристик, полученная деталь сможет полноценно заменить заводскую, но лучше всего при первой возможности приобрести шпонку нужной прочности и геометрических параметров.
Это необходимо для избежание преждевременного износа механизмов.
Иногда для производства могут использовать другие материалы, например, пластик высокого качества. В качестве материала может использоваться дерево, чаще всего при изготовлении мебели.
В качестве материала лучше использовать разные породы дерева, для шпонки подойдет более мягкий материал чем основной. Это позволит обезопасить основную конструкцию от повреждений в случае повышенной нагрузки. Легче заменить шпонку чем большой конструкционный узел.
Для предотвращения проникания влаги в железобетонные конструкции используются специальные шпонки – ватерстоп. Изготавливают их из резины высокого качества и ПВХ. Это позволяет добиться необходимой степени водонепроницаемости и стойкости к растворам агрессивных химических веществ.
Нанесение размеров на чертежах шпоночных соединений
Подробности Категория: Шпоночные соединения Нанесение размеров на чертежах шпоночных соединений.
Применяют три способа нанесения размера глубины паза на валу: 1) от противоположной расположению паза крайней точки диаметра вала (рис. 579, а); 2) от ближайшей к пазу кромки цилиндрической поверхности вала (вид б); 3) от крайней точки диаметра, лежащей на оси симметрии паза (вид в). Последние два размера различаются на величину m, определяемую по формуле (135) или по рис. 568, б.
Наиболее правильна третья схема, непосредственно вытекающая из способов измерения глубины паза на исполненных деталях.
Глубину паза на валах ответственного назначения измеряют микрометрическим глубиномером с призмой, базирующейся на цилиндрической поверхности вала (рис. 580, а).
Глубина паза определяется как разность показаний глубиномера в положении, изображенном на рисунке, и на любом гладком участке поверхности вала.
Правильность размера контролируют наложением калибра на цилиндрическую поверхность вала (рис. 580, б).
Таким образом, в обоих случаях определяют глубину паза по отношению к диаметру вала.
Глубину паза в ступице правильнее всего определять размером от противоположной пазу точки диаметра (см. рис. 579, г), который легко проверить штангенциркулем или штихмасом.
На рис. 579 приведены примеры развернутого нанесении размеров на шпоночном валу (вид д), в ступице (вид е) и в сборе (вид ж).
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Шпоночный паз: размеры по ГОСТ
Как средство для передачи вращения шпонка используется повсеместно. На первый взгляд здесь нет ничего сложного: вырезал шпоночный паз, вставили, узел готов. Почему шпоночное соединение, несмотря на довольно устаревшую технологию, не потеряло своей актуальности?
Шпоночные соединения
Шпонка представляет собой некую деталь, являющуюся промежуточным звеном для передачи вращательного момента вала ступице. Данный процесс осуществляется за счет образования напряжения смятия шпоночных пазов. Именно по этой причине шпоночные соединения относят к группе жесткого способа передачи вращения.
В большинстве случаев шпонками пользуются в низко нагруженных изделиях. Преимущественно для деталей мелкой серии. Происходит это из-за малой несущей нагрузки шпонок, причина которой кроется в наличии следующих недостатков:
- Шпоночные пазы уменьшают поперечную площадь вала, что отрицательно влияет на его прочностные характеристики. Особенно это имеет сильный эффект на пустотелых валах с отношением внутреннего и наружного радиусов 0,6. Изготовление шпоночных пазов в таких условиях является неприемлемым.
- Форма паза отличается резкими переходами, что служит причиной образования концентраторов напряжения. Все это заметно снижает устойчивость соединения к циклическим нагрузкам.
- Достаточно низкая технологичность.
Несмотря на все вышеуказанные недочеты шпонки все равно активно применяются в отраслях машиностроения из-за упрощенной конструкции и низкой стоимости. Но на массовом и крупносерийном производстве высоко ответственных деталей шпонки уступили более совершенным во всех планах шлицевым соединениям.
Виды шпонок
Современное производство предоставляет свыше 20 наименований разного рода.. Но среди них выделяют следующие наиболее применяемые типы в машиностроении:
- Клиновые — используются на концевых установках и являются разновидностью забивных шпонок. Такое шпоночное соединение применяют при диаметре вала от 100 мм. В настоящее время встречаются крайне редко. Причина этого кроется в высокой вероятности перетяжки узла и смещении соосности ступицы и вала под воздействием одностороннего усилия. А также затрудненное извлечение шпонок.
- Призматические. Размеры паза регулируются ГОСТ 23360-78. Они наиболее востребованы в промышленности из-за оптимального соотношения прочности и технологичности. Существует две их разновидности: врезные и закладные. Врезные шпонки устанавливаются с натягом, а закладные с небольшим зазором.
- Направляющие шпонки. От призматических их отличает наличие отверстий под крепеж на валу. Помимо передачи вращения они служат элементом для направления деталей.
- Сегментные шпонки выделяются среди остальных повышенной технологичностью вырезания пазов. Пазы изготавливают с помощью дисковых фрез, что обеспечивает им большее значение точности и производительности. Крепеж шпонок на валах также отличается более высокой устойчивостью из-за более глубокого врезания в их поверхность. Однако одновременно все эти достоинства являются причиной существенного ослабления вала. Это обстоятельство наряду с небольшой длиной паза приводит к появлению повышенных напряжений, которые и ограничивают использование шпонок малонагруженными изделиями.
Стоит отметить, что шпоночные пазы изготавливаются методом фрезерования, долбления протяжки. Наиболее распространено их получение пальчиковой фрезой, поскольку этот способ обеспечивает относительно благоприятное распределение напряжение и приемлемую технологичность.
Материал
Для шпонок наиболее подходят стали с содержанием углерода свыше 0,4%. Именно такой состав обеспечивает необходимое значение износостойкости, прочности и твердости. Сюда относятся конструкционные стали марок 45 и 50, а также сталь обыкновенного качества Ст.6.
Применение более дорогих аналогов стальных сплавов не имеет смысла, поскольку повышенная жесткость шпонки увеличивает вероятности пазов валов и ступицы. Для улучшения условий передачи вращения куда выгодней воспользоваться другими более оптимальными.
Маркировка
Обозначение шпоночного крепления вала на ступице покажем на примерах. Шпонка призматическая с шириной 18 мм, высотой 11 мм и длиной 50 мм маркируется:
Шпонка 18х11х50 ГОСТ 8789-68
Стоит заметить, что посадочные размеры пазов отличаются. Их значения находятся в соответствующих стандартах шпоночных соединений.
Таблица 1. Размеры и предельные отклонения призматических шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 23360-78.
| Диаметр вала d | Сечение шпонки bхh | Шпоночный паз | Длина l мм | ||||||||||
| Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | |||||||||||
| Свободное соединение | Номинальное соединение | Плотное соед. | Вал t1 | Втулка t2 | |||||||||
| Вал (Н9) | Втулка (D10) | Вал (N9) | Втулка (JS9) | Вал и втулка (Р9) | Ном.. | Ном. | Пред. откл. | не более | не менее | ||||
| Cв.12 до 17 » 17 » 22 | 5×5 6×6 | +0,030 | +0,078 +0,030 | 0 -0,030 | ±0,015 | -0,012 -0,042 | 3,0 3,5 | +0,1 0 | 2,3 2,8 | +0,1 0 | 0,25 0,25 | 0,16 0,16 | 10-56 14-70 |
| Св. 22 до 30 » 30 » 38 | 8×7 | +0,036 | +0,098 +0,040 | 0 -0,036 | ±0,018 | -0,015 -0,051 | 4,0 5,0 | +0,2 0 | 3,3 3,3 | +0,2 0 | 0,25 0,4 | 0,16 0,25 | 18-90 |
| 10×8 | 22-110 | ||||||||||||
Св. 38 до 44
|
12×8 | +0,043 | +0,120 +0,050 | 0 -0,043 | ±0,021 | -0,018 -0,061 | 5,0 | 3,3 | 0,4 | 0,25 | 28-140 | ||
| 14×9 | 5,5 | 3,8 | 36-160 | ||||||||||
| 16×10 | 6,0 | 4,3 | 45-180 | ||||||||||
| 18×11 | 7,0 | 4,4 | 50-200 | ||||||||||
| Св. 65 до 75 » 75 » 85 » 85 » 95 | 20×12 | +0,052 | +0,149 +0,065 | 0 -0,052 | ±0,026 | -0,022 -0,074 | 7,5 | 4,9 | 0,6 | 0,4 | 56-220 | ||
| 22×14 | 9,0 | 5,4 | 63-250 | ||||||||||
| 24×14 | 9,0 | 5,4 | 70-280 |
Таблица 2. Предельные отклонения размеров (d + t1) и (d + t2).
| Высота шпонок | Предельное отклонение размеров | |
| d + t1 | d + t2 | |
| От 2 до 6 | 0-0,1 | +0,10 |
| Св. 6 до 18 | 0-0,2 | +0,20 |
| Св. 18 до 50 | 0-0,3 | +0,30 |
Таблица 3. Размеры призматических шпонок с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.
| Ширина b (h9) | Высота h (h11) | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | Диаметр d0 | Длина l2 | Длина l (h14) | Винты по ГОСТ 1491-80 | ||
| не менее | не более | от | до | |||||
| 8 | 7 | 0 25 | 0,40 | М3 | 7 | 25 | 90 | М3×8 |
| 10 | 8 | 0,40 | 0,60 | 8 | 25 | 110 | М3×10 | |
| 12 | М4 | 10 | 28 | 140 | М4×10 | |||
| 14 | 9 | М5 | 36 | 160 | М5×12 | |||
| 16 | 10 | М6 | 11 | 45 | 180 | М6×14 | ||
| 18 | 11 | 50 | 200 | |||||
| 20 | 12 | 0,60 | 0,80 | 56 | 220 | |||
| 22 | 14 | М8 | 16 | 63 | 250 | М8×20 | ||
| 25 | 70 | 280 | ||||||
| 28 | 16 | 80 | 320 | |||||
| 32 | 18 | М10 | 18 | 90 | 360 | М10×25 | ||
| 36 | 20 | 1,00 | 1,20 | 100 | 400 | |||
| 40 | 22 | М12 | 22 | 100 | 400 | М12×30 | ||
| 45 | 25 | 125 | 450 |
Таблица 4. Размеры и предельные отклонения сегментных шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 8786-68.
| Диаметр вала d | Размеры шпонки b×h×D | Шпоночный паз | |||||||
| Передающих вращающий момент | Фиксирующих элементы | Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | |||||
| Вал t1 | Втулка t2 | ||||||||
| Номин. | Пред. откл. | Номин. | Пред. откл. | не менее | не более | ||||
| От 3 до 4 Св. 4 » 5 | От 3 до 4 Св. 4 » 6 | 1×1,4×4 1,5×2,6×7 | 1,0 1,5 | 1,0 2,0 | +0,1 0 | 0,6 0,8 | +0,1 0 | 0,08 | 0,16 |
| Св. 5 » 6 » 6 » 7 | Св. 6 » 8 » 8 » 10 | 2×2,6×7 2×3,7×10 | 2,0 | 1,8 2,9 | 1,0 1,0 | ||||
| Св. 7 до 8 | Св. 10 до 12 | 2,5×3,7×10 | 2,5 | 2,7 | 1,2 | ||||
| Св. 8 до 10 » 10 » 12 | Св. 12 до 15 » 15 » 18 | 3×5×13 3×6,5×16 | 3,0 | 3,8 5,3 | +0,2 0 | 1,4 1,4 | |||
| Св. 12 до 14 » 14 » 16 | Св. 18 до 20 » 20 » 22 | 4×6,5×16 4×7,5×19 | 4,0 | 5,0 6,0 | 1,8 1,8 | 0,16 | 0,25 | ||
| Св. 16 до 18 » 18 » 20 | Св. 22 до 25 » 25 » 28 | 5×6,5×16 5×7,5×19 | 5,0 | 4,5 5,5 | 2,3 2,3 | ||||
| Св. 20 до 22 | Св. 28 до 32 | 5×9×22 | 7,0 | +0,3 0 | 2,3 | ||||
| Св. 22 до 25 » 25 » 28 | Св. 32 до 36 » 36 » 40 | 6×9×22 6×10×25 | 6,0 | 6,5 7,5 | 2,8 2,8 | ||||
| Св. 28 до 32 | Св. 40 | 8×11×28 | 8,0 | 8,0 | 3,3 | +0,2 0 | 0,25 | 0,40 | |
| Св. 32 до 38 | Св. 40 | 10×13×32 | 10,0 | 10,0 | 3,3 |
Таблица 5.1 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.
| Ширина b (h9) | Высота h (h11) | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | Длина l (h14) | Высота шпоночной головки | ||
| не менее* | не более | от | до | |||
| 2 | 2 | 0,16 | 0,25 | 6 | 20 | — |
| 3 | 3 | 6 | 36 | — | ||
| 4 | 4 | 8 | 45 | 7 | ||
| 5 | 5 | 0,25 | 0,40 | 10 | 56 | 8 |
| 6 | 6 | 14 | 70 | 10 | ||
| 8 | 7 | 18 | 90 | 11 | ||
| 10 | 8 | 0,40 | 0,60 | 22 | 110 | 12 |
| 12 | 8 | 28 | 140 | 12 | ||
| 14 | 9 | 36 | 160 | 14 | ||
| 16 | 10 | 45 | 180 | 16 | ||
| 18 | 11 | 50 | 200 | 18 | ||
| 20 | 12 | 0,60 | 0,80 | 56 | 220 | 20 |
| 22 | 14 | 63 | 250 | 22 | ||
| 25 | 14 | 70 | 280 | 22 | ||
| 28 | 16 | 80 | 320 | 25 | ||
| 32 | 18 | 90 | 360 | 28 | ||
| 36 | 20 | 1,00 | 1,20 | 100 | 400 | 32 |
| 40 | 22 | 100 | 400 | 36 | ||
| 45 | 25 | 110 | 450 | 40 | ||
| 50 | 28 | 125 | 500 | 45 | ||
| 56 | 32 | 1,60 | 2,00 | 140 | 500 | 50 |
| 63 | 32 | 160 | 500 | 50 | ||
| 70 | 36 | 180 | 500 | 56 | ||
| 80 | 40 | 2,50 | 3,00 | 200 | 500 | 63 |
| 90 | 45 | 220 | 500 | 70 | ||
| 100 | 50 | 250 | 500 | 80 |
Таблица 5.2 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.
| Диаметр вала | Сечение шпонки bхh | Шпоночный паз | ||||||
| Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | ||||||
| Вал и втулка (D10) | Вал t1 | Втулка t2 | ||||||
| Номин. | Пред. откл. | Номин. | Пред. откл. | не менее | не более | |||
| От 6 до 8 | 2х2 | 2 | 1,2 | +0,10 | 0,5 | +0,10 | 0,08 | 0,16 |
| Св. 8 до 10 | 3х3 | 3 | 1,8 | 0,9 | ||||
| Св. 10 до 12 | 4х4 | 4 | 2,5 | 1,2 | ||||
| Св. 12 до 17 | 5х5 | 5 | 3,0 | 1,7 | 0,16 | 0,25 | ||
| Св. 17 до 22 | 6х6 | 6 | 3,5 | 2,2 | ||||
| Св. 22 до 30 | 8х7 | 8 | 4,0 | +0,20 | 2,4 | +0,20 | ||
| Св. 30 до 38 | 10х8 | 10 | 5,0 | 2,4 | 0,25 | 0,40 | ||
| Св. 38 до 44 | 12х8 | 12 | 5,0 | 2,4 | ||||
| Св. 44 до 50 | 14х9 | 14 | 5,5 | 2,9 | ||||
| Св. 50 до 58 | 16х10 | 16 | 6 | 3,4 | ||||
| Св. 58 до 65 | 18х11 | 18 | 7 | 3,4 | ||||
| Св. 65 до 75 | 20х12 | 20 | 7,5 | 3,9 | 0,40 | 0,60 | ||
| Св. 75 до 85 | 22х14 | 22 | 9 | 4,4 | ||||
| Св. 85 до 95 | 25х14 | 25 | 9 | 4,4 | ||||
| Св. 95 до 110 | 28х16 | 28 | 10 | 5,4 | ||||
| Св. 110 до 130 | 32х18 | 32 | 11 | 6,4 | ||||
| Св. 130 до 150 | 36х20 | 36 | 12 | +0,30 | 7,1 | +0,30 | 0,70 | 1,00 |
| Св. 150 до 170 | 40х22 | 40 | 13 | 8,1 | ||||
| Св. 170 до 200 | 45х25 | 45 | 15 | 9,1 | ||||
| Св. 200 до 230 | 50х28 | 50 | 17 | 10,1 | ||||
| Св. 230 до 260 | 56х32 | 56 | 20 | 11,1 | 1,20 | 1,60 | ||
| Св. 260 до 290 | 63х32 | 63 | 20 | 11,1 | ||||
| Св. 290 до 330 | 70х36 | 70 | 22 | 13,1 | ||||
| Св. 330 до 380 | 80х40 | 80 | 25 | 14,1 | 2,00 | 2,50 | ||
| Св. 380 до 440 | 90х45 | 90 | 28 | 16,1 | ||||
| Св. 440 до 500 | 100х50 | 100 | 31 | 18,1 |
Загрузка...
