Шпонка для вала 60мм

3. Выбор размеров и посадок шпоночного соединения

1. Привести эскиз основных параметров шпоночного соединения с призматической шпонкой. Подобрать размеры шпонки (ГОСТ 23360-78) для соединения шкива с валом (см. рисунок 1.1) и глубины пазов на валу и во втулке;

2. Назначить посадку шкива на вал, а также и посадки шпонки с пазом вала и пазом втулки (ГОСТ 23360-78). По ГОСТ 25347-2013 определить числовые значения отклонений;

3. Обозначить на эскизах посадки соединяемых деталей и классов допусков деталей соединения. Пояснить содержание обозначений;

4. Построить схемы расположения интервалов допусков этих соединений;

5. Выполнить анализ посадок шпонки с пазом вала и пазом втулки.

Исходные данные приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Исходные данные

Наименование и размерность параметров

Диаметр вала, мм

Длина шпонки, мм

Вид шпоночного соединения

На рисунке 3.1 приведены основные параметры шпоночного соединения с призматической шпонкой.

Рисунок 3.1 – Основные параметры шпоночного соединения

По данным ГОСТ 23360-78 для вала 18 мм находим сечение шпонки b x h = 10 х 8 мм и глубины пазов вала t1 = 5,0 мм и втулки t2 = 3,3 мм и длину шпонки = 200мм. Допуски на глубину пазов вала t1 и втулки t2 определяем также по ГОСТ 23360-78:

t1 = 7 +0,2 или d – t1 = 36 — 5 = 31-0,2;

t2 = 4,4 +0,2 или d + t2 = 36 + 3,3 = 39,3 +0,2 .

Предельные отклонения размеров по ширине паза вала и паза втулки должны соответствовать полям допусков ГОСТ 25347-2013:

а) при свободном соединении: на валу Н9, во втулке D10;

б) при нормальном соединении: на валу N9, во втулке JS9;

в) при плотном соединении: на валу Р9, во втулке Р9.

Предельные отклонения на ширину шпонки устанавливают по h9.

Сопряжение шпонки с пазом вала при заданном нормальном шпоночном соединении будет осуществляться по посадке 10P9/h9, а с пазом втулки – 10P9/h9.

Отклонения на несопрягаемые размеры, которые рекомендует ГОСТ 23360-78, находим по ГОСТ 25347-2013:

на высоту шпонки 8h11 = 8 –0,90;

на длину шпонки 200h14 = 200 –1,15;

на длину паза вала 200Н15 = 200 +1,15 .

В соответствии с рекомендациями [2 — 4] принимаем посадку шкива на вал 10P9/h9, а длину ступени вала на 40-60 мм больше длины шпонки.

На рисунке 3.2 приведён эскиз шпоночного соединения с обозначением посадок и полей допусков размеров вала.

10P9/h9

10P9/h9

10P9/h9

200Н15/h14

Рисунок 3.2 – Обозначение посадок шпоночного соединения на чертеже

По ГОСТ 25347-2013 находим отклонения, соответствующие принятым классам допусков:

для ширины шпонки bшп = 10h9: es = 0, ei = -36 мкм;

для ширины паза вала Вв = 10P9: ES = -15; EI = -51мкм;

для ширины паза втулки Ввт =10P9: ES = -15 мкм, EI = -51 мкм.

По найденным значениям отклонений чертим схему расположения интервалов допусков (рисунок 3.3) и проводим анализ этих посадок (см. таблицу 3.2).

Выполнение лабораторных (практических ) работ по черчению

ВЫПОЛНЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ШПОНОЧНОГО И ШЛИЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ

– изучение конструкций шпоночных, шлицевых и штифтовых соединений соединений, их параметров и характеристик;

− усвоить правила упрощённого изображения шпоночных и шлицевых соединений, шпоночных гнезд и шлицев на чертежах деталей;

− развить пространственные представления; подготовиться к чтению машиностроительных чертежей.

1.1 ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Шпоночные соединения предназначены для соединения с валами зубчатых колес, шкивов, маховиков, муфт и других деталей и служат для передачи крутящих моментов.

Наиболее часто применяются соединения с призматическими шпонками.

Размеры, допуски, посадки и предельные отклонения с призматическими шпонками установлены ГОСТ 23360-78.

Шпоночное соединение – один из видов соединений вала с втулкой с использованием дополнительного конструктивного элемента (шпонки), предназначенной для предотвращения их взаимного поворота.

Шпоночные соединение – это разъёмные соединения составных частей изделий с применением шпонок. Шпоночные соединения состоят из вала, шпонки и ступицы колеса (рисунок 2). Шпонка представляет собой стальной брус, который вставляется в пазы вала и ступицы.

В специальную канавку-паз на валу закладывается шпонка (рисунок 1). На вал насаживают колесо так, чтобы паз ступицы колеса попал на выступающую часть шпонки. Размеры пазов на валу и в ступице колеса должны соответствовать поперечному сечению шпонки.

Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей колеса, шкива, звездочки.

Шпоночные соединения широко применяются во всех отраслях машиностроения при малых нагрузках и необходимости легкой сборки, разборки. По мере роста нагрузок применение шпоночных соединений сокращается.

Достоинства шпоночных соединений

1) простота конструкции;

2) легкость сборки и разборки соединения.

Недостатки шпоночных соединений

1) шпоночные пазы ослабляют вал и ступицу насаживаемой детали (уменьшается сечение детали);

2) шпоночное соединение трудоемко в изготовлении.

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 вала от проворота относительно неподвижного корпуса. В отличие от соединений 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.

Шпоночное соединение включает в себя минимум три посадки: вал-втулка (центрирующее сопряжение) шпонка-паз вала и шпонка-паз втулки. 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, следовательно – предпочтительны переходные посадки. В сопряжении (размерной цепи) по высоте шпонки специально предусмотрен зазор по номиналу (суммарная глубина пазов втулки и вала больше высоты шпонки). Возможно еще одно сопряжение – по длине шпонки, если призматическую шпонку с закругленными торцами закладывают в глухой паз на валу.

Шпоночные соединения могут быть подвижными или неподвижными в осевом направлении. В подвижных соединениях часто используют направляющие шпонки с креплением к валу винтами. Вдоль вала с направляющей шпонкой обычно перемещается зубчатое колесо (блок зубчатых колес), полумуфта или другая деталь. Шпонки, закрепленные на втулке, также могут служить для передачи крутящего момента или для предотвращения поворота втулки в процессе ее перемещения вдоль неподвижного вала, как это сделано у кронштейна тяжелой стойки для измерительных головок типа микрометров. В этом случае направляющей является вал со шпоночным пазом.

По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные (рисунок 3). В стандартах предусмотрены разные исполнения шпонок некоторых видов, например, призматические шпонки с двумя закругленными торцами (исполнение 1), с одним закругленным торцом (исполнение 3) и с незакругленными торцами (исполнение 2), сегментные шпонки со срезанным краем сегмента (исполнение 2).

Призматические шпонки Призматические шпонки не удерживают насаженные детали от осевого смещения. Чтобы застопорить деталь, применяют распорные втулки 1 (рисунок 3) или установочные винты 1.

Читайте также  50706 подшипник кпп вторичного вала

Шпонки призматические бывают обыкновенные и направляющие. Направляющие шпонки крепят к валу винтами; их применяют, когда колесо перемещается вдоль вала.

По форме торцов шпонки бывают трех исполнений:

исполнение 1 — оба торца закруглены;

исполнение 2 — один торец закруглен, второй — плоский;

исполнение 3 — оба торца плоские.

Призматические шпонки дают возможность получать как подвижные, так и неподвижные соединения.

Сегментные шпонки (рисунок 4) применяют в соединениях, передающих небольшие вращающие моменты. Они просты в изготовлении и при монтаже

Сегментные шпонки и клиновые шпонки, как правило, служат для образования неподвижных соединений. Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизованы и выбираются в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединения.

Клиновые шпонки (рисунок 5) имеют форму односкосных клиньев с уклоном. Такой же уклон имеют пазы в ступицах деталей. Клиновые шпонки забивают в пазы. Поэтому создается напряженное соединение. Эти шпонки передают не только вращающий момент, но и удерживают деталь от осевого смещения. Соединения клиновыми шпонками применяют в тихоходных передачах.

Тангенциальные шпонки (рисунок 6) состоят из двух односкосных клиньев. Они вводятся в пазы ударом. Применяют для валов с диаметром более 60 мм при передаче больших вращающих моментов.

Рабочими поверхностями у шпонок призматических и сегментных являются боковые грани, а у клиновых верхняя и нижняя широкие грани, одна из которых имеет уклон 1: 100.

Поперечные сечения всех шпонок имеют форму прямоугольников с небольшими фасками или скругленными. Размеры сечений шпонок выбираются в зависимости от диаметра вала, а длина шпонок — в зависимости от передаваемых усилий.

Условные обозначения шпонок определяются стандартами и включают в себя: наименование, исполнение, размеры, номер стандарта.

Пример условного обозначения шпонки: Шпонка 10 х 8 х 60 ГОСТ 23360—78 — призматическая, первого исполнения, с размерами поперечного сечения 10×8 мм, длина 60 мм.

Шпоночные соединения подразделяют на напряжённые и ненапряжённые.

Ненапряженные соединения получают с помощью призматических и сегментных шпонок. Напряженные соединения получают с помощью применения клиновых и тангенциальных шпонок.

Размеры призматических шпонок определяются ГОСТ 23360—78; размеры соединений с клиновыми шпонками — ГОСТ 24068—80; размеры соединений с сегментными шпонками — ГОСТ 24071—80.

В приборостроении, как правило, применяют ненапряженные шпонки, при использовании которых можно получить значительно более точное центрирование деталей с валом, чем в напряженных шпонках.

Ненапряженные шпонки передают только крутящий момент, напряженные шпонки, кроме передачи крутящего момента могут воспринимать небольшие односторонние осевые усилия.

Основные размеры соединений с призматическими шпонками даны в сокращении в таблице 1

Таблица 1 – Параметры шпонок

Предельные отклонения и посадки шпоночных соединений даны в таблице 3.

Таблица 2 – Поля допусков для образования шпоночных соединений

Рисунок 7 – Рекомендуемые посадки шпоночных соединений

Предельные отклонения на глубину паза приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Предельные отклонения на глубину шпоночного паза

Пример простановки посадок шпоночного сопряжения показан на рисунке 7.

В таблице 4 приведены размеры ряда призматических шпонок и шпоночных пазов (ГОСТ 23360-78).

Таблица 4– Размерный ряд шпонок и шпоночных пазов

Соединения шпоночные

размеры сечений пазов и их предельные отклонения

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 пазов

Размеры шпонок в зависимости от диаметра вала

Варианты исполнения шпонок

Ряд 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, 500

УСЛОВНОЕ 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 менее 590 МПа (60 кг/мм 2 ).

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».

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»

Шпонка. Шпоночный паз. Виды, размеры и предельные отклонения.

Шпонка. Шпоночный паз. Виды, размеры и предельные отклонения.

Шпоночный материал предназначен для передачи крутящего момента с одной детали на другую. Препятствует вращению одной детали относительно другой. В зависимости от диаметра вала, на которые подгоняется шпонка, будет меняться её ширина и высота, а на валу – глубина шпоночного паза.
Шпоночные пазы на валу делают на фрезерном станке, а на другой детали, которая садится на вал (зубчатое колесо, втулка, полумуфта, муфта и т.д.) на долбежном станке (смотрите видео). Также возможно изготовление шпоночного паза на токарном станке (смотрите видео).

Существует несколько видов шпонок: призматические, клиновые, сегментные, цилиндрические и тангенциальные. Они могут быть как открытого, так и закрытого типа. Все они изготавливаются согласно стандартам ГОСТ, которые устанавливают размеры и предельные отклонение шпоночных пазов и шпонок:

ГОСТ 24071-97 – сегментные шпоночные пазы и шпонки;

ГОСТ 24068-80 – клиновые шпоночные пазы и шпонки;

ГОСТ 23360-78 – призматические шпоночные пазы и шпонки;

ГОСТ 10748-79 – призматические высокие шпоночные пазы и шпонки;

ГОСТ 24069-80 – тангенциальные нормальные шпоночные пазы и шпонки;

ГОСТ 12207-79 – цилиндрические шпоночные пазы и шпонки;

ГОСТ 8790-79 – призматические шпоночные пазы и шпонки с креплением на валу.

Материалом для шпонок могут служить различные сорта стали, чаще всего это углеродистые стали (Ст45, Ст60). Одним из главных условий, предъявляемых к шпонкам, является симметричность всех её боковых стенок, а также недопустима подгонка шпонки с заусеницами и забоинами.

Одним из главных плюсов шпонки является простота конструкции, надёжность и небольшая стоимость. Сборка такого рода соединения не занимает много времени.

Ниже вы можете ознакомится с таблицами размеров и предельных отклонение шпоночных пазов и шпонок.

Шпонка. Шпоночный паз. Виды, размеры и предельные отклонения.

Призматические шпонки по ГОСТ 23360-78.

Рис 1. Основные обозначения призматических шпонок и шпоночных пазов.

Таблица 1. Размеры и предельные отклонения призматических шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 23360-78.

Высота шпонок Предельное отклонение размеров
d + t1 d + t2
От 2 до 6 0
-0,1
+0,1
Св. 6 до 18 0
-0,2
+0,2
Св. 18 до 50 0
-0,3
+0,3

Призматические шпонки с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.

Рис 2. Основные обозначения призматических шпонок с креплением на валу и шпоночных пазов.

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

Сегментные шпонки по ГОСТ 8786-68.

Рис 3. Основные обозначения сегментных шпонок и шпоночных пазов.

Таблица 4. Размеры и предельные отклонения сегментных шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 8786-68.

Клиновые шпонки по ГОСТ 24068-80.

Рис 4. Основные обозначения клиновых шпонок и шпоночных пазов.

Таблица 5.1 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.

Таблица 5.2 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.

Призматические шпонки

Наиболее распространены призматические шпонки, устанавливаемые в пазу вала по посадкам с натягом Р9/h9 ( врезные шпонки ) или по посадке Js9/h9 ( закладные шпонки ). Шпонки входят в паз ступицы так, что между верхней гранью шпонки и днищем паза оставляют зазор s (рис. 557, а).

Рекомендуются следующие посадки по боковым граням паза ступицы: с зазором (H9/h9 — для центрирующих соединений; D9/h9 — подвижных соединений) или переходные и с натягом (Js9/h9, N9/h9, P9/h9 для циклически нагруженных соединений).

Ступицы сажают на вал обычно по посадке Н7/h6; в соединениях, подвергающихся циклическим нагрузкам; предпочтительны посадки H7/js6, Н7/k6, Н7/m6, Н7/n6, Н7/р6.

Действующий на соединение крутящий момент вызывает напряжения среза в теле шпонки и напряжения смятия на боковых гранях шпонки (вид а). Преобладающее значение для прочности и устойчивости соединения имеет изгибающий момент Мизг, стремящийся вывернуть шпонку из паза вала.

Для увеличения прочности заделки целесообразно применять посадку P9/h9 в вале и увеличивать глубину установки шпонки в вал (вид б). Шпонки шириной b > 10 мм крепят в пазу вала винтами с порезной головкой (вид в) или винтами с внутренним шестигранником.

Для повышения сопротивления усталости вала на участке, ослабленном шпоночным пазом, применяют обчеканку шпонок по контуру (виды г, д).

Рабочие грани пазов ступицы и вала обрабатывают в рядовых соединениях до параметра шероховатости Ra = 3,2 мкм, в ответственных — до Ra = 2,5 мкм, днища пазов — до Ra = 6,3 мкм.

Пазы в ступице выполняют долблением или протягиванием одношлицевой протяжкой, на валу — фрезерованием пальцевой (рис. 558, а) или дисковой (рис. 558, б) фрезой.

Фрезерование дисковой фрезой производительнее и обеспечивает более высокую точность и малую шероховатость боковых граней паза. Однако при этом способе увеличиваются осевые размеры шпоночного соединения, особенно в соединениях с упорными буртиками (рис. 559, а, б), а при заданных габаритах сохраняется длина шпонки. Кроме того, необходима фиксация шпонки в осевом направлении.

Наиболее распространен способ фрезерования пальцевыми фрезами.

Во избежание пригонки торцов шпонок длину l’ паза делают на 0,5—1 мм больше длины l шпонки (рис. 560, а).

Пазы не доводят до ближайших ступенек на расстояние s = 2—3 мм для валов диаметром менее 30 мм, а для валов большего диаметра — на 4—5 мм. Врезание пазов в ступеньку увеличивает концентрацию напряжений. В концевых установках величину s’ (рис. 560) принимают на 1—2 мм больше s с целью увеличения прочности перемычки.

Диаметр резьбы Dр (рис. 560, б), как обычно в ступичных соединениях, делают на 0,5—2 мм меньше диаметра D вала.

Высоту (а) упорной ступеньки, учитывая, что упор происходит почти по полной кольцевой поверхности, достаточно делать равной 2—4 мм.

В концевых установках целесообразно прорезать шпоночный паз на выход в торец вала (рис. 561).

При этом сокращаются осевые габариты соединения и увеличивается рабочая длина шпонки, особенно если хотя бы один торец шпонки плоский.

В затяжных соединениях шпонку фиксируют в осевом направлении шайбой и гайкой (вид а).

Неизбежное в затяжных конструкциях прорезание резьбы шпоночным пазом не сказывается отрицательно на работе резьбы. Паз в резьбе обычно используют под отгибную лапку стопорной шайбы m. Необходимо только, чтобы расстояние (е) между днищем паза и внутренним диаметром резьбы (вид б) было достаточно для размещения лапки.

Из рис. 561, б имеем

где D и Dр — соответственно диаметры вала и резьбы, t — глубина шпоночного паза; h — высота резьбы гайки; е — зазор, необходимый для размещения усика.

Из уравнения (131) получаем

Величина h для метрической резьбы h ≈ 0,7s (s — шаг резьбы). При обычной толщине стопорной шайбы 0,5—1 мм минимальный зазор emin можно принять равным 2 мм. Подставляя эти значения в уравнение (132), получаем

Кроме того, должно быть соблюдено условие Dp Шпонки увеличенной высоты применяют для повышения прочности заделки шпонки в вале, а также в тех случаях, когда ступица выполнена из мягкого материала (чугун) с целью уменьшения напряжений смятия на рабочих гранях паза.

Размеры высоких призматических шпонок согласно ГОСТ 10748—79 приведены в табл. 9.

Добавить комментарий