Шпоночные соединения предназначены для соединения с валами

Шпоночные соединения

Шпоночные соединения предназначены для передачи крутящего момента от вала к ступице или в обратном направлении. Различают напряженные и ненапряженные шпоночные соединения. В зависимости от формы шпонки бывают призматические, сегментные, клиновые и другие.

Соединения призматическими шпонками

На рисунке в табл. 4.1.1 показаны исполнения шпонок, устанавливаемых в шпоночные пазы без дополнительного крепления. Размер шпонки b x h зависит от диаметра вала. Допускается использование шпонок с сечениями, меньшими рекомендуемых, за исключением случаев, когда шпонки устанавливают на концах вала.
Конструктивное исполнение и размеры направляющих шпонок с отверстиями для крепления их на валу, а таже размеры отверстий, винтов крепления и длин приведены в табл. 4.1.2. В середине шпонки выполняют резьбовое отверстие для отжима шпонки при демонтаже.

Соединения призматическими высокими и сегментными шпонками

Призматические высокие шпонки применяют тогда, когда ступица выполнена из материала с пониженной прочностью, например силумина. На рисунке в табл. 4.2.2 показаны два варианта исполнения сегментных шпонок. ГОСТ 24071-97 предусматривает два вида соединений с помощью сегментной шпонки — нормальное и плотное.

Примеры соединений шпонками

На рисунок 4.3.1 -4.3.3 показано крепление деталей на валах с помощью призматических шпонок, а на рисунок 4.3.4 — крепление зубчатых ко лес с использованием сегментных шпонок, которые более технологичны, так ка не требуют ручной пригонки при сборке. Использование двух призматических направляющих шпонок позволяет уменьшить давление на поверхностях контакта ступиц со шпонками и уменьшить их износ (рисунок 4.3.5).

Направляющие качения

Представлены два варианта исполнения направляющих: втулочное (рисунок 4.4.1, а), в котором вращающий момент на корпус передается через шпонку, и фланцевое (рисунок 4.4.1, б). В обоих случаях вал выполняют с тремя продольными выступами, а втулку — с тремя пазами, обеспечивающими перемещение шариков по замкнутому контуру. При передаче вращающего момента в одном направлении поверхности выступов вала с одной стороны находятся в контакте с шариками, а с другой стороны между ними образуется зазор, позволяющий шарикам свободно перемещаться в обратном направлении (рисунок 4.4.2, а). При изменении направления вращающего момента зазор между шариками, втулкой и валом оказывается с противоположной стороны (рисунок 4.4.2, б). Канавки в концевых участках втулки имеют дополнительные углубления (на рисунок 4.4.2 показаны штриховой линией), обеспечивающие свободный переход шариков и рабочего в возвратный канал. В табл. 4.4.1 кроме основных размеров приведены значения предельных динамических и статических моментов Тд и Тс и радиальных нагрузок Тд и Fc.

Метрология

Допуски и посадки шпоночных соединений

Общие сведения о шпоночных соединениях

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 вала от проворачивания относительно неподвижного корпуса.
Более подробно о видах шпоночных соединений здесь.

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.

По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные. Призматические шпонки дают возможность получать как подвижные, так и неподвижные соединения. 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.

Обычно шпонки устанавливают в пазах на валу по неподвижной, а втулки — по одной из подвижных посадок. Натяг шпонки необходим, чтобы шпонка не выпадала при монтаже и не передвигалась при эксплуатации, а зазор при втулке, — чтобы компенсировать неизбежные неточности размеров, формы и взаимного расположения пазов.
В машиностроении наибольшее применение получили соединения с призматическими шпонками. Их размеры и размеры шпоночных пазов нормируются ГОСТ 23360-78 «Шпонки призматические. Размеры, допуски и посадки».
Предельные отклонения размеров призматических шпонок по ширине и высоте установлены для трех исполнений шпонок (рис. 1):

  • с закруглениями по обоим концам (А);
  • прямоугольные (В);
  • с закруглением на одном конце (С).

Рис. 1. Виды исполнений призматических шпонок (вид сверху)

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.

Возможно еще одно сопряжение – по длине шпонки, если призматическую шпонку с закругленными торцами закладывают в глухой паз на валу.

Глубина паза у вала под шпонку задается размером l , (предпочтительно) или d-t1 , глубина паза у отверстия под шпонку — размером t2 или D+t2 (рис. 2).

Рис. 2. Параметры шпоночного соединения

Размеры шпонок изготавливаются: по ширине b шпонки (рис. 2) с полем допуска h9 , по высоте h шпонки с полем допуска h11 (при высоте шпонки 2 . 6 мм — по B9 ), по длине l шпонки с полем допуска h14 .
Такое назначение полей допусков на размеры призматических шпонок делает возможным их централизованное изготовление независимо от посадок.

Все виды шпоночных соединений образуются в системе вала. Вид соединения выбирается в зависимости от его функционального назначения с учетом технологии сборки. Для предпочтительного применения стандартом предусмотрено три вида соединения (рис. 3):

  • Свободное — соединение с гарантированным зазором для возможности перемещения втулки вдоль вала со шпонкой. Соединение подвижное. Для ширины паза на валу задается поле допуска Н9 , для ширины паза втулки — Z10 .
  • Нормальное — соединение с переходной посадкой, с большей вероятностью в получении зазора, не требующее частых разборок. Соединение неподвижное. Для ширины паза на валу задается поле допуска N9 , для ширины паза втулки — J9 .
  • Плотное — соединение с переходной посадкой, с приблизительно равной вероятностью получения зазоров и натягов, применяющееся при редких разборках и реверсивных нагрузках. Соединение неподвижное. Для ширины паза вала и втулки задается одно поле допуска H9 .

Стандартом установлены поля допусков по ширине шпонки и шпоночных пазов b для свободного, нормального и плотного соединений.
Длина пазов вала и отверстия под шпонку изготавливается с полем допуска Z15 , глубина пазов вала и отверстия — с полем допуска Z12 .
К местам установок шпонок предъявляются дополнительные требования по расположению поверхностей.

Допуски и посадки шлицевых соединений

Основные параметры шлицевых соединений

Шлицевые соединения, как и шпоночные, предназначены для передачи крутящих моментов в соединениях шкивов, муфт, зубчатых колес и других деталей с валами.
В отличие от шпоночных соединений, шлицевые соединения, кроме передачи крутящих моментов, осуществляют еще и центрирование сопрягаемых деталей. Шлицевые соединения могут передавать большие крутящие моменты, чем шпоночные, и имеют меньшие перекосы и смещения пазов и зубьев.
Более подробно о видах шлицевых соединений здесь.

В зависимости от профиля зубьев шлицевые соединения делят на соединения с прямобочным, эвольвентным и треугольным профилем зубьев.

Шлицевые соединения с прямобочным профилем зубьев применяются для подвижных и неподвижных соединений. К основным параметрам относятся:

  • D – наружный диаметр;
  • d – внутренний диаметр;
  • b – ширина зуба.

По ГОСТ 1139-80* в зависимости от передаваемого крутящего момента установлено три типа соединений – легкой, средней и тяжелой серии.

Читайте также  4д56 установка балансировочных валов

В шлицевых соединениях с прямобочным профилем зуба применяют три способа относительного центрирования вала и втулки (рис. 3):

  • по наружному диаметру D ;
  • по внутреннему диаметру d ;
  • по боковым сторонам зубьев b .

Рис. 3. Способы относительного центрирования шлицевых соединений

Центрирование по наружному и внутреннему диаметрам обеспечивает хорошую соосность деталей при взаимном перемещении. Но центрирование по наружному диаметру, кроме того, применяют и для неподвижных соединений, поскольку в них отсутствует износ от осевых перемещений.

Центрирование по D рекомендуется при повышенных требованиях к соосности элементов соединения, когда твердость втулки не слишком высока и допускает обработку чистовой протяжкой, а вал обрабатывается фрезерованием и шлифуется по наружному диаметру D .
Применяется такое центрирование в подвижных и неподвижных соединениях.

Центрирование по внутреннему диаметру d применяется в тех же случаях, что и центрирование по D , но при твердости втулки, не позволяющей обрабатывать ее протяжкой. Такое центрирование является наименее экономичным.

Центрирование по боковым сторонам зубьев b используют, когда не требуется высокой точности центрирования, при передаче значительных крутящих моментов.
Способ центрирования по боковым поверхностям зубьев b целесообразно, также, применять при передаче знакопеременных нагрузок больших крутящих моментов, а также реверсивном движении.
Этот метод способствует более равномерному распределению нагрузки между зубьями, но не обеспечивает высокой точности центрирования. Применяется реже, так как при этом требует точной обработки шлицевого вала и впадин шлицевой втулки, которая может быть обеспечена у вала шлифованием зубьев, а у втулки только протягиванием отверстия. Применяется, если нужна высокая прочность, а точность центрирования не имеет существенного значения, — например карданные сочленения.

Выбор допусков и посадок шлицевых соединений

В основу построения допусков и посадок шлицевых соединений положена система, обеспечивающая сокращение дорогостоящего инструмента для обработки шлицевых отверстий — протяжек. Поэтому посадки шлицевых соединений с прямобочным профилем зуба строятся по системе отверстия (рис. 4).

Рис. 4. Поля допусков шлицевых соединений

Отклонение размеров профиля отверстия и вала отсчитываются от номинальных размеров диаметров D и d и ширины зуба b .
Для обеспечения собираемости шлицевых деталей предусматриваются гарантированные зазоры между боковыми сторонами зубьев и впадин, а также между не центрируемыми поверхностями. Эти зазоры компенсируют погрешности профиля и расположения шлицев вала и впадин втулки.
Поля допусков шлицевых соединений с прямобочным профилем располагаются в зависимости от центрирующего элемента.

Прямобочные шлицевые соединения, как правило, контролируются комплексными проходными калибрами. При этом поэлементный контроль осуществляется непроходными калибрами или измерительными приборами.
В спорных случаях контроль с применением комплексного калибра является решающим.
При использовании комплексных калибров отверстие считается годным, если комплексный калибр-пробка проходит, а диаметры и ширина паза не выходят за установленные верхние пределы; вал считается годным, если комплексный калибр-кольцо проходит, а диаметры и толщина зуба не выходят за установленный нижний предел.

Обозначение на чертежах прямобочных шлицевых соединений валов и втулок должно содержать:

  • букву, соответствующую поверхности центрирования;
  • число зубьев и номинальные размеры d , D и b соединения, вала и втулки;
  • символы полей допусков или посадок диаметров, а также размера b , помещенные после соответствующих размеров.

В обозначении можно не указывать допуски нецентрирующих диаметров.

Допуски и посадки эвольвентных шлицевых соединений

Для повышения долговечности соединений, улучшения центрирования и упрощения фрезерования (применения метода обката одной червячной фрезой при нарезании шлицев одного модуля, но разных чисел зубьев и диаметров) используются шлицевые соединения с эвольвентным профилем зуба.

Однако при закаленных валах и втулках шлицевание зубьев с эвольвентным профилем невыгодно. Кроме того, стоимость протяжки при чистовой обработке выше, чем для зубьев с прямобочным профилем.

Основными преимуществами эвольвентных шлицевых соединений по сравнению с прямобочными являются:

  • более равномерное распределение нагрузки на зубе;
  • высокая прочность;
  • возможность обеспечения повышенной точности, обусловленная высокой точностью червячной модульной фрезы.

На эти соединения распространяется ГОСТ 6033-80, устанавливающий исходный контур; угол наклона профиля зуба — 30°; форму зуба; номинальные диаметры D = 4. 500 мм; модули т = 0,5. 10 мм; число зубьев z = 64. 82; номинальные размеры элементов и измерительные величины по боковым поверхностям зубьев, а также допуски и посадки.

В шлицевых эвольвентных соединениях втулку относительно вала центрируют по:

  • боковым поверхностям зубьев — этот способ получил наибольшее распространение, так как достигается хорошая соосность (в отличие от прямобочных соединений);
  • наружному диаметру — этот способ используется, когда необходима высокая точность вращения деталей, сидящих на шлицевом валу;
  • внутреннему диаметру — этот способ центрирования используется редко из-за технологических трудностей, в том числе из-за малых опорных площадок по впадинам зубьев.

Основными параметрами, которые обеспечивают взаимозаменяемость шлицевых эвольвентных соединений, являются:

  • номинальный исходный диаметр соединения D ;
  • диаметр окружности впадин втулки Df
  • диаметр окружности вершин зубьев втулки Da
  • модуль m ;
  • толщина шлица вала s и ширина впадины втулки е (как правило, s = е);
  • диаметр окружности вершин зубьев вала da ;
  • диаметр окружности впадин вала df
  • смещение исходного контура шлицев хm .

Допуски и посадки при центрировании по боковым поверхностям зубьев эвольвентных соединений имеют особенность, состоящую в том, что на сопрягаемые размеры толщины зубьев вала s и ширины втулки е установлены два вида допусков:

  • допуск Тs = Те собственно размеров s и е ;
  • суммарный допуск Т , включающий в себя как отклонения размеров s и e , так и отклонение формы и расположения поверхностей профиля зубьев вала и впадин втулки.

Введение таких допусков связано с особенностями контроля шлицевых соединений комплексными калибрами. Величина этих допусков определяется числами — степенями точности, а их расположение относительно номинального размера ( s = е ) на дуге делительной окружности — основными отклонениями.

Контроль размеров шлицевых соединений

Для контроля размеров шлицевой втулки и шлицевого вала применяют поэлементные и шлицевые комплексные калибры. Калибры для контроля внутреннего диаметра втулки и наружного диаметра вала не отличаются от гладких калибров-пробок и калибров-скоб.

Для контроля наружного диаметра D и толщины b зуба вала применяют специальные предельные калибры: листовые двусторонние пробки, неполные пробки, пазовые калибры, калибры-скобы и калибры — скобы для контроля толщины зубьев. Широко применяются комплексные шлицевые калибры, которыми контролируют не только размеры шлицевых валов и втулок, но и отклонения формы и расположения поверхностей.

Детали машин / Konspekty_lekcii / Конспекты лекций / Лекция 15. Соединения типа вал-ступица

РАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

П л а н л е к ц и и

1. Общие сведения.

2. Шпоночные соединения.

3. Шлицевые соединения.

4. Штифтовые соединения.

5. Критерии оптимизации разъемных нерезьбовых соединений.

6. Условия работоспособности.

7. Базовый алгоритм подбора параметров соединений для передачи крутящего момента.

8. Проблемные ситуации.

1. Общие сведения

Существует большая группа разъемных соединений, в которых разъем осуществляется не с помощью резьбы, а посредством особых конструктивных условий сборки. К этой группе следует отнести в первую очередь шпоночные, штифтовые и шлицевые соединения.

Это стандартные способы соединения, в которых все конструктивные

параметры, материалы, точность изготовления и условия

а также сборка полностью определены государственными

В зависимости от назначения, как правило, осуществляется по одному из базовых размеров. При этом работоспособность соединения оценивается проверочными расчетами уже после конструктивной разработки соединений. Если выбранное соединение не удовлетворяет условиям работоспособности, то необходимо менять параметры соединения, его вид, либо вовсе переходить на другой способ соединения.

2. Шпоночные соединения

Шпоночные соединения состоят из вала, шпонки и ступицы колеса (шкива или другой детали).

Шпонка – это деталь, устанавливаемая в пазах двух соприкасающихся деталей и препятствующая относительному повороту или сдвигу этих деталей.

Шпоночные соединения предназначены для передачи крутящего момента от вала к сидящим на нем деталям и наоборот.

Достоинства шпоночного соединения – конструктивная простота и срав-

Читайте также  268 валы для чего

нительная легкость сборки и разборки.

Недостатки шпоночного соединения:

1. Ослабление вала.

2. Необходимость применения длинных ступиц.

3. Технологическая сложность обеспечения необходимой точности, которая заключается в соблюдении двух технологических параметров:

а) симметрия плоскости шпоночных пазов относительно плоскости вала; б) отсутствие перекоса шпонки на валу.

4. При любом способе сборки шпоночного соединения заметно возрастает торцевое биение сидящей на валу детали, особенно заметное при коротких ступицах.

Шпоночные соединения бывают ненапряженные и напряженные (рис. 15.1). Ненапряженные соединения характеризуются отсутствием напряжения до передачи момента, в напряженных соединениях до передачи момента напряжения присутствуют.

Ненапряженные соединения. Обычно для передачи крутящих моментов используются шпоночные соединения при диаметрах вала d в свыше 5 мм. При этом наиболее часто используются шпонки двух типов:

призматические для диаметров валов свыше 5 мм; сегментные для диаметров валов от 13 до 58 мм.

По конструкции применяются шпонки двух исполнений: при термообработке вала и втулки – исполнение 1 ; при термообработке только вала – исполнение 2 .

Все размеры сегментных шпонок определяются по таблицам ГОСТа, в зависимости от диаметра вала. Для призматических шпонок ширина b и высота h выбираются из таблицы ГОСТа в зависимости от диаметра вала, длина l шпонки зависит от размеров b и h и определяется по рекомендуемому ряду длин.

П р и з м а т и ч е с к и е ш п о н к и (рис. 15.2). ГОСТ 23360–78 предусматривает различные конструктивные исполнения призматических шпонок (рис. 15.3).

Размеры шпонок и шпоночных пазов принимают в зависимости от диаметра вала d в по стандарту СЭВ 189–75. Рабочими у призматической шпонки являются боковые грани. Призматическая шпонка центрирует детали на валах, но не удерживает их от осевого смещения.

С е г м е н т н ы е ш п о н к и (рис. 15.4) отличаются от призматических более устойчивым положением шпонки на валу, что уменьшает перекос и концентрацию давления, но резко ослабляет сечение вала, поэтому эти шпонки применяют для диаметров валов d в 58 мм.

Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой, чистотянутой стали (ГОСТ 8787–68, ГОСТ 8786–68). Легированные стали применяют для специальных шпонок.

Напряженные соединения. К таковым принадлежат клиновые шпонки, имеющие форму клина с уклоном спинки 1:100. Размеры клиновых шпонок регламентированы ГОСТ 8792–68. Шпонки забивают в пазы, в результате чего отпадает необходимость в дополнительных креплениях детали на валу. Однако подобное напряженное соединение нарушает правильность вращения, так как шпонка смещает «на себя» зазор между валом и отверстием ступицы колеса, т. е. нарушает центрирование деталей. Этот недостаток ограничивает применение клиновых шпонок.

К л и н о в а я в р е з н а я ш п о н к а (рис. 15.5) применяется в тихоходных передачах, хорошо воспринимает ударные и знакопеременные нагрузки. Работает широкими гранями, по боковым граням имеется зазор.

К л и н о в а я ф р и к ц и о н н а я ш п о н к а (рис. 15.6) применяется при необходимости частой перестановки в угловом и осевом направлениях.

Назначение и виды шпоночных соединений

Атропиноподобными – физосигмин 1-2 мг каждые 1-2 часа

Недеполяризующими миорелаксантами – прозерин в/в 3 мл 0,05 % р-ра в10 мл физраствора

Прямыми коагулянтами (гепарин) – протамина сульфат в/в струйно 1мл 1%р-ра (1мг=100 ЕД гепарина)

Непрямыми коагулянтами (неодикумарин) – викасол в/м 1 мл 1% р-ра

Угарным газом – инстилляция 100% кислородом, заменное переливание крови(эритроцитарная масса)

Лабораторная работа №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧНОСТИ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

Цель: Изучение видов и методики определения зазоров, натягов, допусков и посадок шпоночных соединений.

Принятые сокращения

D — номинальный размер отверстия

d — номинальный размер вала

h — посадки в системе вала

H — посадки в системе отверстия

L — поле допуска наружного кольца шарикоподшипника

l — поле допуска внутреннего кольца шарикоподшипника

Smax — зазор максимальный

Smin — зазор минимальный

Общие положения

Шпоночные соединения относятся к типовым соединениям деталей машин.

Допуски и посадки шпоночных соединений элементов деталей осуществляются согласно рекомендациям, закрепленных в стандартах, разработанных исходя из условий работы и эмпирических данных.

Структура шифра работы:

Исходные данные работы, соответствующие данному шифру:

Б – шпоночное соединение;

8 — характер соединения нормальный.

Варианты задания

Тип соединения Обозначение
Шпоночное соединение Б
Диаметр вала 6 *
Характер соединения Свободное
Нормальное
Плотное
*) – задается преподавателем

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с общими положениями настоящих методических указаний, содержанием стандартов.

2. По данным вариантов работ (таблица 1) представить графическое изображение расположения полей допусков шпоночных соединений с указанием всех предельных отклонений.

Поля допусков валов и отверстий, а также значения предельных отклонений представлены в таблицах стандарта.

3. Для всех образованных посадок определить величины допусков, максимальные и минимальные зазоры и натяги.

Назначение и виды шпоночных соединений

Соединения вала с различными деталями типа втулки (диски, ролики, муфты, шкивы, зубчатые колеса и т.д.) при помощи шпонки, которая одновременно входит в пазы вала и втулки, называются шпоночными.

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

Шпонки делятся на призматические – ненапряженные и клиновые – напряженные. Наиболее часто применяются соединения с призматическими шпонками.

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.

Различают три вида соединения призматических шпонок с пазами вала

и втулки: свободное, нормальное и плотное (рисунок 1).

Рисунок 1 – Поля допусков шпоночного соединения

На рисунке 2 приведено графическое изображение шпоночного соединения с расположением соответствующих полей допусков.

Выбранная посадка соответствует плотному характеру (типу) соединения.

Рисунок 2 – Шпоночное соединениея

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

Основные размеры соединений с призматическими шпонками даны в сокращении в таблице 2.

Таблица 2 – Параметры шпонок

Диаметр вала, d, мм Номинальный размер шпонки, b×h, мм Глубина паза на валу, мм Глубина паза на втулке, мм
6 — 8 2×2 1,2 1,0
8 — 10 3×3 1,0 1,4
10 — 12 4×4 2,5 1,8
12 — 17 5×5 3,0 2,3
17 — 22 6×6 3,5 2,8
22 — 30 7×7 4,0 3,3
22 — 30 8×7 4,0 3,3
30 — 38 10×8 5,0 3,3
33 — 44 12×8 5,0 3,3
44 — 50 14×9 5,5 3,8
55 — 58 16×10 6,0 4,3
58 — 65 18×11 7,0 4,4
Примечания: 1. Длина шпонок должна выбираться из ряда 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. 2.Материал – сталь с сопротивлением разрыву не менее 590 МН/м 2 . 3.Пример условного обозначения шпонки с размерами b = 18 мм, h = 11 мм, l = 100 мм. Шпонка 18×11×100 ГОСТ 23360-78

Предельные отклонения и посадки шпоночных соединений даны в таблице 3.

Таблица 3 – Поля допусков для образования шпоночных соединений

Элемент соединения Поле допусков размера b при соединении
свободном нормальном плотном
Ширина шпонки h9 h9 h9
Ширина паза на валу Н9 N9 Р9
Ширина паза на втулке D10 Js9 Р9

Для ширины пазов вала и втулки допускаются любые сочетания указанных полей допусков. Рекомендуемые посадки приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 — Рекомендуемые посадки шпоночных соединений

Предельные отклонения на глубину паза приведены в таблице 4.

Таблица 4 — Предельные отклонения на глубину шпоночного паза

Высота шпонки, h мм Предельные отклонения на глубину паза на валу t1 и во втулке t2, мм
верхнее отклонение Нижнее отклонение
От 2 до 6 +0,1
От 6 до 18 +0,2
От 18 до 50 +0,3

Пример простановки посадок шпоночного сопряжения показан на рисунке 3.

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.

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