Область применения

 Шпоночные соединения служат для закрепления деталей на осях и валах, например шкивов, зубчатых колес, муфт, маховиков, кулачков и т.д. Соединения нагружаются в основном вращающим моментом
Шпоночное соединение осуществляется при помощи специальной детали – шпонки, которая закладывается в соответствующие пазы, выполненных на сопряженных поверхностях соединяемых деталей. Оно обеспечивает неподвижное соединение деталей для передачи крутящего момента.
Призматические шпонки широко применяют во всех областях машиностроения.    

Преимущества:

• Простота и надежность конструкции,
• Удобство сборки и разборки,
• Невысокая стоимость.

Недостатки:

• Ослабление сечений соединяемых деталей;
• Наличие концентраторов напряжений;
• При переходных посадках или посадках с зазором прочность соединения ниже прочности вала и ступицы;
• Трудности обеспечения взаимозаменяемости, заключающиеся в необходимости подгонки или выбора шпонки по пазу, , ограничивающее их применение в массовом и крупносерийном производстве

Типы шпонок

• клиновая врезная  (ГОСТ  8791-68), создает напряженное состояние на верхней и нижней гранях шпонки и передает крутящий момент за счет сил трения на них;
• призматическая обычная с скругленными концами (ГОСТ 8789-68), воспринимает нагрузку боковыми гранями;
• призматическая направляющая врезная с закреплением на валу (ГОСТ 8790-68), допускает перемещение ступицы вдоль оси вала;
• сегментная (ГОСТ 8794-68);
• круглая (не стандартизированная).

Соединение клиновыми шпонками

  Характеристики соединения клиновыми шпонками (врезной клиновой шпонкой):

• свободная посадка ступицы на вал;
• расположение шпонки в пазу с зазорами по боковым граням, рабочими являются широкие грани шпонки (это связанно с технологическими трудностями);
• передача крутящего момента с вала на ступицу силами трения, образованными в соединении от запрессовки шпонки.

 При запрессовке шпонки смещаются центры вала и ступицы на некоторое значение  , которое равно половине зазора посадки и деформации деталей. Такое смещение приводит к дисбалансу и при    большой   частоте вращения неблагоприятно сказывается   на    работе   механизма .

 Клиновая форма шпонки может вызывать перекос детали, при котором торцевая плоскость шпонки не будет перпендикулярна оси вала. Обработка паза в ступице с уклоном, который равен уклону шпонки, приводит к дополнительным технологическим трудностям и требует индивидуальной подгонки шпонки по пазу. Такая подонка недопустима в условиях массового производства. По этой причине в условиях современного производства применение клиновых шпонок резко сократилось

Соединение призматическими шпонками

 Соединение призматическими шпонками ненапряженное, требующкк изготовления вала и отверстия с большой точностью. Часто посадка ступицы на вал производится с натягом.

 Момент передается с вала на ступицу боковыми узкими   гранями   шпонки. При этом на них возникают   напряжения   смятия , а в продольном сечении  шпонки — напряжения  среза.

 Для упрощения расчета принимают, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты, напряжение смятия равномерно распределяются по высоте и длине шпонки,  плечо  равнодействующей  этих  напряжений  равно  . 

 У   стандартных   шпонок   размеры   b   и   h   подобраны   таким образом, что  нагрузка  соединения ограничивается не напряжениями среза, а напряжение смятия. Поэтому при расчетах обычно используют  только  условие прочности на смятие.

 Шпонку выбирают в зависимости от диаметра вала по ГОСТ 23360-78, определяют размеры поперечного сечения шпонки b и h. Из условия прочности на смятие определяют расчетную длину шпонки l, округляют к стандартному размеру, согласовывая ее с размером ступицы.

 Параллельность граней призматической шпонки позволяет в осевом   направлении   осуществлять подвижные   соединения ступицы с   валом   (коробки скоростей  и   др.).   Силы трения, возникающие при перемещении ступицы в подвижном соединении, могут нарушить правильное положение шпонки, поэтому целесообразно ее крепить на валу винтами. 

 В некоторых конструкциях целесообразно применять  короткие  шпонки,  закрепленные на ступице.
Сегментная и цилиндрическая шпонки являются разновидностью  призматической шпонки, потому что принцип работы этих  шпонок подобен принципу работы призматической шпонки.

Соединение с помощью сегментной шпонки

  В соединении с помощью сегментной шпонки глубокая посадка шпонки обеспечивает ее более устойчивое положение, чем у простой призматической шпонки. При этом глубокий паз значительно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки применяют, главным образом, для закрепления деталей на малонагруженных участках вала, например на концах валов.

Соединение с помощью цилиндрической шпонки

 Цилиндрическую шпонку используют для закрепления деталей в конце вала. Отверстие под шпонку сверлят и обрабатывают развертыванием после посадки ступицы на вал. В высоконагруженных соединениях ставят две или три цилиндрические шпонки, располагая их под углом 180в или 120°. Цилиндрическую шпонку ставят с натягом. Иногда шпонке придают коническую форму.

Материалы

 Стандартные шпонки изготовляют с чистотянутых стальных прутьев  углеродистой по ГОСТ 380-71 и ГОСТ 1050-74  или легированной стали с пределом прочности  не ниже 500 МПа. Значение допускаемых напряжений зависят от:

• режима работы,
• прочности материала вала и втулки,
• типа посадки втулки на вал.

 Допускаемые напряжения на смятие при стальной ступице для  неподвижных  соединений  при  переходных  посадках рекомендуют   80...150  МПа, при  посадках  с  натягом    110...200   МПа;  при чугунной ступице принимается 45…55 МПа.

 Меньшие значения принимают для чугунных ступиц и при резких изменениях нагрузки.

 В подвижных (в осевом направлении) соединениях допускаемые напряжения значительно  снижают с  целью предупреждения  задира  и  ограничения  износа. При  этом  принимают   20...30  МПа.

 Значение   зависит от характера нагрузки: для спокойной нагрузки принимается 120 МПа, при умеренных толчках 85 МПа, при ударных нагрузках  50 МПа.

Формат: pdf

Язык: русский, украинский

Размер: 540 КВ

Выбор и расчет посадок шпоночных соединений