Шпоночные соединения деталей

Шпоночные соединения деталей

Шпоночное соединение – один из видов соединений вала со втулкой с ис-пользованием дополнительного конструктивного элемента (шпонки), пред-назначенной 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, на-пример – защита вала от проворота относительно неподвижного корпуса. В отличие от соединений с натягом, которые обеспечивают взаимную непод-вижность деталей без дополнительных конструктивных элементов, шпоноч-ные соединения – разъемные. Они позволяют осуществлять разборку и пов-торную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при пер-вичной сборке. Поперечное сечение шпоночного соединения с призматичес-кой шпонкой представлено на рис. 1.

Из рис. 1 видно, что 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 обес-печивается посадкой втулки на вал. Это обычное гладкое цилиндрическое сопряжение, которое можно назначить с очень малыми зазорами или натяга-ми, следовательно – предпочтительны переходные посадки. В сопряжении (размерной цепи) по высоте шпонки специально предусмотрен зазор по но-миналу (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 осе-вом направлении. В подвижных соединениях часто используют направляю-щие шпонки с креплением к валу винтами. Вдоль вала с направляющей шпонкой обычно перемещается зубчатое колесо (блок зубчатых колес), полу-муфта или другая деталь. Шпонки, закрепленные на втулке, также могут слу-жить 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 микрокато-ров. В этом случае направляющей является вал со шпоночным пазом.

По форме  шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные. 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 дают возможность получать как подвижные, так и неподвижные соединения. Сегментные шпонки и клиновые шпонки, как пра-вило, 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 ра-боты соединения.

В табл.1 приведены  размеры ряда призматических шпонок и шпоночных пазов (ГОСТ 23360-78).

Таблица 1.

D (d)	b	h	t1	t2	l	s	s1
От 6 до 8   Св.8 до 10   Св.10 до 12   …………….	2   3   4   ….	2   3   4   ….	1,2   1,8   2,5   ….	1,0   1,4   1,8   ….	6...20   6...36   8...45   ….	0,16…0,25   ……………	0,08…0,16   ……………
Св.22 до 30	8	7	4,0	3,3	18 – 19	0,25…0,40	0,16…0,25

 

Длины шпонок l выбирают из ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 40, 45, 50, 56, 63 и далее до 500 мм с полем допуска h14. Для длины L шпо-ночного паза, которая на 0,5...1,0 мм больше длины шпонки l, установлено поле допуска Н15.

Предельные  отклонения глубин пазов на валу t1 и  во втулке t2 приведены в таблице 2:

Таблица 2.

Высота  шпонки h	Предельные  отклонения t1 и t2
От 2 до 6	ЕI = 0; ES = + 0,1
Св. 6 до 18	EI = 0; ЕS = + 0,2
Св.18 до 50	ЕI = 0; ES = + 0,3

 

Стандарт устанавливает  следующие поля допусков размеров шпонок:

       - ширины b – h9;

       - высоты h – h9, а при h свыше 6 мм – h11.

В зависимости  от характера (вида) шпоночного соединения стандартом уста-новлены следующие поля допусков ширины паза:

Вид шпоночного соединения	Поле  допуска ширины паза
	на  валу	во  втулке
Свободное Нормальное Плотное	Н9 N9 Р9	D10 Js9 Р9

 

Для обеспечения  качества шпоночного соединения, которое  зависит от точ-ности расположения плоскостей симметрии пазов вала и втулки, назначают допуски симметричности и параллельности и указывают их в соответствии с ГОСТ 2.308-79.

Числовые значения допусков расположения определяют по формулам:

Т   = 0,6 Т  шп

Т = 4,0 Т шп,

где Т шп –  допуск ширины шпоночного паза b.

Расчетные значения округляют до стандартных по ГОСТ 24643-81.

Шероховатость поверхностей шпоночного паза выбирается в зависимости от полей допусков размеров шпоночного соединения (Ra 3,2 мкм или 6,3 мкм).

Условное обозначение  призматических шпонок состоит из:

       - слова "Шпонка";

       - обозначения исполнения (исполнение 1 не указывают);

       - размеров сечения b x h и длины шпонки l;

       - обозначения стандарта.

Пример условного  обозначения призматической шпонки исполнения 2 с раз-мерами b = 4 мм, h= 4 мм, l = 12 мм

Шпонка 2 - 4 х 4 х 12 ГОСТ 23360-78.

Призматические  направляющие шпонки закрепляются в  пазах вала винтами. Для отжима шпонки при демонтаже служит резьбовое отверстие. Пример условного обозначения призматической направляющей шпонка исполнения 3 с размерами b = 12 мм, h = 8 мм, l = 100 мм

Шпонка 3 - 12 х 8 х 100 ГОСТ 8790-79.

Сегментные  шпонки применяют, как правило, для передачи небольших кру-тящих моментов. Размеры сегментных шпонок и шпоночных пазов (ГОСТ 24071-80) выбираются в зависимости от диаметра вала.

Зависимость полей  допусков ширины паза сегментного шпоночного соединения от характера шпоночного соединения:

Характер шпоночного соединения	Поле  допуска ширины паза
	на  валу	во  втулке
Нормальное	N9	Js9
Плотное	Р9	Р9

 

Для термообработанных  деталей допускаются предельные отклонения шири-ны паза вала по Н11, ширины паза втулки - D10.

Стандарт устанавливает следующие поля допусков размеров шпонок:

       - ширины b – h9;

       - высоты h (h1) - h11;

       - диаметра D - h12.

Условное обозначение  сегментных шпонок состоит из слова "Шпонка"; обо-значения исполнения (исполнение 1 не указывают); размеров сечения b x h (h1); обозначения стандарта.

Пример условного  обозначения сегментной шпонки исполнения 2 с размера-ми b = 4 мм и h = 6,5 мм:

Шпонка 2 – 4 х 6,5 ГОСТ 24701-80.

Клиновые шпонки применяют в неподвижных соединениях, когда требова-ния к соосности соединяемых деталей невысоки. Размеры клиновых шпонок и шпоночных пазов нормированы ГОСТ 24068-80. Длину паза на валу для клиновой шпонки исполнения 1 выполняют равной 2l, для остальных испол-нений длина паза равна длине l закладной шпонки.

Предельные отклонения размеров b, h, l для клиновых шпонок такие же, как и для призматических (ГОСТ 23360-78).

По ширине шпонки b стандарт устанавливает соединения по ширине паза вала и втулки с использованием полей допуска D10. Длина паза вала L – по Н15.

Предельные отклонения глубин t1 и t2 соответствуют отклонениям для приз-матических шпонок.

Предельные отклонения угла наклона верхней грани шпонки и паза ± АТ10/2 по ГОСТ 8908-81.

Пример условного обозначения  клиновой шпонки исполнения 2 с размерами b = 8 мм, h = 7 мм, l = 25 мм:

Шпонка 2 - 8 х 7 х 25 ГОСТ 24068-80.

Контроль элементов шпоночного соединения

Контроль элементов шпоночного соединения универсальными средствами измерений из-за малости их поперечных размеров существенно затруднен. Поэтому  для их контроля широко используются калибры.

В соответствии с принципом  Тейлора проходной калибр для  контроля отвер-стия со шпоночным пазом представляет собой вал со шпонкой, равной длине шпоночного паза или длине шпоночного сопряжения. Такой калибр осущест-вляет комплексный контроль всех размеров, формы и расположения поверх-ностей. Комплект непроходных калибров предназначен для поэлементного контроля и включает непроходной калибр для контроля центрирующего от-верстия (гладкая непроходная пробка полного или неполного профиля) и шаблоны для поэлементного контроля ширины и глубины шпоночного паза.

Проходной калибр для контроля вала со шпоночным пазом представляет со-бой призму («наездник») с выступом-шпонкой, равной длине шпоночного паза или длине шпоночного сопряжения. Комплект непроходных калибров предназначен для поэлементного контроля и включает непроходной калибр-скобу для контроля размеров центрирующей поверхности вала и шаблоны для поэлементного контроля ширины и глубины шпоночного паза.