Шпоночные соединения

Шпоночныминазывают разъемные соединения составных частей изделия с применением шпонок. Детали шпоночного соединения показаны на рис.1.22, где шпонка 1 закладывается в пазы вала 2 и ступицы 3, надеваемой на вал детали (шкива, зубчатого колеса и т.п.). Шпоночные соединения могут быть неподвижными и подвижными и обычно служат для предотвращения относительного поворота ступицы и вала при передаче вращающего момента. Шпоночные соединения широко применяют во всех отраслях машиностроения.

Рис. 1.22. Детали шпоночного соединения

Достоинства шпоночных соединений: простота и надежность конструкции, легкость сборки и разборки соединения, невысокая стоимость. Основной недостаток шпоночных соединений – снижение нагрузочной способности сопрягаемых деталей из-за ослабления их поперечных сечений шпоночными пазами и значительной концентрации напряжений в зоне этих пазов.

Шпоночные пазы на валах и осях обычно получают фрезерованием концевыми или дисковыми фрезами (рис. 1.23, а, б). Следует отметить, что в первом случае эффективный коэффициент кон­центрации напряжений примерно на 20% больше, чем во втором, вследствие более плавного выхода дисковой фрезы и менее резкого изменения поперечного сечения вала. Шпоночные пазы в ступицах обычно протягивают шпоночной протяжкой или долбят резцом.

Рис. 1.23. Виды шпоночных пазов

Форма и размеры большинства типов шпонок стандартизованы, а их применение зависит от условий работы соединяемых деталей и диаметров посадочных поверхностей.

Шпоночные соединения подразделяют на напряженные и ненапряженные. Под напряженнымпонимается такое соединение, в котором постоянно действуют внутренние силы упругости, вызванные предварительной (т.е. до приложения нагрузки) затяжкой.

Напряженные шпоночные соединения осуществляются стандартными клиновыми (рис. 1.24) и тангенциальными (рис. 1.25) шпонками с уклоном 1:100, обеспечивающим самоторможение. Клиновые шпонки забивают в пазы, ширина которых больше ширины шпонки b,в результате чего возникают значительные радиальные распорные силы и напряженное соединение, способное передавать вращающие моменты и воспринимать осевые нагрузки в обоих направлениях. Согласно стандарту, клиновые шпонки могут быть четырех исполнений: с головкой, без головки и без закруглений по концам, с закругленным одним или двумя концами. Соединения клиновыми шпонками применяют в тихоходных передачах, подверженных динамическим нагрузкам.

В соединениях тангенциальными (нормальными или усиленными) шпонками натяг создается не в радиальном, а в тангенциальном направлении, причем каждая шпонка выполняется из двух односкосных клиньев, положение которых после сборки должно быть зафиксировано с помощью штифта или другим способом. Тангенциальные шпонки применяют в тяжелом машиностроении, причем усиленные шпонки ставят при повышенных ударных нагрузках и частом изменении направления вращения. Обычно тангенциальные шпонки ставят попарно под углом 120° или 180° и ориентируют их в противоположном направлении, так как каждая шпонка передает вращающий момент только в одну сторону (рис.1.25).

Рис. 1.24. Шпоночное соединение стандартной клиновой шпонкой

Рис. 1.25. Шпоночное соединение стандартной тангенциальной шпонкой

Напряженные шпоночные соединения обладают большой нагрузочной способностью, не требуют высокой точности пригонки, но, как правило, деформируют соединяемые детали, вызывают расцентровку, дисбаланс и неуравновешенность деталей, а при коротких ступицах – перекос их осей. Эти обстоятельства резко ограничивают область применения напряженных шпоночных соединений в современных машинах.

Ненапряженныешпоночные соединения осуществляются стандартными призматическими и сегментными или специальными шпонками. Подвижное соединение стандартной призматической направляющей шпонкой с креплением на валу показано на рис.1.26, а (резьбовое отверстие посередине предназначено для извлечения шпонки из паза вала с помощью винта). На рис.1.26, б показано подвижное шпоночное соединение со специальными скользящими шпонками.

Рис. 1.26. Подвижные соединения стандартной призматической направляющей шпонкой с креплением на валу и специальными скользящими шпонками

Неподвижное соединение призматической шпонкой показано на рис.1.27. Размеры, допуски и посадки призматических шпонок и пазов регламентированы ГОСТ 23360–78*. По форме торцов призматические шпонки могут быть трех исполнений (рис.1.27). Призматические шпонки обеспечивают передачу вращающего момента, но не могут воспринимать осевые нагрузки. Высокие призматические шпонки обладают повышенной нагрузочной способностью и применяются для ступиц из чугуна и других материалов более низкой прочности, чем материал вала. В зависимости от принятой базы обработки и измерения на рабочем чертеже должен указываться один размер для вала t1(предпочтительный вариант) или dt1для втулки d+ t2.

Рис. 1.27. Неподвижное соединение стандартной призматической шпонкой

Соединение сегментной шпонкой показано на рис. 1.28. Размеры сегментных шпонок и сечений пазов установлены ГОСТ 24071–80*, причем стандарт предусматривает шпонки двух исполнений: высотой h(без лыски) и высотой h1(с лыской). Сегментные шпоночные соединения технологичны, удобны при сборочных работах, но глубокий шпоночный паз значительно ослабляет вал, поэтому такие соединения применяют при передаче небольших вращающих моментов или для фиксации деталей на осях. В зависимости от принятой базы обработки и измерения на рабочем чертеже должен указываться один размер для вала t1(предпочтительный вариант) или Dt1для втулки D+ t2,где Dдиаметр вала.

Рис. 1.28. Соединение стандартной сегментной шпонкой