Шпоночные соединения

Относятся к разъемным соединениям. Они входят в группу соединений типа «валступица».

Детали шпоночного соединения показаны на рис.2.26, где шпонка 1 закладывается в пазы вала 2 и ступицы 3, надеваемой на вал детали (шкив) зубчатого колеса и т.п.). Шпоночные соединения могут быть неподвижными и подвижными и служат обычно для предотвращения относительного поворота ступицы и вала при передаче вращающего момента.

Рис.2.26 Рис.2.27

Шпоночные соединения широко применяют во всех отраслях машиностроения.

Д о с т о и н с т в а шпоночных соединений: простота и надежность конструкции, легкость сборки и разборки соединенияТ⁴ невысокая стои­мость. Основной н е д о с т а т о к шпоночных соединений — снижение нагрузочной способности сопрягаемых деталей из-за ослабления их попе­речных сечений шпоночными пазами и значительной концентрации на­пряжении в зоне этих пазов.

Шпоночные пазы на валах и осях обычно получают фрезерованием концевыми или дисковыми фрезами (рис. 2.27). Следует отметить, что в первом случае эффективный коэффициент концентрации напряже­ний примерно на 20% больше, чем во втором случае вследствие более плавного выхода дисковой фрезы и менее резкого изменения поперечного сечения вала. Шпоночные пазы в ступицах обычно протягивают шпоноч­ной протяжкой или долбят резцом.

Различают ненапряженные (с приз­матическими и сегментными шпонками и напряженные с клиновыми и круглыми шпонками — осевыми шпонками) шпоночные соединения. Шпонки основных типов стандартизованы.

Ненапряженные соединения обес­печивают более высокую степень цент­рирования. Они просты по конструк­ции и надежны в работе. Широко при­меняют призматические шпонки (ГОСТ 23360—78*) прямоугольного се­чения и с прямыми или скругленными торцами (рис.2.28, б). В соединении шпонку устанавливают на глубину око­ло 0,5 h (здесь h — высота шпонки) в вал с натягом, в ступицу свободно.

Между верхней гранью шпонки и пазом в ступице оставляют зазор. При монтаже шпонку закладывают в паз вала в неподвижных соединениях без крепления, в подвижных - с помощыо винтов (рис.2.29). При этом необходима индивидуальная подгонка, что затрудняет взаимозаменяемость шпо­нок и ограничивает их применение в крупносерийном и массовом производ­стве.

Размеры стандартной шпонки b, h, I (см. рис. 2.28, в) выбирают в зависи­мости от диаметра вала d и длины сту­пицы детали l_ст. Длину шпонки l= l_ст – (5...10) мм принимают из стандартного ряда с учетом размеров поперечного се­чения b и h.

Сегментные шпонки (ГОСТ 24071—97) обеспечивают устой­чивое положение деталей на валу не

Рис. 2.28. Шпоночные соединения: а —детали соединения; б—соединение призматической шпонкой; в —соединение сегментной шпонкой; г —со­единение клиновой шпонкой; 1 — шпонка; 2— вал; 3 —ступица

требуют ручной подгонки. Однако бо­лее глубокий паз (см. рис.2.28 в) ос­лабляет сечение вала, вызывая значи­тельную концентрацию напряжений; поэтому сегментные шпонки за редким исключением устанавливают в массив­ных валах на малонагруженных участ­ках. Размеры стандартных шпонок: ши­рину b, высоту h и диаметр d₁ выбирают так же, как призматических. Длина шпонки ld₁.

Пазы на валах обрабатывают для призматической шпонки пальцевой или дисковой фрезой, для сегмент­ной—дисковой. В ступице сквозные пазы выполняют протягиванием, глу­хие—долблением. Посадки шпонок

регламентированы ГОСТ 23360—78* для призматических и ГОСТ 24071—97 для сегментных шпонок. Ширину при­зматической и толщину сегментной шпонок выполняют в поле допуска Щ Рекомендуют применять следующие поля допусков размеров:

Ширина шпоночного паза вала, для призматической шпонки Р9
То же, для сегментной шпонки N9

Ширина шпоночного паза отверстия:

при неподвижном соединении нереверсивной передачи J_s9

при неподвижном соединении реверсивной передачи P9

при подвижном соединении посредством призматических шпонок D10

Для более равномерного распреде­ления нагрузки на рабочей поверхнос­ти соединения детали на валу устанав­ливают с натягом (посадки с большим натягом для реверсивной передачи):

для цилиндрических прямозубых колес H7/p6 (H7/r6)

для цилиндрических косозубых и червячных колес H7/r6

для конических колес H7/s6(H7/t6)

Проверочный расчет ненапряженных соединений проводят на смятие боковых поверхностей и срез по попе­речному сечению.

для коробок передач - H7/k6 (H7/m6)

Рис.2.29 Подвижные шпоночные соединения:

а — с креплением шпонки на валу; б, в — с креплением шпонки в ступице детали.