Шпоночные и шлицевые соединения

5.1. Типы шпоночных соединений

Шпонка – деталь, устанавливаемая в пазах двух соприкасающихся деталей и препятствующая относительному повороту или сдвигу этих деталей. Шпонки служат для передачи крутящего момента от вала к ступице и наоборот. Шпонки широко применяются в машиностроении. Шпоночные соединения делятся на ненапряжённые и напряжённые.

Сборка и разработка ненапряжённого соединения (с призматической шпонкой) не требует приложения значительного усилия к сопрягаемым деталям. Детали, посаженные на призматическую шпонку, должны иметь крепления, предупреждающие их осевое перемещение.

Напряжённое состояние получается в результате предварительной затяжки клиновой шпонки при отсутствии рабочих нагрузок. Такое соединение может передавать не только крутящий момент, но и осевую силу (в одном направлении).

Шпонки всех основных типов стандартизованы и их размеры выбираются по ГОСТ 23360-78 (призматические); ГОСТ 24071-80 (сегментные); ГОСТ 24068-80 (клиновые).

Материалом для шпонок обычно являются углеродистые стали марок ст.5; ст.6; сталь 45 с пределом прочности не ниже 60 Н мм². Легированная сталь для шпонок применяется редко. Целесообразно, чтобы материал шпонки был менее прочным, чем материал вала и ступицы.

Допускаемые напряжения для шпоночных соединений обуславливаются характером нагрузки. Причиной разрушения этих соединений чаще всего бывает деформация смятия, на которую следует обращать особое внимание при выборе допускаемых напряжений. Допускаемые напряжения принимают:

- при стальной ступице [ σ ] _см ≈ 100…120 МПа;

- при чугунной ступице [ σ ] _см ≈ 50…60 МПа.

При динамическом нагружении соединения (резкие удары) допускаемые напряжения следует понизить на 25…40%.

Допускаемые напряжения среза принимают в пределах [τ]_ср ≈ 60…90 МПа. Более точные значения допускаемых напряжений приведены в табл. 4.

Таблица 4

Допускаемые напряжения смятия [ σ ] _см МПа

Призматические шпонки (рис. 5.1) выполняют прямоугольного сечения с соотношением сторон h: b ≈ 1: 1 для валов малых диаметров и 1: 2 для больших диаметров вала.

Рис. 5.1 Соединение призматической шпонкой

Рабочими у призматической шпонки являются более узкие, боковые грани. Шпонка погружена в паз вала на глубину ≈ 0,6 h, а в радиальном направлении между шпонкой и ступицей предусмотрен зазор.

а) Шпонки призматические (рис. 5.2):

- обыкновенные со скруглёнными или плоскими торцами;

- направляющие (с дополнительным креплением на валу винтами) со скруглёнными или плоскими торцами.

б) Скользящие:

- шпонки призматические с углубленной посадкой на вал (нормаль станкостроения);

- шпонки сегментные.

Шпонки для напряжённых состояний:

А. Шпонки клиновые (с уклоном 1: 100):

- врезные со скруглёнными и плоскими торцами ГОСТ 8791-68;

- врезные с головкой забивные – ГОСТ 8792-68.

Б. На лыске с головкой ГОСТ 8793-68.

В. Фрикционные.

Г. Тангенциальные.

Рис. 5.2 Виды наиболее часто применяемых шпонок:
призматические с плоскими торцами (а) и с закругленными торцами (б), сегментные (в); цилиндрические (г)