2020-09-24
309
- специальные шпонки.
Шпонки всех основных типов стандартизованы и их размеры выбираются по ГОСТ 23360-78 (призматические); ГОСТ 24071-80 (сегментные); ГОСТ 24068-80 (клиновые).
Материал шпонок
Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой чистотянутой стали с σв≥600 Мпа чаще всего из сталей 45, Ст6. В нагруженных соединениях применяют шпонки из легированных сталей (например, из стали 40Х с термической обработкой до 37-47 HRCЭ). С целью повышения прочности шпонок заготовки для их изготовления подвергаются улучшающей термической обработке. Однако твердость поверхности шпонок должна быть ниже таковой для соединяемых деталей. Термически обработанные шпонки шлифуют по рабочим граням.
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.
|
|
|
Для закладки шпонок соединяемые детали, вал и ступица должны иметь шпоночные канавки. Шпоночные канавки выполняются: на валу под сегментную шпонку дисковой шпоночной фрезой, под остальные виды шпонок, кроме цилиндрической, либо дисковой, либо концевой (торцовой, пальцевой) шпоночными фрезами; паз в ступице выполняется либо протягиванием (инструмент – шпоночная протяжка, точность и качество изготовления паза высокие) либо долблением (точность на 1…2 квалитета ниже, чем при протягивании). Поэтому протягивание применяют в массовом и крупносерийном производстве, долбление – в индивидуальном, поскольку оно не требует специализированного инструмента (протяжки).
Допускаемые напряжения смятия в неподвижных шпоночных соединениях находят по формуле
[σ]см=σт/n,
где σт - предел текучести наиболее слабого материала деталей - вала, шпонки или ступицы;
n - коэффициент безопасности. При точном учете нагрузок n=1,25; в остальных случаях n=1,5-2.
Допускаемое напряжение на срез определяют из соотношения
[τ]cp=(0,1-0,2)σт.
В связи с более точной расчетной схемой допускаемые напряжения для круглых и конических шпонок можно увеличить на 25-30% по сравнению с допускаемыми напряжениями для призматических шпонок.
Примерные допускаемые напряжения смятия для шпоночных соединений:
- при стальной ступице [σ]см= 130...200 Мпа;
- при чугунной [σ]см = 80... 110 Мпа. Большие значения принимают при постоянной нагрузке, меньшие при переменной и работе с ударами.
При реверсивной нагрузке [σ]см снижают в 1,5 раза.
|
|
|
Так для призматических шпонок, выполненных из стали 45, при постоянной нагрузке и непрерывной работе соединения принимают [σ]см = (50…70) МПа, при периодической работе соединения с 50% загрузкой по времени [σ]см = (130…180) МПа, при проверке соединения на работоспособность при предельных статических нагрузках (например, при запуске механизма) [σ]см = 200 МПа. Для подвижных соединений с целью предупреждения образования задиров и заедания при осевом перемещении ступицы под нагрузкой допускаемые напряжения снижают ещё в 2…4 раза. При незакалённых поверхностях соединяемых деталей подвижного соединения принимают [σ]см = (10…30) МПа.
Допускаемое напряжение на срез шпонок [τ]ср= 70... 100 Мпа. Большее значение принимают при постоянной нагрузке.
Более точные значения допускаемых напряжений приведены в табл. 1.
Таблица 1. Допускаемые напряжения смятия [σ]см МПа
| Тип соединений | Условия эксплуатации | Твердость поверхности зубьев | |
| до 350 НВ | свыше 40 HRC, | ||
| Неподвижное, с осевой фиксацией | а б в | 35-50 60-100 80-120 | 40-70 100-140 120-200 |
| Подвижное без нагрузки | а б в | 15-20 20-30 25-40 | 20-35 30-60 40-70 |
| Подвижное под нагрузкой | а б в | – – – | 3-10 5-15 10-20 |
Все основные виды шпоночных соединений можно разделить на две группы: ненапряженные и напряженные.
К ненапряженным относят соединения с призматическими (рис. 9, а), сегментными (рис. 9, б) и круглыми (рис. 9, в) шпонками. Шпоночные пазы на всех валах выполняют дисковыми (рис. 10, а) или торцовыми (рис. 10, б) фрезами. В этих случаях при сборке соединений в деталях не возникает предварительных напряжений для обеспечения центрирования и исключения контактной коррозии ступицы устанавливают на валы с натягом. В ступицах деталей шпоночные пазы можно получить как на фрезерных, так и на долбежных станках. Размеры пазов определяют расчетным путем с учетом требований стандарта. 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.
Для сегментных шпонок пазы выполняют, как показано на рис. 6 и 9, б; для клиновых — паз на втулке обрабатывают с уклоном, равным углу наклона шпонки (рис. 9, г); для цилиндрических — получают сверлением (рис. 9, в).
Рис. 9. Виды шпоночных соединений: а, б, в — ненапряженные соединения; г — напряженные соединения
