30. Шпоночные и шлицевые соединения

Шпоночные соединения служат для передачи вращающего момента от вала к установленным на нем деталям (зубчатым колесам, шкивам, муфтам и т. д.) или наоборот.

Шпоночные соединения осуществляются с помощью призматических деталей - шпонок, которые устанавливаются в пазах вала и ступицы детали (см. рис. 6.1). Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием (дисковой – открытый паз или пальцевой фрезами – глухой паз (рис. 6.5)), а в ступицах — протягиванием или долблением (соответственно долбяком или одношлицевой протяжкой).

Классификация шпоночных соединений.

1). По возможности перемещения детали шпоночные соединения могут быть:

- подвижными - деталь может перемещаться по валу в осевом направлении (рис. 6.6) шпонки в таком соединении отличаются от обыкновенных большей длиной;

- неподвижными - когда такое перемещение невозможно.

2). По форме шпонки шпоночные соединения делят на:

- призматические (см. рис. 6.2);

- сегментные (см. рис. 6.3);

- клиновые (см. рис. 6.1);

- тангенциальные (в материале лекции не рассматриваются).

Основные типы шпонок стандартизованы.

3). Различают шпоночные соединения:

- напряженные (осуществляются клиновыми и тангенциальными шпонками);

- ненапряженные (осуществляются призматическими и сегментными шпонками).

Шпоночные соединения широко применяют в машиностроении (в том числе и в массовом производстве) для передачи малых нагрузок (при больших нагрузках шпоночный паз сильно ослабляет вал – рекомендуют переходить на шлицевые соединения), возможности размещения длинных ступиц, при необходимости легкой сборки и разборки.

Достоинства шпоночных соединений:

- простота разборки и сборки;

- надежность в эксплуатации;

- компактность и простота конструкции.

Недостатки шпоночных соединений:

- ослабление вала и ступицы шпоночными пазами (в зоне шпоночного паза возникает концентрация напряжений, что ограничивает нагруженность соединения);

- высокие требования к точности выполнения шпоночных пазов;

- необходимость в дополнительных деталях для осевой фиксации зубчатых колес, шкивов и т. п. (например, втулок, проектирование буртиков валов и т.д.).

6.3. Ненапряженные шпоночные соединения.

Ненапряженные шпоночные соединения получают при применении призматических и сегментных шпонок. При сборке таких соединений не возникает предварительных напряжений.

Соединения призматическими шпонками (ГОСТ 23360-78) имеют наибольшее распространение, см. рис. 6.2. Шпонку запрессовывают в паз вала (так называемая врезная шпонка). Рабочими поверхностями призматических шпонок являются узкие боковые грани. Для упрощения сборки между шпонкой и ступицей предусмотрен радиальный зазор. Призматические шпонки не удерживают детали от осевого смещения вдоль вала. Для фиксации деталей (колес, шкивов и т.д.) от осевого смещения применяют распорные втулки, проектируют дополнительные ступени вала и т.д.

По форме торцов различают шпонки трех исполнений: со скругленными торцами (А), с плоскими торцами (В), с одним плоским, а другим скругленным торцом (С), см. рис. 6.4.

Достоинства соединений призматическими шпонками:

- простота конструкции и низкая стоимость.

Недостатки соединений призматическими шпонками:

- низкая взаимозаменяемость (необходима ручная подгонка или подбор шпонки по пазу);

- малонадежны при действии ударных, реверсивных и циклических нагрузок.

Ширину и высоту призматических шпонок выбирают в зависимости от посадочного диаметра соединения (диаметра вала). Глубина врезания шпонки в ступицу (в приближенных расчетах) .

Соединения сегментными шпонками (ГОСТ 24071-80) являются разновидностью соединений призматическими шпонками (рис. 6.3). Сегментные шпонки, так же как и призматические, работают боковыми гранями.

Достоинства соединений сегментными шпонками:

- простота конструкции, взаимозаменяемость и технологичность (шпонки и пазы для них просты в изготовлении, удобны при монтаже и демонтаже);

- глубокая посадка шпонки предохраняет ее от выворачивания под нагрузкой.

Недостатки соединений сегментными шпонками:

- глубокий паз под шпонку значительно ослабляет вал (поэтому сегментные шпонки применяют для передачи небольших вращающих моментов).

Сегментные шпонки характеризуются шириной и диаметром заготовки . Высота шпонки , длина и расчетная длина .

Материал шпонок и допускаемые напряжения.

Стандартные шпонки изготавливают из углеродистой или легированной стали с пределом прочности . Величина допускаемых напряжений зависит от режима работы, прочности материала вала и втулки, типа посадки втулки на вал.

Для неподвижных соединений допускают:

при переходных посадках ;

при посадках с натягом .

Меньшие величины для чугунных ступиц и при резких изменениях нагрузки.

В подвижных (в осевом направлении) соединениях допускаемые напряжения значительно снижают в целях предупреждения задира и износа: .