Шпоночное соединение

Шпонки применяются для подвижного или неподвижного соединения шкивов, маховиков, полумуфт, кулачков, зубчатых колес и других деталей с валом или осью.

Габариты шпонок гостированы и зависят от диаметра вала и условий эксплуатации соединяемых предметов. Большинство стандартных шпонок представляют собой модель призматической, сегментной или клиновидной формы с прямоугольным поперечным сечением. Наибольшее распространение получили призматические шпонки (рис. 1), которые, располагаясь в пазе вала, несколько выступают из него и входят в паз, выполненный во втулке детали, соединяемой с валом. Передача вращения от вала к втулке производится рабочими боковыми гранями шпонки.

Шпонки призматические

Рис. 1. Шпонки призматические

Условное обозначение призматической шпонки содержит следующие данные: наименование, исполнение (исполнение 1 не указывают), ширину b, высоту h, длину l, номер стандарта. Пример записи в спецификацию призматическая шпонок:

шпонка исполнения 1 с размерами b = 12 мм, h = 16 мм, l = 80 мм

Шпонка 12X16X80 ГОСТ 23360-78

шпонка исполнения 2 с размерами b = 16 мм, h = 8 мм, l = 120 мм

Шпонка 2-16X8X120 ГОСТ 23360-78

Сегментные шпонки (рис. 2) применяются для соединения с валом деталей, имеющих сравнительно короткие ступицы. Размеры сегментных шпонок и пазов устанавливает ГОСТ 24071-97. Сегментные шпонки технологически предпочтительнее призматических. Крепление шпонок на валу более устойчиво вследствие большей глубины врезания.

Условное обозначение сегментной шпонки содержит следующие данные: наименование, исполнение (исполнение 1 не указывают), ширину b, высоту h, и номер стандарта. Пример записи в спецификацию сегментной шпонки:

Шпонка 6X9 ГОСТ 24071-97

Шпонки сегментные

Рис. 2. Шпонки сегментные ГОСТ 24071-97

Клиновые шпонки (рис. 3) способны передавать крутящий момент и осевое усилие. Торцевая поверхность клиновой шпонки имеет уклон 1:100.

Шпонки клиновые

Рис. 3. Шпонки клиновые ГОСТ 24068-80

Условное обозначение клиновой шпонки содержит следующие данные: наименование, исполнение (исполнение 1 не указывают), ширину b, высоту h, и номер стандарта. Пример записи в спецификацию клиновой шпонки:

Шпонка 6X9 ГОСТ 24068-80

Шпоночные соединения применяют для соединения валов со ступицами различных деталей, обеспечивающих передачу вращательного движения. Их используют для передачи вращательного момента от вала к ступице, и наоборот. Конструкция шпонок зависит от характера их соединения с валом и ступицей. Шпоночные соединения подразделяют на напряженные и ненапряженные. Ненапряженные шпоночные соединения выполняют с применением призматических и сегментных шпонок, а для напряженных шпоночных соединений используют клиновые и тангенциальные шпонки.

Шпоночное соединение на чертеже изображается в продольном и поперечном разрезах (рис. 4). В продольном разрезе шпонки изображаются не рассеченными, а шпоночный паз на валу изображают местным разрезом. В поперечном разрезе А-А штрихуются все три детали - вал, шпонка и ступица в разных направлениях.

Соединение шпоночное

Рис. 4. Соединение шпоночное

Между пазом ступицы и верхней гранью шпонки существует промежуток, который равен 0,4 мм. На чертеже это расстояние показывают равным примерно 1 мм. Размеры шпонок b и h, глубина пазов на валу t1 и в ступице t2 (рис. 4) определяются стандартом и зависят от диаметра вала d. В таблице 1 приведены некоторые фрагменты из ГОСТ 23360-78. Длину шпонки принимают на 5…6 мм короче ступицы.

Таблица 1 – Размеры призматических шпонок по ГОСТ 23360–78

Размеры призматических шпонок по ГОСТ 23360–78

Правильность сборки шпоночного соединения определяется точностью изготовления входящих в него изделий. Прежде чем приступить к сборке шпоночного соединения, необходимо произвести контроль поступивших на сборку деталей:

  • проверить соответствие шпонки и пазов вала и отверстия ступицы геометрическим размерам, форме и расположению, заданным чертежом или техническими условиями на сборку;
  • убедиться в чистовой обработке рабочих поверхностей шпонки и пазов вала и отверстия ступицы;
  • проверить соответствие отклонений от симметричности боковых поверхностей пазов вала и ступицы относительно диаметральной плоскости требованиям чертежа или технических условий на сборку;
  • проверить качество пригонки рабочих поверхностей шпонки и пазов вала и отверстия ступицы требованиям документа или технических условий на сборку.

В связи с тем, что посадка шпонки в пазах вала и ступицы различна, их изготавливают с размерами, допуски на которые определяют в системе вала. Если соединение неподвижно, то шпонка в пазе вала устанавливается с натягом, а в пазе ступицы - с зазором, используя, как правило, переходные посадки. При установке на вал охватывающей детали необходимо обеспечить ее центрирование по цилиндрической или конической поверхности посадочного места вала. При этом между поверхностью шпонки и дном паза в ступице должна быть обеспечена щель.

При установке шпонки в пазе вала не используйте молоток, так как в этом случае возможен ее перекос, что может привести к врезанию кромки шпонки в стенку паза вала, а, следовательно, и к ее перекосу относительно оси вала. При установке шпонок в пазах вала следует использовать струбцины или прессы.

Качество шпоночного соединения в значительной степени зависит от правильно выбранной посадки в пазах вала и ступицы, а также от расположения пазов на валу и в отверстии ступицы.

Дефекты, появляющиеся в расположении пазов:

  • смещение оси паза относительно оси вала или оси отверстия охватывающей детали, что приводит к неправильному положению шпонки в соединении. Если в соединении используют две шпонки, то смещение оси шпоночного паза относительно оси вала или оси отверстия охватывающей детали ведет к невозможности дальнейшей сборки соединения;
  • перекос оси шпоночного паза относительно оси вала или оси отверстия охватывающей детали. При его малой величине процесс сборки осложняется и появляется перекос охватывающей детали относительно вала.

При сборке соединений с клиновыми шпонками целесообразно дно паза в охватывающей детали выполнить с уклоном, соответствующим уклону клиновой шпонки, что позволяет избежать перекоса охватывающей детали относительно вала после сборки соединения.

В серийном и массовом производстве при сборке шпоночных соединений пригоночные работы, как правило, не проводят. В условиях единичного и мелкосерийного производства проведение регулировочных работ целесообразно, когда к шпоночному соединению предъявляют высокие требования по точности.

Подгонку деталей шпоночного соединения начинают с паза вала. Для этого вал устанавливают на плите и закрепляют так, чтобы боковая стенка паза была параллельна плоскости плиты. Поочередно притирают боковые стенки паза, обеспечивая их параллельность. Параллельность стенок проверяют при помощи индикатора часового типа, а ширину паза - калибром. Положение стенок паза относительно его оси проверяют при помощи клиновых плиток и линейки или индикатора часового типа. По пригнанному пазу пришабривают шпонку, обеспечивая ей заданную посадку в пазе вала.

После установки шпонки в паз вала контролируют высоту ее выступающей из паза части. Контроль осуществляется при помощи микрометрической головки.

Последовательность сборки сборочных единиц со шпонками определяется конструкцией последних.

Теперь вы знаете, что такое шпонка и шпоночное соединение, как оно показывается на чертежах и как шпилька записывается по стандартам в спецификацию. Остались вопросы? Спрашивайте здесь. Подписывайтесь на наш youtube канал, где мы постоянно выкладываем познавательные видео как делать: чертежи, 3D-модели, печатные платы.