Нормирование точности шпоночных соединений

Шпоночные соединения (рис.1) предназначены для передачи крутящего момента. Их принимают, главным образом, в малонагруженных тихоходных передачах (кинематические цепи подач станков), в крупногабаритных соединениях (шестерни-маховики, шкивы кузнечно-прессовых машин), во всех ответственных неподвижных конических соединениях, при единичном и мелкосерийном производстве изделий.

По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные.

Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизированы и выбираются в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединяемых деталей.

Призматические шпонки дают возможность получать как подвижные соединения (при использовании направляющих шпонок с креплением на вал ГОСТ 8790-79), так и неподвижные соединения (ГОСТ 23360-78). Соединения с сегментной шпонкой (ГОСТ 24071-80) и клиновой (ГОСТ 24068-80) служат для образования только неподвижных соединений.

В таблице 1 приведены размеры элементов призматических шпонок и шпоночных пазов (рис.2).

Таблица 1

Размеры призматических шпонок и шпоночных пазов

d	b	h	t1	t2	l
от 6 до 8	2	2	1,2	1,0	6…20
Св.8 до 10	3	3	1,8	1,4	6…36
Св. 10 до 12	4	4	2,5	1,8	8…45
Св. 12 до 17	5	5	3,0	2,3	10…56
Св. 17 до 22	6	6	3,5	2,8	14…70
Св. 22 до 30	7	7	4,0	3,3	16…63
Св. 22 до 30	8	7	4,0	3,3	18…90

Длины шпонок 1 выбирают из ряда 5, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 28, 32, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90 и далее до 500.

Особенностью шпоночных сопряжений является использование при их организации трех деталей (рис 1,2): шпоночного вала 1, шпонки 2 и шпоночной втулки 3 с образованием двух посадок в системе вала вал – шпонка и втулка – шпонка (рис 3).

Рис.2. Размеры элементов шпоночного соединения

Сопряжение шпоночного вала и шпоночной втулки является сопряжением двух «гладких» цилиндрических деталей и не относится к шпоночному сопряжению. Однако правильное назначение посадки для этого соединения существенно влияет на условия работы шпоночного сопряжения. Рекомендуемые поля допусков для соединений вал – втулка приведены в таблице 2.

Таблица 2

Рекомендуемые поля допусков для соединения вал – втулка

Условия работы пары вал - втулка	Характер сопряжения	Рекомендуемые поля допусков
		отверстия	вала
Возможность осевого перемещения втулки по валу	С зазором	Н6	h6
		Р7	h7, g6, f6
Обеспечение высокой точности центрирования, минимальное радиальное биение	Переходные	H6	js6, k6, m6, n6
Наличие больших динамических нагрузок, возможность реверсного движения	С натягом	H6	s7
		H7	s8

Работоспособность шпоночных соединений определяется в основном точностью посадок по ширине шпонки b. Поэтому размер b является сопрягаемым. Остальные размеры задаются так, чтобы максимально облегчить процесс сборки при сохранении необходимой надежности соединения. Допуски других элементов в шпоночных соединениях приведены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3

№ п/п	Наименование элемента детали шпоночного сопряжения	Условное обозначение	Поле допуска
1	Высота шпонки:	h
	до 6 мм		h9
	свыше 6 мм		h11
2	Длина шпонки	l	h14
3	Длина паза на валу	lпаз	H15
4	Длина паза во втулке	Lвт	H15
5	Исполнительная глубина паза
	вала	t1	H12
	втулки	t2	H12
6	Диаметр сегментой шпонки	d	h12

Таблица 4

Высота шпонки h, мм	Глубина паза на валу t1, мм	Предельные отклонения размеров, мм
		t1 или (d - t1)	d + t2
От 2 до 6	От 1,2 до3,5	+0,1 или (-0,1)	+0,1
Св. 6 до 18	Св. 3,5 до 11	+0,2 или (-0,2)	+0,2
Св. 18 до 50	Св. 11 до 31	+0,3 или (-0,3)	+0,3

Рис.3. Схема расположения полей допусков шпоночного соединения вида с призматической шпонкой:

По сопрягаемому размеру – ширине для призматических шпонок предусмотрено три варианта соединения: свободное, нормальное и плотное (рис. 3). Для сегментных шпонок применяется главным образом нормальное и плотное соединения; для термообработанных деталей допускается использование предельных отклонений ширины вала по Н11, ширины паза втулки по D10. Остальные поля допусков для обоих типов шпонок одинаковы. Посадки выполняются в системе вала.

Наибольшее распространение в общем машиностроении имеет нормальное соединение; свободное соединение применяют главным образом для направляющих шпонок, иногда при наличии объемной термообработки; плотное соединение – в случае реверсного движения шпоночного вала.

Для обеспечения собираемости шпоночного соединения к шпоночным пазам вала и втулки предъявляются определенные требования точности их расположения. Устанавливаются допуски на параллельность шпоночного паза TPA Относительно оси детали и на его симметричность TPS. Допуск на ширину шпоночного паза: для параллельности определяется по классу относительной геометрической точности А и составляет 60% от допуска шпоночного паза, а для симметричности, принимается диаметральном выражении, зависимым и равным нулю (рис.4). Заметим, что реально допуск симметричности не будет нулевым т.к. зависимый допуск формируется из допусков элементов составляющих посадку.

Расчетные значения округляются до стандартных по ГОСТ 24643-81.

Рис.4. Вал со шпоночным пазом

Шероховатость поверхностей шпоночного паза выбирается в зависимости от полей допусков размеров шпоночного соединения и лежит в интервале Ra= 3,2…6,3 мкм.