Глава 9

ШПОНЫЕ И ШЛИЦЕВЫЕ (ЗУБЧАТЫЕ) СОЕДИНЕЯ. СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ

§ 1. Назначение и краткая характеристика основных типов, достоинства и недостатки, область применения шпоночных и шлицевых соединений

9.1. Шпоночные и шлицевые соединения служат для закрепления на валу (или оси) вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, муфт и т. п.), а также для передачи вращающего момента от вала 1 к ступице детали 2 или, наоборот, от ступицы к валу (рис. 9.1 и 9.2).

Сколько деталей включает шпоночное и сколько — зубчатое соединение! Как называется деталь 3 на рис. 9.1?

9.2. По конструкции шпонки подразделяют на:

• призматические со скругленными (рис. 9.3, а, в) и плоскими торцами (рис. 9.3, б, г); эти шпонки не имеют уклона и их закладывают в паз,

Рис. 9.1. Соединение шпонкой: / — вал; 2 — ступица; 3 — шпонка

Рис. 9.2. Зубчатое (шлицевое) соедине­ние: 1 — вал; 2 — ступица колеса

Рис. 9.3. Конструкции шпонок: а, в — шпонки со скругленными торцами: б, г — шпонки с плоскими торцами; д — сегментная шпонка; е, ж, з — клиновые шпонки

выполненный на валу (рис. 9.3, в, г — шпон­ки имеют отверстия для их закрепления);

• сегментные (рис. 9.3, и); представляют собой сегментную пластину, заложенную закруглен­ной стороной в паз соответствующей формы, профрезерованный на валу (рис. 9.4); эти шпонки часто применяют для конических концов валов;

• клиновые без головки (рис. 9.3, е, ж) и с го­ловкой (рис. 9.3, з); эти шпонки имеют уклон

1:100 и вводятся в пазы с усилием (обычно ударами молотка). Усло­вия работы этих шпонок одинаковы. Головка предназначена для вы­бивания шпонки из паза; • специальные шпонки.

Шпонки призматические, сегментные, клиновые стандартизованы. Для изготовления шпонок применяют углеродистые стали 45; 50; 60; Стб; для изготовления специальных шпонок применяют легированные стали.

Дайте определение детали — шпонке.

Рис. 9.4. Соединение сег­ментной шпонкой

9.3. Все основные виды шпоночных соединений можно разделить на две группы: ненапряженные и напряженные.

К ненапряженным относят соединения с призматическими (рис. 9.5, а), сегментными (рис. 9.5, б) и круглыми (рис. 9.5, в) шпонками. Шпоноч­ные пазы на всех валах выполняют дисковыми (рис. 9.6, а) или торцовыми (рис. 9.6, б) фрезами. В ступицах деталей шпоночные пазы можно получить как на фрезерных, так и на долбежных станках. Размеры пазов определяют расчетным путем с учетом требований стандарта. -

Для сегментных шпонок пазы выполняют, как показано на рис. 9.4 и 9.5, б; для клиновых — паз на втулке обрабатывают с уклоном, равным углу наклона шпонки (рис. 9.5, г); для цилиндри­ческих — получают сверлением (рис. 9.5, в).

Рис. 9.5. Виды шпоночных соединений: а, б, в — нена­пряженные соединения; г — напряженные соединения

Рис. 9.6. Изготовление пазов под установку шпонок

Рис. 9.7

Рис. 9.8. Соединения клиновыми шпонками

Рис. 9.9

Соединения, в которых применяют клиновые шпонки, относят к на­пряженным соединениям. В напряженных соединениях клином, вводимым между валом и ступицей, создаются значительные нормальные силы. Эти силы обеспечивают достаточное трение для передачи вращающего момента.

Для создания фрикционной связи между валом и ступицей используют клиновые шпонки, показанные на рис. 9.3, е—з (паз выполняют только во втулке). С нижней стороны шпонку (рис. 9.8, а) обрабатывают в виде вогну­той цилиндрической поверхности с радиусом, равным радиусу вала. Во втулке выполняют уклон. Вращающий момент передается за счет сил трения.

Клиновые фрикционные шпонки применяют для передачи незначительно­го вращающего момента, а также в тех случаях, когда необходимы частые перестановки деталей на валу в осевом направлении.

Шпонки на лыске (рис. 9.8, б) устанавливают в пазу втулки с уклоном 1:100. На валу фрезеруют плоскость (вал с лыской). Такая обработка ослаб­ляет вал значительно меньше, чем прямобочные пазы, однако эта шпонка может передать меньший момент, чем врезная.

Опишите конструкцию шпонки, показанной на рис. 9.7. Как назвать шпонку 1, показанную на рис. 9.9, ее назначение? Какими гранями (боковыми или верхней и нижней) передается вращающий момент врезными призмати­ческими и клиновыми шпонками?

9.4. Зубчатые (шлицевые) соединения.

В зависимости от профиля зубьев различают три основных типа соеди­нений:

• с прямобочными (рис. 9.10, а);

• с эвольвентными (рис. 9.10, б);

• с треугольными (рис. 9.10, в) зубьями.

Рис. 9.10. Типы зубчатых (шлицевых) соединений: а — прямобочные зубья; б — эвольвентные зубья; в — треугольные зубья

Рис. 9.11. Прямобочные зубья (шлицы)

Зубья на валу фрезеруют, а в ступице — протягивают на специальных станках (рис. 9.11). Число зубьев для прямобочных и эвольвентных соединений 4—20; для тре­угольных — до 70.

Наибольшее распространение в маши­ностроении имеют прямобочные зубчатые соединения (их основные параметры см. шаг 9.8). Стандартом предусмотрены три серии прямобочных зубчатых со­единений — легкая, средняя и тяжелая, отличающиеся одна от другой вы­сотой и числом зубьев (чаще применяют соединения с шестью—десятью зубьями). Прямобочные шлицевые соединения различают также по спосо­бу центрования: по наружному диаметру D (наиболее точный способ цен­трования); по внутреннему диаметру d (при закаленной ступице); по боко­вым граням (при реверсивной работе соединения и отсутствии жестких требований к точности центрирования).

Соединения с эвольвентным профилем зубьев тоже стандартизованы и используются так же, как и прямобочные, в подвижных соединениях.

Соединения с треугольным профилем зубьев не стандартизованы, их применяют главным образом как неподвижные соединения.

Зубчатые соединения изготовляют из сталей с временным сопротивле­нием <з_а > 500 МПа.

Определите по рис. 9.12 тип зубьев (шлицев) на валах.

Рис. 9.12. Виды шлицованных валов

9.5. Достоинство и недостатки шпоночных и зубчатых соединений. Глав­ное достоинство шпоночных соединений — простота и надежность конст­рукции, сравнительно низкая стоимость.

К недостаткам шпоночных соединений следует отнести ослабление прочности вала и ступицы детали сравнительно глубокими шпоночными пазами (из-за этого приходится увеличивать толщину ступицы и диаметр вала), трудность обеспечения их взаимозаменяемости (необходимость руч­ной подгонки шпонок), что ограничивает их применение в крупносерий­ном и массовом производстве.

По сравнению со шпоночными зубчатые соединения обладают рядом преимуществ: имеют большую нагрузочную способность благодаря боль­шей рабочей поверхности контакта; лучше центруют сопрягаемые детали; обеспечивают более высокую усталостную прочность вала.

Зубчатые соединения широко применяют в станкостроении, авиастрое­нии, автотранспортной промышленности и т. д.

Ваше мнение: какой основной недостаток имеют зубчатые соединения?