5 Выбор и расчет посадок шпоночного соединения

5.1 Основные теоретические сведения

Шпоночные соединения предназначены для соединения валов между собой с помощью специальных устройств (муфт).

Шпоночные соединения чаще всего применяют для передачи крутящего момента в разъемных неподвижных цилиндрических соединениях для закрепления на валах и осях различных тел вращения: втулок, зубчатых колес, муфт, дисков, шкивов, рукояток, маховиков и других деталей машин.

Реже шпоночные соединения применяют в качестве направляющих.

Шпонки применяют в случаях, когда к точности центрирования соединяемых деталей не предъявляют особых требований.

Стандартизированы шпоночные соединения с призматическими, сегментными и клиновыми шпонками. Обычно шпоночные соединения разделяют на два типа: ненапряженные с призматическими и сегментными шпонками и напряженными с клиновыми шпонками.

Чаще всего применяется группа ненапряженных призматических и сегментных шпоночных соединений (зубчатые колеса, эксцентрики и подобные детали на валах), следовательно, чаще всего используются призматические и сегментные шпонки. Эти соединения широко распространены благодаря простоте, удобству разборки-сборки и низкой стоимости. При ремонте изношенная шпонка легко заменяется на новую. Все размеры на шпоночные соединения стандартизованы и едины для большинства стран мира.

Использование призматических шпонок дает возможность более точно центрировать сопрягаемые элементы и получать как неподвижные, так и скользящие соединения.

Соединения с сегментной шпонкой служат для образования только неподвижных соединений. Сегментная шпонка с глубоким пазом по взаимозаменяемости имеет преимущество перед призматической. Её применяют в массовом производстве.

Соединения с клиновыми шпонками применяются значительно реже, они недоступны при высоких требованиях к соосности соединяемых деталей, так как смещают их геометрические оси на размер посадочного зазора. Применяются эти соединения в тех случаях, когда подобные смещения осей не имеют существенного значения (шкивы, маховики и т.д)

Недостатки применения шпоночных соединений:

• ослабление вала и ступицы пазами, концентрация напряжений в зоне шпоночной канавки (снижает усталостную прочность вала);

• снижение прочности соединения (как правило, ниже прочности вала и ступицы);

• низкая точность центрирования (особенно при применении переходных посадок и посадок с зазором).

5.2 Расчет посадок шпоночного соединения

Выбираем номинальные размеры шпонки и пазов под нее:

Высота шпонки: h = 4 мм.

Ширина шпонки: b =4 мм.

Интервал длины шпонки: 8< l <45 мм.

Глубина паза на валу: t₁ = 2,5 мм.

Глубина паза во втулке: t₂ =1,8 мм.

Выбираем поля допусков в сопряжениях шпонка-паз вала, шпонка-паз втулки:

Поле допуска шпонки: h9.

Поле допуска паза на валу: H9.

Поле допуска паза во втулке: D10.

Определяем параметры посадки в соединении вал - втулка:

Ø11

Определяем предельные размеры отверстия Ø11Н7:

ES = +0,018, мм;

EI = 0, мм;

Определяем наибольший диаметр отверстия D_max, мм (1.1):

Определяем наименьший диаметр отверстия D_min, мм (1.2):

Определяем допуск отверстия TD, мм (1.3):

Определяем координату середину поля допуска отверстия E_c, мм (1.4):

Определяем основное отклонение поля допуска отверстия:

EI = 0, мм

Определяем средний диаметр отверстия (4.3):

Определяем предельные размеры вала Ø11 n7:

es = 0,030, мм;

ei = 0,012, мм;

Определяем наибольший диаметр вала d_max, мм (1.5):

Определяем наименьший диаметр вала d_min, мм (1.6):

Определяем допуск вала Td, мм (1.7):

Определяем координату середину поля допуска вала e_c, мм (1.8):

Определяем основное отклонение поля допуска вала:

ei = 0,012, мм;

Определяем средний диаметр вала d_m, мм (4.4):

Определяем предельные значения натягов и зазоров посадки: Ø11

Определяем наибольший натяг (2.2):

Определяем наибольший зазор (2.3):

Определяем допуск посадки (допуск натяга - зазора) T(N,S), мм (4.5):

Выбираем поля допусков и рассчитываем параметры посадки шпонки на вал:

Ширина шпонки: b = 4, мм

Определяем параметры посадки: Ø 4

Определяем предельные размеры отверстия Ø 4Н9:

ES = 0,025, мм;

EI = 0, мм;

Определяем наибольший диаметр отверстия D_max, мм (1.1):

Определяем наименьший диаметр отверстия D_min, мм (1.2):

Определяем допуск отверстия TD, мм (1.3):

Определяем координату середину поля допуска отверстия E_c, мм (1.4):

Определяем основное отклонение поля допуска отверстия:

EI = 0, мм

Определяем средний диаметр отверстия (4.3):

Определяем предельные размеры вала Ø4 h9:

es = 0, мм;

ei = -0,025, мм;

Определяем наибольший диаметр вала d_max, мм (1.5):

Определяем наименьший диаметр вала d_min, мм (1.6):

Определяем допуск вала Td, мм (1.7):

Определяем координату середину поля допуска вала e_c, мм (1.8):

Определяем основное отклонение поля допуска вала:

es = 0, мм;

Определяем средний диаметр вала d_m, мм (4.4):

Определяем предельные значения зазоров и натягов посадки : Ø 4 :

Наибольший зазор S_max, мм (1.9):

Наибольший натяг N_max (2.2):

Определяем допуск посадки (4.5):

Выбираем поля допусков и рассчитываем параметры посадки шпонки во втулке:

Ширина шпонки: b = 6(мм).

Определяем параметры посадки: Ø4

Определяем предельные размеры отверстия Ø 6D10:

ES = 0,078, мм;

EI = 0,030, мм;

Определяем наибольший диаметр отверстия D_max, мм (1.1):

Определяем наименьший диаметр отверстия D_min, мм (1.2):

Определяем допуск отверстия TD, мм (1.3):

Определяем координату середину поля допуска отверстия E_c, мм (1.4):

Определяем основное отклонение поля допуска отверстия:

ES = 0,030 мм;

Определяем средний диаметр отверстия (4.3):

Определяем предельные размеры вала Ø 4 h9 приведен выше.

Определяем предельные значения зазоров посадки Ø6 :

Наибольший зазор S_max, мм (1.9):

Наибольший натяг S_min, мм (2.2):

Определяем допуск посадки (4.5):

Назначаем допуски на другие размеры соединения:

Допуск на высоту шпонки h =4мм; Ø4 h11 .

Допуск на глубину паза на валу t₁ =2,5 (^+0,1).

Допуск на глубину паза во втулке t₂ = 1,8(^+0,1).

Допуск на длину шпонки l = 30 h14 .

Допуск на длину паза вала l = 30 Н15 .