Лабораторная работа № 8 выполнение чертежа шпоночного и шлицевого соединения
Цель работы:
– изучение конструкций шпоночных, шлицевых и штифтовых соединений соединений, их параметров и характеристик;
− усвоить правила упрощённого изображения шпоночных и шлицевых соединений, шпоночных гнезд и шлицев на чертежах деталей;
− развить пространственные представления; подготовиться к чтению машиностроительных чертежей.
1 Общая часть
1.1 Шпоночные соединения
Шпоночные соединения предназначены для соединения с валами зубчатых колес, шкивов, маховиков, муфт и других деталей и служат для передачи крутящих моментов.
Наиболее часто применяются соединения с призматическими шпонками.
Размеры, допуски, посадки и предельные отклонения с призматическими шпонками установлены ГОСТ 23360-78.
Шпоночное соединение – один из видов соединений вала с втулкой с использованием дополнительного конструктивного элемента (шпонки), предназначенной для предотвращения их взаимного поворота.
Шпоночные соединение – это разъёмные соединения составных частей изделий с применением шпонок. Шпоночные соединения состоят из вала, шпонки и ступицы колеса (рисунок 2). Шпонка представляет собой стальной брус, который вставляется в пазы вала и ступицы.
В специальную канавку-паз на валу закладывается шпонка (рисунок 1). На вал насаживают колесо так, чтобы паз ступицы колеса попал на выступающую часть шпонки. Размеры пазов на валу и в ступице колеса должны соответствовать поперечному сечению шпонки.
Рисунок 1
Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей колеса, шкива, звездочки.
Рисунок 2
Шпоночные соединения широко применяются во всех отраслях машиностроения при малых нагрузках и необходимости легкой сборки, разборки. По мере роста нагрузок применение шпоночных соединений сокращается.
Достоинства шпоночных соединений
1) простота конструкции;
2) легкость сборки и разборки соединения.
Недостатки шпоночных соединений
1) шпоночные пазы ослабляют вал и ступицу насаживаемой детали (уменьшается сечение детали);
2) шпоночное соединение трудоемко в изготовлении.
Чаще всего шпонка используется для передачи крутящего момента в соединениях вращающегося вала с зубчатым колесом или со шкивом, но возможны и другие решения, например – защита вала от проворота относительно неподвижного корпуса. В отличие от соединений с натягом, которые обеспечивают взаимную неподвижность деталей без дополнительных конструктивных элементов, шпоночные соединения – разъемные. Они позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке.
Шпоночное соединение включает в себя минимум три посадки: вал-втулка (центрирующее сопряжение) шпонка-паз вала и шпонка-паз втулки. Точность центрирования деталей в шпоночном соединении обеспечивается посадкой втулки на вал. Это обычное гладкое цилиндрическое сопряжение, которое можно назначить с очень малыми зазорами или натягами, следовательно – предпочтительны переходные посадки. В сопряжении (размерной цепи) по высоте шпонки специально предусмотрен зазор по номиналу (суммарная глубина пазов втулки и вала больше высоты шпонки). Возможно еще одно сопряжение – по длине шпонки, если призматическую шпонку с закругленными торцами закладывают в глухой паз на валу.
Шпоночные соединения могут быть подвижными или неподвижными в осевом направлении. В подвижных соединениях часто используют направляющие шпонки с креплением к валу винтами. Вдоль вала с направляющей шпонкой обычно перемещается зубчатое колесо (блок зубчатых колес), полумуфта или другая деталь. Шпонки, закрепленные на втулке, также могут служить для передачи крутящего момента или для предотвращения поворота втулки в процессе ее перемещения вдоль неподвижного вала, как это сделано у кронштейна тяжелой стойки для измерительных головок типа микрометров. В этом случае направляющей является вал со шпоночным пазом.
По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные (рисунок 3). В стандартах предусмотрены разные исполнения шпонок некоторых видов, например, призматические шпонки с двумя закругленными торцами (исполнение 1), с одним закругленным торцом (исполнение 3) и с незакругленными торцами (исполнение 2), сегментные шпонки со срезанным краем сегмента (исполнение 2).
Рисунок 3
Призматические шпонки Призматические шпонки не удерживают насаженные детали от осевого смещения. Чтобы застопорить деталь, применяют распорные втулки 1 (рисунок 3) или установочные винты 1.
Шпонки призматические бывают обыкновенные и направляющие. Направляющие шпонки крепят к валу винтами; их применяют, когда колесо перемещается вдоль вала.
По форме торцов шпонки бывают трех исполнений:
исполнение 1 — оба торца закруглены;
исполнение 2 — один торец закруглен, второй — плоский;
исполнение 3 — оба торца плоские.
Призматические шпонки дают возможность получать как подвижные, так и неподвижные соединения.
Рисунок 4
Сегментные шпонки (рисунок 4) применяют в соединениях, передающих небольшие вращающие моменты. Они просты в изготовлении и при монтаже
Сегментные шпонки и клиновые шпонки, как правило, служат для образования неподвижных соединений. Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизованы и выбираются в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединения.
Рисунок 5
Клиновые шпонки (рисунок 5) имеют форму односкосных клиньев с уклоном. Такой же уклон имеют пазы в ступицах деталей. Клиновые шпонки забивают в пазы. Поэтому создается напряженное соединение. Эти шпонки передают не только вращающий момент, но и удерживают деталь от осевого смещения. Соединения клиновыми шпонками применяют в тихоходных передачах.
Рисунок 6
Тангенциальные шпонки (рисунок 6) состоят из двух односкосных клиньев. Они вводятся в пазы ударом. Применяют для валов с диаметром более 60 мм при передаче больших вращающих моментов.
Рабочими поверхностями у шпонок призматических и сегментных являются боковые грани, а у клиновых верхняя и нижняя широкие грани, одна из которых имеет уклон 1: 100.
Поперечные сечения всех шпонок имеют форму прямоугольников с небольшими фасками или скругленными. Размеры сечений шпонок выбираются в зависимости от диаметра вала, а длина шпонок — в зависимости от передаваемых усилий.
Условные обозначения шпонок определяются стандартами и включают в себя: наименование, исполнение, размеры, номер стандарта.
Пример условного обозначения шпонки: Шпонка 10 х 8 х 60 ГОСТ 23360—78 — призматическая, первого исполнения, с размерами поперечного сечения 10x8 мм, длина 60 мм.
Шпоночные соединения подразделяют на напряжённые и ненапряжённые.
Ненапряженные соединения получают с помощью призматических и сегментных шпонок. Напряженные соединения получают с помощью применения клиновых и тангенциальных шпонок.
Размеры призматических шпонок определяются ГОСТ 23360—78; размеры соединений с клиновыми шпонками — ГОСТ 24068—80; размеры соединений с сегментными шпонками — ГОСТ 24071—80.
В приборостроении, как правило, применяют ненапряженные шпонки, при использовании которых можно получить значительно более точное центрирование деталей с валом, чем в напряженных шпонках.
Ненапряженные шпонки передают только крутящий момент, напряженные шпонки, кроме передачи крутящего момента могут воспринимать небольшие односторонние осевые усилия.
Основные размеры соединений с призматическими шпонками даны в сокращении в таблице 1
Таблица 1 – Параметры шпонок
Предельные отклонения и посадки шпоночных соединений даны в таблице 3.
Таблица 2 – Поля допусков для образования шпоночных соединений
Рисунок 7 – Рекомендуемые посадки шпоночных соединений
Предельные отклонения на глубину паза приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Предельные отклонения на глубину шпоночного паза
Пример простановки посадок шпоночного сопряжения показан на рисунке 7.
В таблице 4 приведены размеры ряда призматических шпонок и шпоночных пазов (ГОСТ 23360-78).
Таблица 4– Размерный ряд шпонок и шпоночных пазов
D (d) |
b |
h |
t1 |
t2 |
l |
s |
s1 |
От 6 до 8 Св.8 до 10 Св.10 до 12 ……………. |
2 3 4 …. |
2 3 4 …. |
1,2 1,8 2,5 ….. |
1,0 1,4 1,8 ….. |
6...20 6...36 8...45 ……. |
0,16…0,25 …………… |
0,08…0,16 ……………. |
Св.22 до 30 |
8 |
7 |
4,0 |
3,3 |
18-90 |
0,25…0,40 |
0,16…0,25 |
Длины шпонок l выбирают из ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 40, 45, 50, 56, 63 и далее до 500 мм с полем допуска h14. Для длины L шпоночного паза, которая на 0,5...1,0 мм больше длины шпонки l, установлено поле допуска Н15.
Шероховатость поверхностей шпоночного паза выбирается в зависимости от полей допусков размеров шпоночного соединения (Ra 3,2 мкм или 6,3 мкм).
Обращаем еще раз внимание на условное обозначение призматических шпонок, которое состоит из:
- слова "Шпонка";
- обозначения исполнения (исполнение 1 не указывают);
- размеров сечения b x h и длины шпонки l;
- обозначения стандарта.
Пример условного обозначения призматической шпонки исполнения 2 с размерами b = 4 мм, h= 4 мм, l = 12 мм
Шпонка 2 – 4 х 4 х 12 ГОСТ 23360-78.
Условное обозначение сегментных шпонок состоит из слова "Шпонка"; обозначения исполнения (исполнение 1 не указывают); размеров сечения b x h (h1); обозначения стандарта.
Пример условного обозначения сегментной шпонки исполнения 2 с размерами b = 4 мм и h = 6,5 мм:
Шпонка 2 – 4 х 6,5 ГОСТ 24701-80.
Клиновые шпонки применяют в неподвижных соединениях, когда требования к соосности соединяемых деталей невысоки. Размеры клиновых шпонок и шпоночных пазов нормированы ГОСТ 24068-80. Длину паза на валу для клиновой шпонки исполнения 1 выполняют равной 2l, для остальных исполнений длина паза равна длине l закладной шпонки.
Пример условного обозначения клиновой шпонки исполнения 2 с размерами b = 8 мм, h = 7 мм, l = 25 мм:
Шпонка 2 – 8 х 7 х 25 ГОСТ 24068-80.
Таблица – 5 Основные типы шпонок
