5.Шпоночные и шлицевые соединения
5.1.Типы шпоночных соединений
Шпонка – деталь, устанавливаемая в пазах двух соприкасающихся деталей и препятствующая относительному повороту или сдвигу этих деталей. Шпонки служат для передачи крутящего момента от вала к ступице и наоборот. Шпонки широко применяются в машиностроении. Шпоночные соединения делятся на ненапряжённые и напряжённые.
Сборка и разработка ненапряжённого соединения (с призматической шпонкой) не требует приложения значительного усилия к сопрягаемым деталям. Детали, посаженные на призматическую шпонку, должны иметь крепления, предупреждающие их осевое перемещение.
Напряжённое состояние получается в результате предварительной затяжки клиновой шпонки при отсутствии рабочих нагрузок. Такое соединение может передавать не только крутящий момент, но и осевую силу (в одном направлении).
Шпонки всех основных типов стандартизованы и их размеры выбираются по ГОСТ 23360-78 (призматические); ГОСТ 24071-80 (сегментные); ГОСТ 24068-80 (клиновые).
Материалом для шпонок обычно являются углеродистые стали марок ст.5; ст.6; сталь 45 с пределом прочности не ниже 60 Н мм2. Легированная сталь для шпонок применяется редко. Целесообразно, чтобы материал шпонки был менее прочным, чем материал вала и ступицы.
Допускаемые напряжения для шпоночных соединений обуславливаются характером нагрузки. Причиной разрушения этих соединений чаще всего бывает деформация смятия, на которую следует обращать особое внимание при выборе допускаемых напряжений. Допускаемые напряжения принимают:
при стальной ступице [σ]см ≈ 100…120 МПа;
при чугунной ступице [σ]см ≈ 50…60 МПа.
При динамическом нагружении соединения (резкие удары) допускаемые напряжения следует понизить на 25…40%.
Допускаемые напряжения среза принимают в пределах [τ]ср ≈ 60…90 МПа. Более точные значения допускаемых напряжений приведены в табл. 4.
Допускаемые напряжения смятия [σ]см МПа
Тип соединений |
Условия эксплуатации |
Твердость поверхности |
|
до 350 НВ |
свыше 40 HRC, |
||
Неподвижное, с осевой фиксацией |
а б в |
35-50 60-100 80-120 |
40-70 100-140 120-200 |
Подвижное без нагрузки |
а б в |
15-20 20-30 25-40 |
20-35 30-60 40-70 |
Подвижное под нагрузкой |
а б в |
– – – |
3-10 5-15 10-20 |
Призматические шпонки (рис. 5.1) выполняют прямоугольного сечения с соотношением сторон h : b ≈ 1 : 1 для валов малых диаметров и 1 : 2 для больших диаметров вала.
Рис. 5.19 Соединение призматической шпонкой
Рабочими у призматической шпонки являются более узкие, боковые грани. Шпонка погружена в паз вала на глубину ≈ 0,6 h, а в радиальном направлении между шпонкой и ступицей предусмотрен зазор.
а) Шпонки призматические (рис. 5.2):
обыкновенные со скруглёнными или плоскими торцами;
направляющие (с дополнительным креплением на валу винтами) со скруглёнными или плоскими торцами.
б) Скользящие:
шпонки призматические с углубленной посадкой на вал (нормаль станкостроения);
шпонки сегментные.
Шпонки для напряжённых состояний:
А. Шпонки клиновые (с уклоном 1: 100):
врезные со скруглёнными и плоскими торцами ГОСТ 8791-68;
врезные с головкой забивные – ГОСТ 8792-68.
Б. На лыске с головкой ГОСТ 8793-68.
В. Фрикционные.
Г. Тангенциальные.
Рис. 5.20 Виды наиболее часто применяемых шпонок: призматические с плоскими торцами (а) и с закругленными торцами (б), сегментные (в); цилиндрические (г)