3. Шпоночные и шлицевые соединения

   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 (Рис. 3.1). Шпонки широко применяются в машиностроении. Шпоночные соединения делятся на ненапряжённые и напряжённые.

Рис. 3.31. Шпоночное соединение: 1 – вал; 2– ступица; 3– шпонка

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 таблице 3.

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. 3.2) выполняют прямоугольного сечения с соотношением сторон h : b ≈ 1 : 1 для валов малых диаметров и 1 : 2 для больших диаметров вала.

Рис. 3.32. 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. 3.3):

• 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.

и)

Рис. 3.33. Виды наиболее часто применяемых шпонок: с закругленными торцами (а, в), с плоскими торцами (б, г), направляющие с креплением на валу (в, г), сегментные (д); клиновые (е, ж, з), цилиндрические (и)