2. 2. 2 Шпоночные соединения

Цель - изучение конструкций шпоночных соединений, области их применения, преимуществах и недостатках, способах сборки и разборки, выполняемых функциях. Уяснение используемых видов шпонок, посадки при установке шпонки в шпоночные канавки, выбор материалов и изучение методов расчета на прочность.

Шпоночные соединения служат для передачи крутящего момента посредством шпонки соединяющей вал и установленную на нем деталь (рис.2.33). Шпонки обычно используют в малонагруженных соединениях. К недостаткам соединений этого типа относят невысокую несущую способность, снижение прочности соединяемых деталей шпоночными пазами, трудоемкость в изготовлении. К достоинствам можно отнести простоту сборки-разборки и предохранительные свойства соединения при срезе шпонки в случае возрастания крутящего момента.

Рис. 2.33 Шпоночное соединение

В соединениях находят применение следующие виды шпонок: клиновые, призматические и сегментные. Клиновые шпонки в настоящее время применяется редко и только в соединениях не требующих точного центрирования (рис. 2.34). Недостатком таких соединений является радиальное смещение осей вала и ступицы, приводящее к их несоосности, возникновение больших напряжений из-за натяга, трудность демонтажа.

Наибольшее распространение получили соединения с призматическими шпонками, устанавливаемыми в пазу по посадкам с натягом (врезные шпонки) или по посадке(закладные шпонки).

Рис. 2.34 Соединение клиновой шпонкой

Призматические шпонки располагаются в пазах вала и втулки и передают крутящий момент боковыми гранями (рис. 2.35). При этом в поперечном сечении возникает напряжение среза , а на боковых гранях - напряжение смятия -. Недостатком призматических шпонок является трудность обеспечения их взаимозаменяемости. При сборке иногда требуется подбор шпонки по пазу или пригонка, что ограничивает их применение в крупносерийном производстве. В шпоночном соединении необходимо обеспечить радиальный зазор между шпонкой и ступицей предназначенный для облегчения сборки и исключения напряжений смятия в ступице от возможного натяга. Однако наличие зазора вызывает дополнительные динамические нагрузки.

Ступицы устанавливают на вал обычно по посадке , а в соединениях с циклическими или

динамическими нагрузками с натягом типа .

Рис.2.35 Призматические шпонки

Пазы в ступице выполняют долблением на долбежном станке или протягиванием специальной профильной протяжкой, а на валу - фрезерованием пальцевой или дисковой фрезой (рис. 2.36).

Рис. 2.36 Изготовление шпоночных пазов

В соединениях используется три разновидности шпонок (рис.2.35): с закругленными торцами (исполнение I), с закругленным и плоским торцами (исполнение 2) и с плоскими торцами (исполнение 3). Размеры призматических шпонок можно выбрать по стандарту.

Сегментные шпонки (рис. 2.37) обладают технологическими преимуществами по сравнению с призматическими. Обработка пазов выполняется дисковыми фрезами с большой точностью и производительностью, а шпонки нарезают из чистотянутых сегментных профилей.

Вследствие значительного местного углубления на валу сегментные шпонки устанавливают преимущественно в массивных валах или в малонагруженных соединениях. Размеры сегментной шпонки: диаметр -, длина -, толщина -b и высота - h зависят от диаметра вала и представлены в справочниках.

Рис. 2.37 Соединение сегментной шпонкой

На чертежах шпонка обозначается размерами и номером ГОСТа.

Шпонки общего применения изготавливают из углеродистых сталей СТ 45,50,60. В нагруженных соединениях применяют шпонки из легированных сталей 40Х с термообработкой до HRC35-45

Для неподвижных шпоночных соединений, при спокойной нагрузке рекомендуются следующие предельные отклонения размеров: для призматической или сегментной шпонки –, для паза вала - , для паза ступицы - .

После определения размеров шпонки в соответствии с конструктивными особенностями соединяемых деталей, производят проверочный расчет на прочность. Для призматической шпонки, как отмечалось ранее, напряжения среза и смятиянайдутся из соотношения: