3.14 Взаимозаменяемости деталей шпоночных и шлицевых соединений
3.14.1 Шпоночные соединения
Шпонки предназначены для передачи крутящих моментов (например, от вала к шестерне или муфте) в неподвижных (шестерня “сидит” неподвижно на валу) или в подвижных (шестерня может перемещаться по валу) соединениях.
Достоинством шпоночных соединений является относительно простая технология изготовления их элементов; недостатки соединений – ухудшение центрирования деталей, ослабление сечения валов, концентрация напряжений.
В промышленности применяют призматические, сегментные шпонки (ненапряженные соединения), а также клиновые (врезные, на “лыске”, фрикционные) и тангенциальные шпонки (напряженные соединения). Пазы на валах получают фрезерованием шпоночными или дисковыми трехсторонними фрезами, пазы во втулках, шестернях и т.п. – долблением или протягиванием.
Для надежной передачи крутящих моментов поверхности шпонок должны плотно, без перекосов, прилегать к поверхностям пазов. Обеспечить хорошее центрирование деталей и плотное прилегание рабочих поверхностей шпонок при соблюдении требований полной взаимозаменяемости практически очень трудно, так как характер соединений шпонок и пазов искажается за счет неизбежных погрешностей формы и расположения элементов (смещений и перекосов пазов и т.д.). Поэтому там, где это возможно, предусматривают зазоры (или используют “плотные” посадки), достаточные для компенсации подобных погрешностей.
Наиболее распространены призматические (и сегментные) шпонки, посадки которых осуществляются по ширине в (рисунок 31а).
Шпонку в пазу вала обычно устанавливают плотно для обеспечения неподвижности (направляющие шпонки дополнительно крепят винтами к валу) и надежного контакта с пазами. В пазу втулки (шестерни и т.д.) шпонку устанавливают менее плотно, используя легкие переходные посадки с зазором. Зазор необходим для компенсации погрешностей формы и расположения (отклонения от параллельности и симметричности) пазов на валу и во втулке. Различные посадки получают, изменяя предельные размеры пазов, а предельные размеры шпонки оставляют неизменными, т.е. используют систему вала.
Стандарт устанавливает (см. рисунок 31б) для ширины шпонки поле допуска h9, для ширины паза во втулке - D10, JS9, P9 (в сегментных шпонках - JS9, P9), для ширины паза на валу - Н9, N9, P9 (в сегментных шпонках - N9, P9).
В посадках возможны любые сочетания полей допусков пазов вала и втулки со шпонкой. Например, (см. рисунок 31в) нормальное соединение: шпонка на валу установлена по переходной (типа “напряженной”) посадке, шпонка в втулке – по легкой переходной (практически – с зазором) посадке, свободное соединение (часто используют для направляющих шпонок): шпонка на валу – по “скользящей” посадке, шпонка во втулке – по посадке с гарантированным зазором, плотное соединение: шпонка на валу и в втулке устанавливается “плотно” (посадка типа “тугой”). Сборка затруднена, иногда требуется подгонка (подбор деталей).
Рисунок 31 – Посадки призматических шпонок
Несопрягаемые элементы шпоночных соединений выполняют со следующими отклонениями: высота шпонки h11 (h9 для высот 2-6 мм), длина шпонки h14, длина паза на валу – H15, размеры t1 и t2 (см. рисунок 1а) +0,1+0,3 (для размера d-t, -0,1-0,3).
Детали шпоночных соединений измеряют универсальными средствами, контролируют калибрами и специальными приспособлениями (в серийных производствах). Ширину паза в контролируют пластинчатым калибром, имеющим проходную и непроходную стороны, размеры t1 и t2 – предельными калибрами: накладным для вала и в виде пробки со ступенчатой шпонкой для втулки. Для проверки симметричности и перекоса паза втулки используют проходной комплексный калибр – пробку со шпонкой, для проверки симметричности паза на валу – накладные призмы со стержнем.