Глава16. Шпоночные и шлицевые (зубчатые) соединения

§ 1. Назначение и краткая характеристика основных типов, достоинства и недостатки, область применения шпоночных и шлицевых соединений

Шпоночные и шлицевые соединения служат для закреп­ления на валу (или оси) вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, муфт и т. п.), а также для передачи вращающего момента от вала к ступице детали или, наоборот, от ступицы к валу.

По конструкции шпонки подразделяют на:

призматические со скругленными (рис. 9.3, я, в) и плоскими торцами

(рис. 9.3,6,г); эти шпонки не имеют уклона и их закладывают в паз, выполненный на валу (рис. 9.3,в, г — шпонки имеют отверстия для их закрепления);

сегментные (рис. 9.3,д); представляют собой сегментную пластину, заложенную закругленной стороной в паз соответ­ствующей формы, профрезерованный на валу (рис. 9.4); эти шпонки часто применяют для конических концов валов;

клиновые без головки (рис. 93, е. ж) и с головкой (рис. 9.3,з); эти шпонки имеют уклон 1:100 и вводятся в пазы с усилием (обычно ударами молотка). Условия работы этих шпонок одинаковы. Головка предназначена для выбивания шпонки из паза;

специальные шпонки.

Шпонки призматические, сегментные, клиновые стандарти­зованы. Для изготовления шпонок применяют углеродистые стали 45; 50; 60; Ст6; для изготовления специальных шпонок применяют легированные стали.

Рис.9.3

Рис.9.5

Все основные виды шпоночных соединений можно разделить на две группы: ненапряженные и напряженные. К ненапряженным относят соединения с призматическими (рис. 9.5.я), сегментными (рис. 9.5,6) и круглыми (рис. 9.5,в) шпонками.) Шпоночные пазы на всех валах выполняют диско­выми (рис. 9.6, и) или торцовыми (рис. 9.6,6) фрезами. В ступицах деталей шпоночные пазы можно получить как на фрезерных, так и на долбежных станках. Размеры пазов определяют расчетным путем с учетом требований стандарта. Для сегментных шпонок пазы выполняют, как показано на рис. 9.4 и 9.5,; для клиповых — паз на втулке обрабаты­вают с уклоном, равным углу наклона шпонки (рис.,9.5,г); для цилиндрических — получают сверлением (рис, 9,5, в)\ Соеди­нения, в которых применяют_клиновые шпонки, относят к напряженным соединениям. В напряженных соединениях клином, вводимым между валом И ступицей, создаются зна­чительные нормальные силы. Эти силы обеспечивают достаточ­ное трение для передачи вращающего момента. К клиновым шпонкам относят врезные. При заби­вании шпонки в паз возникает напряженность соединения. Клиновые шпонки называют врезными, если шпоночные пазы выполнены на валу и во втулке.

Рис.9.6

Тангенциальные шпонки (рис. 9.7) представляют собой призматический брусок, составленный из двух односкосных клиньев, устанавливаемых в паз вала таким образом, что одна из граней клина оказывается касательной к цилиндри­ческой поверхности вала. Внешние грани двух клиньев, образующих тангенциальную шпонку, параллельны. Тангенциальные шпонки устанавливают под углом 120", при этом между валом и ступицей детали создается натяг.

Такие шпонки обеспечивают передачу вращающего момен­та при реверсировании. Тангенциальные шпонки применяют и при больших динамических нагрузках. По сравнению с врез­ными тангенциальные шпонки могут передавать больший вращающий момент.

Рис.9.7

Для создания фрикционной связи между валом и ступицей используют клиповые шпонки, показанные на рис. 9.3, е—з (паз выполняют только во втулке). С нижней стороны шпонку (рис. 9.8, а) обрабатывают в виде вогнутой цилиндрической поверхности с радиусом, равным радиусу вала. Во втулке выполняют уклон. Вращающий момент передается за счет сил трения.

Клиновые фрикционные шпонки применяют для передачи незначительного вращающего момента, а также в тех случаях, когда необходимы частые, перестановки деталей на валу в осевом направлении.

Шпонки на лыске (рис. 9.8,6) устанавливают в пазу втулки с уклоном 1:100. На валу фре­зеруют плоскость у (вал с лыской). Такая обработка ослабля­ет вал значительно меньше, чем прямобочные пазы, однако эта шпонка может передать меньший момент, чем врезная.

Рис.9.8

Зубчатые соединения. В зависимости от профиля зубьев различают три основных типа соединений: с прямобочными (рис. 9.10,о), с эвольвентными (рис. 9.10,6) и треугольными (рис. 9.10, в) зубьями.

Зубья на валу фрезеруют, а в ступице - протягивают на' специальных станках (рис. 9.11). Число зубьев для прямобочных и эвольвентных соединений 4-20; для треугольных -до 70.

Наибольшее распространение в машиностроении имеют прямобочные зубчатые соединения (их основные параметры см. шаг 9.8).

Стандартом предусмотрены три серии прямобочных зубчатых соеди­нений

Рис. 9.11

- легкая, средняя и тяжелая, отличающиеся одна от другой высотой и числом зубьев (чаще применяют соединения с шестью — десятью зубья­ми). Прямобочные шлицевые соединения различают также по способу центрования: по наружному диаметру (наиболее точный способ центро­вания); по внутреннему диаметру (при закаленной ступице); но боковым граням (при реверсивной работе соединения и отсутствии жестких требований к точности центрирования).

Соединения с эвольвентным профилем зубьев тоже стандар­тизованы и используются так же, как и прямобочные, в подвижных соединениях.

Соединения с треугольным профилем зубьев не стандар­тизованы, их применяют главным образом как неподвижные соединения.

Достоинства и недостатки шпоночных и зубчатых соеди­нений. Главное достоинство шпоночных соединений — простота и надежность конструкции, сравнительно низкая стоимость.

К недостаткам шпоночных соединений следует отнести ослабление прочности вала и ступицы детали сравнительно глубокими шпоночными пазами (из-за этого приходится увели­чивать толщину ступицы и диаметр вала), трудность обеспе­чения их взаимозаменяемости (необходимость ручной под­гонки шпонок), что ограничивает их применение в крупно­серийном и массовом производстве.

По сравнению со шпоночными зубчатые соединения обла­дают рядом преимуществ: имеют большую нагрузочную спо­собность благодаря большей рабочей поверхности контакта; лучше центруют сопрягаемые детали: обеспечивают более вы­сокую усталостную прочность вала.) Зубчатые соединения широко применяют в станкостроении, авиастроении, автотранспортной промышленности и т.д.