56. Какие виды шпоночных соединений вы знаете? в чём принципиальное различие этих соединений? какова область применения каждого вида соединений?

В состав шпоночного соединения входят: вал, шпонка, ступица (зубчатого колеса, шкива, звёздочки и др.). Шпонка – это стальной брус прямоугольного поперечного сечения. Шпонку устанавливают в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента от вала к ступице и наоборот. Достоинства шпоночных соединений: простота конструкции, сравнительная лёгкость монтажа и демонтажа. Недостатки шпоночных соединений: ослабление вала и ступицы пазами под шпонку, значительная концентрация напряжений изгиба и кручения, вызываемая шпоночным пазом на валу, необходимость ручной пригонки шпонки по пазу при изготовлении паза концевой фрезой, отсутствие осевой фиксации шпонки по пазу вала при выполнении паза дисковой фрезой, отсюда – необходимость дополнительного крепления шпонки по валу, например: винтами.

В малосерийном производстве (в малонагруженных узлах) ши­роко применяют шпоночные соединения, в которых шпонка: передаёт вращающий момент, смягчает посадку и предотвращает относительный поворот соединяемых деталей. В крупносерийном и массовом производ­стве (при значительных или циклических нагрузках) более совершенные шлицевые соединения вытесняют шпоночные.

Существует 2 вида шпоночных соединений: – ненапряженное (призматическими, сегментными или круглыми шпонками); – напряженное (клиновыми, тангенциальными шпонками).

Ненапряженное шпоночное соединение собирают с радиальным за­зором между шпонкой и днищем паза в ступице. Передача вращения и момента в таком соединении осуществляется боковыми гранями шпонок высотой ”h”. Применяют при передаче небольших вращающих моментов. Используются в малосерийном и серийном производстве.

В напряженном шпоночном соединении до приложения к нему внешней нагрузки все детали соединения испытывают напряже­ния от действия распорных сил, возникающих после установки клиновой шпонки (или шпонки-штифта) в пазы ступицы и вала. Между боковыми гранями шпонки и пазов в ступице и на валу – зазоры.

В таком соединении передача вращающего момента осуществляется посредством сил трения, которые создаются за счет расклинивания ступицы и вала. Эти силы трения, приложенные к верхней и нижней граням шпонки, способны передавать не только вращающий момент, но и осевые силы обоих знаков. Поэтому в соединениях с клиновыми шпонками можно не применять дополнительной осевой фиксации ступицы по валу. Эти соединения хорошо воспринимают ударные и переменные нагрузки. При установке клиновой шпонки в пазы вала и ступицы происходит упругая деформация ступицы под действием радиальной распорной силы. Это приводит к радиальному смещению ступицы относительно вала, нарушается соосность и при вращении вала возникает биение. Поэтому соединения вала со ступицей посредством клиновых шпонок применяют в тихоходных узлах, и в настоящее время область их применения сокращается.

Тангенциальные шпонки работают узкими боковыми гранями, в основном, на сжатие, и поэтому наиболее надежны. Этим объясняется их преимущественное использование в тяжелом машиностроении при значительных динамических нагрузках. Соединения тангенциальными шпонками применяют для валов диаметром свыше 60 мм для передачи вращающих моментов в режиме переменных нагрузок. Изготовление пазов в ступице и на валу, а также монтаж соединения при помощи тангенциальных шпонок весьма сложно.

Основное применение имеют ненапряженные соединения.