Читайте статьи по темам:

05.12.2017
56

Шпоночное соединение

Шпоночное соединение

Шпоночное соединение подразумевает под собой высоконадежное соединение между двумя различными деталями одного механизма. Как правило, в роли этих деталей выступают ведущие и ведомые элементы системы, например, вал и шкив, вал и ступица, вал и зубчатое колесо. Шпоночное соединение считается соединением разборного типа. Это означает, что такую конструкцию можно неоднократно разбирать и собирать обратно при необходимости, например, при износе основного крепежного элемента. При этом после проведения данных разборочно-сборочных работ итоговый КПД будет точно таким же, как и при первой сборке.

Собственно, самим крепежным элементом в соединении является обычная стальная шпонка. Примечательно, что переводе с Польского языка шпонка обозначает «клин». Такое название она получила как раз за счет своей конструкционной клиновидной формы, а также из-за принципа действия. Несмотря на то, что с течением времени кроме клиновых шпонок появились и другие виды шпонок — сегментные, призматические и даже тангенциальные, основной принцип действия у подобных стальных изделий остаётся абсолютно таким же. По конструкционным особенностям изготовления эти виды шпонок имеют следующие отличия:

  • Призматическая шпонка ГОСТ 23360-78 — используется в зависимости от варианта исполнения. Различают изделия направляющего, закладного и скользящего действия. Труднозаменимы. Могут опрокинуться при износе.
  • Сегментная шпонка ГОСТ 24071-97 — используется для фиксации деталей на валах при низкой нагрузке. Этот вид имеет невысокую прочность, однако достаточно прост в изготовлении и обладает невысокой стоимостью.
  • Клиновая шпонка ГОСТ 24068-80 — применяется крайне редко из-за того, что форма изделия создает внутри соединения излишнее напряжение, а это чревато появлением радиального сдвига и последующей деформации.
  • Цилиндрическая шпонка ГОСТ 12207-79 — применяется для создания соединения на концах валов. Обязательным условием использования считается одинаковая твердость и плотность соединяемых шпонкой материалов.
  • Тангенциальная шпонка ГОСТ 24069-97 — это разновидность клиновых шпонок. Её особенность — широкая грань поверхности, за счет которой установка происходит по касательной вала с сечением больше 100 мм.

Кроме приведенных выше госстандартов существуют другие нормативные документы, регулирующие процесс изготовления шпонок. В частности, это правила немецкого института по стандартизации — DIN. Само собой, немецкие требования к производству в большинстве имеют значительные отличия от отечественных, да и в целом, существует очень большое число стандартов производства, в зависимости от конфигурации и предназначения изделия. Однако есть и взаимозаменяемые стандарты, например немецкая сегментная шпонка DIN 6888 это в принципе та же самая отечественная сегментная шпонка ГОСТ 24071-97.

Таким образом, в зависимости от того, какие именно виды шпонок использовали при фиксации узлов механизма, будет зависеть работоспособность и долговечность шпоночного соединения. Дело в том, что стальная шпонка устанавливается в специальные пазы как на валах, так и на осях соединяемых ими деталей. Подобное расположение позволяет избежать взаимного проворачивания деталей, а при избыточных нагрузках, под воздействием больших сил, шпонка попросту срезается в месте соприкосновения, тем самым позволяя сохранить все рабочие узлы совершенно без каких-либо существенных повреждений их функционала.

Более того, стальная шпонка часто используется для передачи крутящего момента от одного ведущего вала к другому ведомому элементу, обеспечивая при достаточно невысокой себестоимости довольно хороший уровень КПД. Шпоночное соединение считается вполне надежным способом соединения деталей, имеющим множество преимуществ. Однако и здесь есть свои существенные недостатки. Для посадочного места шпонки на валах и осях фрезами и резцами проделываются специальные отверстия, значительно ослабляющие нагрузочную способность у соединяемых деталей из-за превышения допустимого уровня напряжений.

Тем не менее, шпоночное соединение имеет так же множество достоинств, благодаря которым подобный способ для фиксации деталей применяется практически во всех отраслях тяжелого и легкого машиностроения, а также в приборостроении и станкостроении и других производственных сферах. В частности, стальная шпонка имеет несложную конструкцию, с легкостью устанавливается и при необходимости демонтируется, имеет хорошую надежность и совсем невысокую стоимость. При этом для различных целей возможно выбрать наиболее оптимальные виды шпонок, отличающиеся формой, размерами и материалом изготовления.

Шпоночный прокат

Шпоночный прокат

Для изготовления шпонок используется так называемый шпоночный прокат, то есть специальная калиброванная сталь определенных марок. Как правило, это конструкционная углеродистая качественная сталь марок Ст20, Ст35, Ст45, Ст50, а также и конструкционная легированная сталь 40Х, либо нержавеющая сталь А4, поскольку именно эти разновидности обладают высокой степенью прочности к механическим воздействиям, например, ударным и вибрационным нагрузкам. Однако, по усмотрению изготовителей, для производства шпонок могут быть задействованы и другие подходящие по техническим характеристикам сплавы.

Кстати говоря, шпоночный прокат имеет свой персональный стандарт производства. В России таким стандартом считают ГОСТ 8787-67, а вот зарубежных странах им выступает аналогичный DIN 6880. При этом, согласно госстандарту шпоночный прокат не может быть менее 60кгс/мм2 по временной устойчивости к разрыву. При этом для производства шпонок применяется калиброванная сталь, то есть уже механически обработанная заготовка стали, имеющая наиболее точные допуски и существенно лучшее качество отделки по поверхности. Благодаря применению такой стали, производители получают следующие преимущества:

  • Экономия при производстве
  • Высокое качество продукции

Дело в том, что калиброванная сталь уже имеет высококачественную поверхность и более точные размеры, поэтому не требует вторичной обработки, следовательно, сокращается расход материала и производитель имеет намного большую выгоду, устанавливая при этом не высокие цены, а оптимальную стоимость. Кроме того, плоскостная, объемная, вертикальная или комбинированная обработка стальных заготовок значительно улучшают их механические характеристики, делая шпоночный прокат еще более качественным. Учитывая эти факторы и насколько качественно шпоночное соединение, вполне ясна популярность этого проката.

Шпоночный прокат активно используется как специализированными предприятиями по производству шпонок в сферах машиностроения, станкостроения и строительства, так и частными потребителями. А поскольку изготовление шпонки в домашних условиях вполне себе возможно при наличии лишь необходимого оборудования и небольшого опыта, многие владельцы техники делают шпонки для своих соединений самостоятельно. Целесообразность подобного кустарного производства оправдана тем, что потребитель за час работы получает готовое изделие со всеми необходимыми параметрами без длительного ожидания доставки.

Это особенно актуально в разгар уборки или посева урожая, когда каждый простой в поле может обернуться колоссальными убытками. Именно поэтому многие механики в цехах хранят шпоночный прокат на случай износа шпонки. Однако если срочной необходимости в замене нет, тогда намного лучше будет приобрести уже изготовленную по всем стандартам шпонку. Само собой, заводские станки справятся с обработкой сырья куда лучше кустарных, ведь по требованиям практически каждого стандарта производства, шпонка не должна иметь шероховатость, которая будет превышать заданные значения её предельных отклонений.

Размеры шпоночного соединения

Размеры шпоночного соединения

Шпонки устанавливаются в специальные посадочные места, представляющее из себя пазы на валу и детали с определенными габаритами. Естественно, что для размещения в них шпонка должна иметь чуть меньшие параметры. Собственно, размеры самого посадочного отверстия и размеры шпонки — это и есть размеры шпоночного соединения. Как правило, данные значения стандартизированы и соотносятся непосредственно с самим диаметром вала. Помимо этого, на итоговые параметры влияет еще и тип используемой в соединении шпонки, а также её конструктивная конфигурация, например, наличие скругленных торцов.

Таблица размеров шпоночного соединения

Диаметр вала

Размеры соединения

Радиус скругления пазов r или фаска Sx45°

Сечение

Глубина паза

вала

втулки

b

h

t1

t2

минимальный

максимальный

От 6 до 8мм

2мм

2мм

1,2мм

1,0мм

0,08°

0,16°

От 8 до 10мм

3мм

3мм

1,8мм

1,4мм

От 10 до 12мм

4мм

4мм

2,5мм

1,8мм

От 12 до 17мм

5мм

5мм

3мм

2,3мм

0,16°

0,25°

От 17 до 22мм

6мм

6мм

3,5мм

2,8мм

От 22 до 30мм

8мм

7мм

4мм

3,3мм

От 30 до 38мм

10мм

8мм

5мм

3,3мм

0,25°

0,4°

От 38 до 44мм

12мм

8мм

5мм

3,3мм

От 44 до 50мм

14мм

9мм

5,5мм

3,8мм

От 50 до 58мм

16мм

10мм

6мм

4,3мм

От 58 до 65мм

18мм

11мм

7мм

4,4мм

От 65 до 75мм

20мм

12мм

7,5мм

4,9мм

0,4°

0,6°

От 75 до 85мм

22мм

14мм

9мм

5,4мм

От 85 до 95мм

25мм

14мм

9мм

5,4мм

От 95 до 110мм

28мм

16мм

10мм

6,4мм

От 110 до 130мм

32мм

18мм

11мм

7,4мм

Обратите внимание на то, что размеры шпоночного соединения составлены с учетом их прочности на смятие. Проверка прочности изделия на срез, как правило не проводится по причине того, что это условие должно учитываться при стандартизации шпонок сегментного и призматического типа. Кстати говоря, если сегментные шпонки устанавливаются только в неподвижных соединениях, то призматические шпонки могут применяется и в неподвижных, и в подвижных соединениях различных механизмов. Так или иначе, вне зависимости от типа шпонки и исполнения, ко всем шпоночным соединениям выдвигают следующие требования:

  1. Размеры шпоночного соединения, а также и конструктивная форма изделия должны быть соблюдены с максимальной точностью по всей длине детали.
  2. Шпоночное соединение не должно иметь абсолютно никаких механических дефектов в виде окалин, заусенцев, трещин и подобных изъянов.
  3. При сборке соединения должна быть достигнута полная параллельность между осью шпонки и непосредственно осью самого вала.
  4. При сборке соединения необходимо достичь симметричного расположения боковой поверхности пазов вала и оси по отношению к диаметральной плоскости.
  5. По окончании пригонки рабочих поверхностей, нужно убедиться в наличии зазоров по высоте и по ширине для призматических и сегментных шпонок соответственно.

 

Перейти в каталог
Свяжитесь с нами
Согласие на обработку персональных
данных. Политика конфиденциальности
Оставьте отзыв
Согласие на обработку персональных
данных. Политика конфиденциальности
Предложите статью
Согласие на обработку персональных
данных. Политика конфиденциальности
Отправьте заявку
Согласие на обработку персональных
данных. Политика конфиденциальности
Яндекс.Метрика