Призматические шпонки подбирают по

Шпоночное соединение – разновидность соединения, состоящего из шпонки на валу и ступицы. Шпонкой называется деталь, которая соединяет узлы путем установки в пазы. Основной ее функцией является передача вращающего момента между узлами. Существует определенная стандартизация их разновидностей. Шпонка имеет специальные пазы, вырезанные путем фрезерования.

Применение

Основным применением шпоночных соединений является монтаж на вал с помощью пазового соединения. В большинстве своем шпоночный паз напоминает клин. Такой тип соединения деталей позволяет валу и ступице не проворачиваться относительно оси друг друга. Фиксированное положение ступицы к валу со шпонкой позволяет добиться высокого КПД при передаче усилия.

Наиболее часто шпоночное соединение можно встретить в машиностроении, при строительстве станков. Часто она используется при производстве автомобилей и других механизмов, где требуется повышенная надежность фиксации деталей машин. Высокая надежность достигается благодаря функции предохранительного узла вала со шпоночным пазом.

Шпонка выступает предохранителем в случаях превышения максимального уровня крутящего момента. В подобных случаях происходит срез шпонки, поглощая чрезмерную нагрузку она снимает ее из вала и ступицы.

Благодаря своим свойствам она стала широко распространенной в машиностроении, она отличается высокой эффективностью, простотой изготовления и монтажа, а также низкой стоимостью. Подобные характеристики особо важны в промышленном производстве, особенно в сельском хозяйстве. В разгар сезона часто возникают случаи поломок отдельных узлов, которые нужно заменить максимально быстро. Чаще всего можно встретить в узлах пресс-подборщиков.

Учитывая все вышесказанное, выделяются основные позиции, для чего нужна шпонка:

  1. Обеспечение безопасность соединяемых узлов при повышенных нагрузках.
  2. Достижение высокой степени фиксации отдельных элементов механического узла.
  3. Выполняет функцию предупреждения проворачивания узла и ступицы.
  4. Надежность подобного соединения превышает надежность аналогов при фиксации вала с деталями.

В общем, встретить шпоночное соединение можно практически в любом сложном механизме, что обусловлено его техническими характеристиками.

Виды шпонок

Основные виды шпонок делят на два типа: напряженные и ненапряженные. Среди которых выделяются такие типы шпонок:

  1. Клиновые. Особый тип, который отличаются углом наклона верхней грани. В общем разделение на виды происходит исходя из классификации шпоночных соединений. Устанавливается в паз с помощью физической силы, ударным методом. Применение такого типа соединения позволяет добиться необходимого напряжения. Нарезанный клин, находясь в пазе, распирает его изнутри. За счет силы прижатия, вал и ступица совместно вращаются.Используется довольно редко, так как ее использование предусматривает индивидуальный подгон. Это можно считать недостатком для массового производства механизмов. Основное назначение — применение в тихоходных передачах и узлах неподвижного соединения.Среди клиновых шпонок выделяют:
    • врезные;
    • на лыске;
    • фрикционные;
    • без головки и с головкой.
    • Сегментные. Производятся в виде сегментной пластины, загоняемой в паз. Производиться методом фрезерования. Широко применяются в производстве, так как просты в изготовлении, не требуют особой точности при нарезании и легко устанавливается. Отличается установкой в боле глубокий паз, в сравнении с аналогами. Глубокий паз не подходит для больших нагрузок, так как значительно снижает прочность вала, поэтому используется при небольших крутящих моментов.На длинных ступицах может устанавливаться несколько шпонок, так как они имеют фиксированную длину. Выполняют предохранительную функцию на срез и смятие.
    • Призматические. Отличаются параллельными гранями, которые устанавливаются в паз и фиксируют ступицу. Рабочими гранями в таки случаях являются боковые. Относятся к ненапряженному типу шпоночных соединений, поэтому существует вероятность возникновения коррозии в месте соединения. Для исключения коррозии, муфта и вал соединяются с натягом. Концы производятся обычно со скругленными или плоскими концами. Для скругленного типа рабочей поверхностью считается длина прямых краев. Паз нарезается с помощью фрезы.Передача усилия происходит путем давления поверхности паза на шпонку, которая передает крутящий момент на паз ступицы. Данный тип соединения призматической шпонкой часто используется для подвижных соединений, поэтому используют дополнительное крепление с помощью винтов. Как и многие другие типы выполняет функцию предохранителя при смятии и срезе.
    • Цилиндрические. Штифты в таких шпонках изготавливаются в виде цилиндров. Работаю в натяжении с отверстием на торце вала, которое высверливается под соответствующие размеры шпонок. Используется в тех случаях, когда ступица устанавливается на конце вала. Требует особого подхода к монтажу шпоночных соединений.Позволяют работать на срез и смятие. Поэтому выбор шпонки производят исходя из прочности на смятие.
    Читайте также:  Установка розеток от пола

    Исходя из типа посадки выделяются:

    1. Свободная – применяется в случаях, когда выполнять сварочные работы довольно сложно и есть необходимость подвижного сцепления деталей во время работы.
    2. Плотная – нужна для создания сцеплений, движение которых во время работы выполняется в одном пространственном положении.

    Обозначения на чертежах

    На чертежах обозначение призматических шпонок происходит исходя из нормативного документа ГОСТ. Они делятся на шпоночные пазы: высокие, нормальной высоты и направляющие. Рабочими гранями у них являются боковые.

    На сборочном чертеже обозначение выполняется с учетом диаметра вала, крутящего момента, сечения и длины.

    Шпонка 3–20Х12Х120 ГОСТ 23360-78;
    Где 3 – исполнение, 20Х12 – сечение, 120 – длина.

    Обозначение остальных типов шпонок на изображениях выполняется таким же образом, исходя из соответствующих ГОСТов, разработанных для каждой отдельной модели.
    Указанное обозначение должно четко характеризировать деталь, что очень важно для получения надежного соединение. Ведь даже малейший зазор может стать причиной быстрого износа рабочих узлов и потери эффективности во время работы.

    Достоинства и недостатки

    Как и любой тип соединений, шпоночные имеют ряд достоинств и недостатков. К достоинствам шпоночных соединений можно отнести простоту большинства типов шпонки. При этом монтаж и замена такой детали выполняется легко и быстро. Благодаря чему они получили широкое применение в машиностроении. Также обеспечивает функцию предохранения.

    К недостаткам относиться ослабление ступицы и вала. Оно возникает исходя из повышенного напряжения и уменьшения поперечного сечения. Также ослабление деталей вызвано из-за нарезанного паза, который снижает осевую прочность вала.

    Чтобы минимизировать недостатки, нужно добиться отсутствия перекоса шпонки в пазе. Для этого нужно обеспечить отсутствие зазора, что делается путем индивидуального изготовления и подгона шпонки. Из-за этого в крупносерийном производстве редко применяют любые разновидности шпоночных соединений. Если добиться отсутствия перекоса не удалось, площадь рабочего контакта уменьшается, в следствие чего степень максимальной нагрузки уменьшается.

    Также наличие зазора вызывает эффект биения, особенно на высоких скоростях. Это приведет к быстрому износу рабочих деталей. Из-за этого подобное соединение редко применяется для быстровращающихся валов. Для подбора подходящей шпонки лучше использовать таблицу шпоночных соединений.

    Материал шпонок

    Для изготовления шпоночного соединения применяют калибровочный металлопрокат. Чаще всего используется сталь марки 45. Она относиться к углеродистым сталям обычного типа, которая часто применяется для производства деталей высокой прочности. Сталь используется в виде бруска длиной 1 м.

    В некоторых случаях может применять углеродистая сталь марки 50. Она необходима, когда требуется повышенные прочностные свойства полученных шпонок. Реже применяются легированные стали, например, марки 40х, для которой характерен высокий показатель твердости, достигаемый путем термической обработки.

    Стальные заготовки обрабатываются с помощью фрезы, сверлильных станков, станков для рубки, шлифовальных машин и других инструментов. Используемые станки имеют блок управление, который позволяет с помощью числовых программ изготовить деталь необходимых параметров.

    Цена полученной шпонки довольно низка, поэтому приобрести необходимую деталь довольно легко. Но в некоторых случаях, когда есть необходимость срочного получения шпонки, изготовить ее можно самостоятельно. Чаще всего подобная необходимость возникает в сельском хозяйстве, где во время сезонных работ часто возникают поломки, которые нужно отстранить. При этом ближайшие точки продажи необходимых деталей находиться на расстоянии в несколько десятков километров.

    Имея небольшое количеству инструмента под рукой и заготовку из соответствующего материала, можно быстро изготовить временную замену. При соблюдении технических характеристик, полученная деталь сможет полноценно заменить заводскую, но лучше всего при первой возможности приобрести шпонку нужной прочности и геометрических параметров. Это необходимо для избежание преждевременного износа механизмов.

    Иногда для производства могут использовать другие материалы, например, пластик высокого качества. В качестве материала может использоваться дерево, чаще всего при изготовлении мебели.

    В качестве материала лучше использовать разные породы дерева, для шпонки подойдет более мягкий материал чем основной. Это позволит обезопасить основную конструкцию от повреждений в случае повышенной нагрузки. Легче заменить шпонку чем большой конструкционный узел.

    Для предотвращения проникания влаги в железобетонные конструкции используются специальные шпонки – ватерстоп. Изготавливают их из резины высокого качества и ПВХ. Это позволяет добиться необходимой степени водонепроницаемости и стойкости к растворам агрессивных химических веществ.

    Читайте также:  Гибочный пресс своими руками

    Заключение

    Такой тип соединения отличается простотой и достаточно высокой надежностью, из-за чего получил высокую популярность в промышленности. Разнообразие видов позволяет подобрать оптимальный тип соединения, что позволит добиться высокой эффективности, надежности готовой конструкции и страховку узлов от повреждений при повышении допустимых нагрузок. Подобрав шпонку исходя из соответствующих ГОСТов, можно добиться высокой эффективности работы соединения.

    На сегодняшний день можно легко подобрать необходимую деталь, что позволяет быстро сделать монтаж и замену в случае необходимости.

    Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

    Служат для передачи крутящего момента от вала к ступице или наоборот.
    Наибольшее распространение получили ненапряженные шпоночные соединения, в которых окружное усилие воспринимается боковыми поверхностями шпонок

    Призматические и сегментные шпонки стандартизованы и подбираются по таблицам ГОСТ в зависимости от диаметра вала. Длина шпонок рассчитывается. Материал шпонок — Сталь 45, Сталь 50, для призматических шпонок — чистотянутая по профилю. Как правило, применяют лишь одну шпонку вследствие трудности пригонки нескольких (не более двух)

    Расчет ненапряженных шпоночных соединений

    Для упрощения расчета предполагается равномерная эпюра распределения нагрузок на боковую поверхность шпонки (хотя в действительности она неравномерна).
    Шпонки рассчитываются на смятие и срез от действующего по диаметру вала окружного усилия

    где h, b, l — высота, ширина и длина шпонки;

    [σ]см, [τ] — допускаемые напряжения смятия и среза

    Длина шпонки выбирается по более опасному напряженному состоянию

    Соединения шпоночные с призматическими шпонками по ГОСТ 23360

    Основные размеры шпонок и сечений пазов

    Диаметр вала d, мм Ширина шпонки b Высота шпонки h Радиус закругления или фаска Sх45° Глубина паза вала t1 Глубина паза ступицы t2
    св. 12 до 17 5 5 0,16 — 0,25 3,0 2,3
    св. 17 до 22 6 6 0,16 — 0,25 3,5 2,8
    св. 22 до 30 8 7 0,16 — 0,25 4,0 3,3
    св. 30 до 38 10 8 0,25 — 0,4 5,0 3,3
    св. 38 до 44 12 8 0,25 — 0,4 5,0 3,3
    св. 44 до 50 14 9 0,25 — 0,4 5,5 3,8
    св. 50 до 58 16 10 0,25 — 0,4 6,0 4,3
    св. 58 до 65 18 11 0,25 — 0,4 7,0 4,4
    св.65 до 75 20 12 0,4 — 0,6 7,5 4,9
    св. 75 до 85 22 14 0,4 — 0,6 9,0 5,4
    св. 85 до 95 25 14 0,4 — 0,6 9,0 5,4
    св. 95 до 110 28 16 0,4 — 0,6 10,0 6,4
    св. 119 до 130 32 18 0,4 — 0,6 11,0 7,4

    Ряд длин шпонок: 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280

    Пример условного обозначения шпонки исполнения 1 по ГОСТ 23360-78 b = 18мм, h = 11мм, l = 70мм:
    Шпонка 18×11×70 ГОСТ 23360-78
    То же, исполнение 2:
    Шпонка 2-18×11×70 ГОСТ 23360-78

    Соединения шпоночные с сегментными шпонками по ГОСТ 24071

    Диаметр вала d, мм Сечение шпонки bxhxD Длина шпонки l Глубина паза вала t1 Глубина паза ступицы t2 r или Sх45° r1 или S1х45°
    св. 12 до 14 4х6; 5х16 15,7 5,0 1,8 0,25 — 0,4 0,16 — 0,25
    св.14 до 16 4х7; 5х19 18,6 6,0 1,8 0,25 — 0,4 0,16 — 0,25
    св. 16 до 18 5х6; 5х16 15,7 4,5 2,3 0,25 — 0,4 0,16 — 0,25
    св. 18 до 20 5х7; 5х19 18,6 5,5 2,3 0,25 — 0,4 0,16 — 0,25
    св. 20 до 22 5х9х22 21,6 7,0 2,3 0,25 — 0,4 0,16 — 0,25
    св. 22 до 25 6х9х22 21,6 6,5 2,8 0,25 — 0,4 0,16 — 0,25
    св. 25 до 28 6х10х25 24,6 7,5 2,8 0,25 — 0,4 0,16 — 0,25
    св. 28 до 32 8х11х28 27,3 8,0 3,3 0,4 — 0,6 0,25 — 0,4
    св. 32 до 38 10х13х32 31,4 10,0 3,3 0,4 — 0,6 0,25 — 0,4
    св. 38 до 44 12х19х65 59,1 16,0 3,3 0,4 — 0,6 0,25 — 0,4

    Пример условного обозначения шпонки исполнения 1 по ГОСТ 24071-80 сечением b × h = 5 × 6,5 мм :
    Шпонка 5×6,5 ГОСТ 24071-80
    То же, исполнения 2 сечением b х h1 = 5 х 5,2 мм
    Шпонка 2-5×5,2 ГОСТ 24071-80

    Читайте также:  Рукав сварочный для полуавтомата цена
    размеры сечений пазов и их предельные отклонения

    ШПОНКИ ПРИЗМАТИЧЕСКИЕ
    ( ГОСТ 23360-78 )

    Данный ГОСТ 23360-78 соответствует DIN 6885 в диапазоне диаметров 6-130 мм

    Описание распространяется на шпоночные соединения с призматическими шпонками и устанавливает размеры и предельные отклонения размеров призматических шпонок и соответствующих им шпоночных пазов на валах и во втулках.

    Размеры сечений пазов

    Размеры шпонок в зависимости от диаметра вала

    Диаметр
    вала
    Сечение
    шпонки bxh
    Глубина паза Длина шпонки Радиус закругления Фаска
    на валу t на втулке t1 rmin rmax cmin cmax
    от 6 до 8
    св. 8 до 10
    св. 10 до 12
    2×2
    3×3
    4×4
    1,2
    1,8
    2,5
    1,0
    1,4
    1,8
    6 – 20
    6 – 36
    8 – 45
    0,08 0,16 0,16 0,25
    св. 12 до 17
    св. 17 до 22
    св. 22 до 30
    5×5
    6×6
    8×7
    3,0
    3,5
    4,0
    2,3
    2,8
    3,3
    10 – 56
    14 – 70
    18 – 90
    0,16 0,25 0,25 0,40
    св. 30 до 38
    св. 38 до 44
    св. 44 до 50
    св. 50 до 58
    св. 58 до 65
    10×8
    12×8
    14×9
    16×10
    18×11
    5,0
    5,0
    5,5
    6,0
    7,0
    3,3
    3,3
    3,8
    4,3
    4,4
    22 – 110
    28 – 140
    36 – 160
    45 – 180
    50 – 200
    0,25 0,40 0,40 0,60
    св. 65 до 75
    св. 75 до 85
    св. 85 до 95
    св. 95 до 110
    св. 110 до 130
    20×12
    22×14
    25×14
    28×16
    32×18
    7,5
    9,0
    9,0
    10,0
    11,0
    4,9
    5,4
    5,4
    6,4
    7,4
    56 – 200
    63 – 250
    70 – 280
    80 – 320
    90 – 360
    0,40 0,60 0,40 0,60
    св. 130 до 150
    св. 150 до 170
    св. 170 до 200
    св. 200 до 230
    36×20
    40×22
    45×25
    50×28
    12,0
    13,0
    15,0
    17,0
    8,4
    9,4
    10,4
    11,4
    100 – 400
    100 – 400
    110 – 450
    125 – 500
    0,70 1,00 0,70 1,00
    св. 230 до 260
    св. 260 до 290
    св. 290 до 330
    56×32
    63×32
    70×36
    20,0
    20,0
    22,0
    12,4
    12,4
    14,4
    140 – 500
    160 – 500
    180 – 500
    1,20 1,60 1,20 1,60
    св. 330 до 380
    св. 380 до 440
    св. 440 до 500
    80×40
    90×45
    100×50
    25,0
    28,0
    31,0
    15,4
    17,4
    19,5
    200 – 500
    220 – 500
    250 – 500
    2,00 2,50 2,00 2,50
    1. Допускается применять шпонки длиной, выходящей за указанные пределы диапазонов длин. При этом длины свыше 500 мм следует выбирать из ряда Ra20 по ГОСТ 6636-69.
    2. Для крепления режущего инструмента допускается применять уменьшенные шпонки 7х7 и 24х14 мм.

    Варианты исполнения шпонок

    Ряд длин шпонок: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500

    шпонка исполнения 1: Шпонка BxHxL ГОСТ 23360-78.
    шпонка исполнения 2: Шпонка 2-BxHxL ГОСТ 23360-78.

    Материал шпонок – сталь чисто тянутая для шпонок по ГОСТ 8787-68. Допускается применять другую сталь с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа (60 кг/мм 2 ).

    Предельные отклонения пазов должны соответствовать указанным в таблице:


    Примечания:
    1. Допускаются для ширины паза и втулки любые сочетания полей допусков, указанных в таблице.
    2. Для термообработанных деталей допускаются предельные отклонения размера ширины паза вала Н11, если это не влияет на работоспособность соединения.
    3. В ответственных шпоночных соединениях сопряжения дна паза с боковыми сторонами выполняются по радиусу, величина и предельные отклонения которого должны указываться на рабочем чертеже.
    4. Допускается в обоснованных случаях (пустотелые и ступенчатые валы, передачи пониженных вращающих моментов и т.п.) применять меньшие размеры сечений стандартных шпонок на валах больших диаметров, за исключением выходных концов валов.

    Полное описание данных шпонок можно найти в ГОСТ 23360-78 "Соединения шпоночные с призматическими шпонками. Размеры шпонок и сечений пазов. Допуски и посадки".