Шпонка что это такое

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.

Шпонка что это такое

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.

Шпонка что это такое

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.Шпонка что это такоеСреди 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.Шпонка что это такоеНа 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.Шпонка что это такое
    • 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.Шпонка что это такое
    Читайте также:  Оборудование для хромирования деталей

    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.

    Шпонка что это такое

    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.

    Читайте также:  Скобы тип 140 и тип 53 отличия

    Шпонка что это такое

    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.

    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.

    Шпонка — – металлический или деревянный вкладыш в теле соединяемых деревянных конструктивных элементов, предотвращающий их относительное смещение. [СТБ 1725 2007] Шпонка – деревянный брусок, обработанный по заданному профилю и загоняемый в паз щита… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

    Шпонка — (детали машин) металлическая деталь, предназначенная для передачи крутящего момента. Шпонка (иконопись) деталь иконы предназначенная для увеличения жёсткости и прочности иконной доски … Википедия

    ШПОНКА — (польск. szponka от нем. Spon, Span щепка, клин). 1) деталь призматической, клинообразной или др. формы, устанавливаемая в пазах двух соприкасающихся деталей и предотвращающая их относительный поворот или сдвиг2)] Прокладка из гидроизоляционного … Большой Энциклопедический словарь

    ШПОНКА — ШПОНКА, шпонки, жен. (нем. Spon щепка) (тех.). Шип для скрепления двух каких нибудь частей, напр. для соединения вала со шкивом, для сплачивания двух досок. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

    ШПОНКА — (Bung) клин с малым уклоном, служащий для скрепления каких либо двух частей между собой, напр. вала с насаженной на нем шестерней. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

    шпонка — сущ., кол во синонимов: 4 • прокладка (28) • шпон (8) • шпона (4) • … Словарь синонимов

    шпонка — Металлический или деревянный вкладыш в теле соединяемых деревянных конструктивных элементов, предотвращающий их относительное смещение [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики машиностроение в… … Справочник технического переводчика

    ШПОНКА — (1) крепёжная деталь шпоночного соединения, входящая одновременно в пазы вала машины и ступицы соединяемой с ним детали (шестерни, шкива и др.) (см. .), предотвращает их относительный поворот или сдвиг (подвергается деформации среза и смятия).… … Большая политехническая энциклопедия

    шпонка — (польск. szponka нем.; см. шпон) 1) соединительный элемент, установленный в пазах вала и насаженной на него детали (зубчатого колеса, шкива и т. п.); предупреждает их относительное вращение; 2) деревянный брусок для связки нескольких досок в щит; … Словарь иностранных слов русского языка

    шпонка — и; мн. род. нок, дат. нкам; ж. [польск. szponka] Техн. 1. Соединительный элемент, устанавливаемый в пазах двух деталей (зубчатого колеса, шкива и т.п.), препятствующий их сдвигу относительно друг друга. // Деревянный брусок, врезаемый поперёк… … Энциклопедический словарь

    Шпонка что это такое

    Понятие шпонки

    Соединительный узел состоит из вала, ступицы и самой шпонки. Соединительным элементом двигателя и машины может быть ступица колеса, звездочка, шестеренки или другая деталь.

    Шпонка — это металлический брус, который устанавливается в соединительные пазы входного или выходного валов и ступицу двигателя или машины. Она предназначена для передачи силы вращения со ступицы двигателя на валы редуктора, с них — на ступицу машины.

    Шпонка что это такое

    Для изготовления паза под соединитель, применяют дисковую или концевую фрезу. Паз в ступице изготавливают методом протягивания резца.

    Типы шпонок, их размеры, формы и варианты установки определены соответствующими стандартами и нормативами.

    Классификация

    Она напрямую зависит от формы применяемых соединителей. Форма делится на виды:

    1. Сегментные.
    2. Призматические.
    3. Круглые.
    4. Тангенциальные.
    5. Клиновые.

    По своей классификации соединения могут быть:

    Не напряженное соединение получается, если применяются призматические, круглые или сегментные соединители. Они исключают монтажное напряжение. Установка их на валы проводится с натягиванием. Это обеспечивает плотное крепление, центрирование и исключает появление коррозии.

    Читайте также:  Изготовление штихеля по металлу

    При установке клинового или тангенциального вкладыша возникает напряженное или монтажное соединение. Тангенциальная вкладка похожа на клиновую и является ее подвидом. При их установке появляется радиальное напряжение, что ведет к разбалансированной работе механизма.

    Призматическая шпонка может иметь плоскую или округленную торцевую часть. Округленная часть проще устанавливается. Наличие соединителя с плоским торцевой частью исключает его движение по валу.

    Сегментный соединитель устанавливается на редукторы, которые работают с низкой частотой вращения влаов. Это обусловлено тем, что под вкладыш делается глубокий паз, который снижает прочность вала. Они легко устанавливаются в паз и просто вынимаются. Глубокая посадка в пазу обеспечивает устойчивость соединителя, исключает необходимость дополнительного крепежа.

    Материал и напряжение

    Для изготовления стандартизированного соединителя применяется среднеуглеродистая чистотянутая сталь. Основными марками стали являются Ст6, Ст45, Ст50. Применяемая сталь должна иметь напряжение смятия не менее 600 МПа. Эта величина во многом зависит от материала, из которого изготовлена ступица двигателя или машины. В основном, для производства ступицы применяется сталь. Реже используется чугун. Если ступица выполнена из стали, то при неподвижном соединении напряжение может быть в пределах от 150 до 210 МПа. У чугунной ступицы этот показатель составляет от 90 до 120 МПа. Если нагрузка постоянная, то напряжение может быть увеличено.

    Напряжение в шпонке на линии среза должно находится в пределах с 70 до 120 МПа. Увеличенные напряжения могут допускаться, если нагрузка является постоянной

    Выходной вал редуктора под шпоночное соединение изготавливается из стали. Он может быть односторонний или двусторонний. Двусторонний устанавливается в том случае, когда передача крутящего момента от редуктора проводится на две машины. При необходимости, вторая машина может быть отсоединена и работать только одна сторона. Или можно установить односторонний вал.

    Расчет шпоночного соединения

    Соединитель выбирается, в зависимости от его диаметра, из таблиц стандартов. Находясь в пазу, он испытывает напряжение на боковой срез и смятие. Боковые стенки валов и ступиц подвержены напряжению на смятие.

    Расчетные данные на смятие является основным параметром. Если у призматического соединителя он соответствует норме, то расчет на срез можно пропустить. Это обусловлено тем, что соотношение размеров пазов и шпонок выполнено в таких пропорциях, которые исключает необходимость расчета на срез, если расчет на смятие отвечает нормативным данным.

    Расчет призматического соединителя на смятие проводится по формуле:

    σсм = 2х〖10〗^3 Т/(dklp) ≤ (σсм), где

    Т — вращающий момент, Нм;
    d — диаметра вала;
    k — часть шпонки, которая выступает из вала и входит в ступицу;
    lp — расчетная длина шпонки;
    (σсм) — допустимое напряжение смятия, МПА.

    Часть, которая выступает из вала и входит в ступицу, рассчитывается по формуле:

    Н — общая высота соединителя;
    Тз — глубина залегания вкладыша в валу.

    Расчетная длина соединителя вычисляется формулой:

    У сегментных шпонок проводится расчет на срез.

    Условие прочности по напряжениям среза:

    τср = 2х〖10〗^3 Т/(dblp) ≤ (τср), где

    b — ширина шпонки;
    τср — допустимое напряжение среза.

    Советы при проектировании соединения

    При выборе варианта соединения и его расчете рекомендуется придерживаться некоторых правил. Они основаны на анализе применения и работоспособности шпоночных соединителей:

    1. Если на валу имеется несколько пазов по шпонку, то их необходимо располагать по единой образующей.
    2. При наличии на одном валу нескольких ступеней, предпочтительнее использовать одинаковые по сечению шпонки, начиная со ступени меньшего диаметра. Это усилит прочность соединения, так как на разных валах окружная сила обратно пропорциональна диаметру.
    3. Если требуется установка двух шпонок сегментного вида, то их лучше ставить в один паз. Необходимо помнить, что увеличение числа шпонок, снижает прочность деталей. Вариантом замены может служить шлицевой переходник с соответствующим соединением.
    4. Изменение диаметра ступени вала под призматическое соединение возможен. При этом посадочный размер большего диаметра должен быть свободно проходимый, а соединение меньшего диаметра должно оставаться прежним.