Шпон паз на валу

Шпонка представляет собой некую деталь, являющуюся промежуточным звеном для передачи вращательного момента вала ступице. Данный процесс осуществляется за счет образования напряжения смятия шпоночных пазов. Именно по этой причине шпоночные соединения относят к группе жесткого способа передачи вращения.

В большинстве случаев шпонками пользуются в низко нагруженных изделиях. Преимущественно для деталей мелкой серии. Происходит это из-за малой несущей нагрузки шпонок, причина которой кроется в наличии следующих недостатков:

• Шпоночные пазы уменьшают поперечную площадь вала, что отрицательно влияет на его прочностные характеристики. Особенно это имеет сильный эффект на пустотелых валах с отношением внутреннего и наружного радиусов 0,6. Изготовление шпоночных пазов в таких условиях является неприемлемым.
• Форма паза отличается резкими переходами, что служит причиной образования концентраторов напряжения. Все это заметно снижает устойчивость соединения к циклическим нагрузкам.
• Достаточно низкая технологичность.

Несмотря на все вышеуказанные недочеты шпонки все равно активно применяются в отраслях машиностроения из-за упрощенной конструкции и низкой стоимости. Но на массовом и крупносерийном производстве высоко ответственных деталей шпонки уступили более совершенным во всех планах шлицевым соединениям.

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.

Шпонка. Шпоночный паз. Виды, размеры и предельные отклонения.

Призматические шпонки по ГОСТ 23360-78.

Рис 1. Основные обозначения призматических шпонок и шпоночных пазов.

Таблица 1. Размеры и предельные отклонения призматических шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 23360-78.

Призматические шпонки с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.

Рис 2. Основные обозначения призматических шпонок с креплением на валу и шпоночных пазов.

Таблица 3. Размеры призматических шпонок с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.

Сегментные шпонки по ГОСТ 8786-68.

Рис 3. Основные обозначения сегментных шпонок и шпоночных пазов.

Таблица 4. Размеры и предельные отклонения сегментных шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 8786-68.

Клиновые шпонки по ГОСТ 24068-80.

Рис 4. Основные обозначения клиновых шпонок и шпоночных пазов.

Таблица 5.1 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.

Таблица 5.2 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.

4 Как фрезеруют закрытые пазы?

Обработка пазов закрытого типа осуществляется на горизонтально-фрезерных агрегатах. Для работы используется описанное выше приспособление, которое снабжается призмами либо самоцентрирующимися тисками. Установка валов на них производится стандартным образом.

Кроме того, существует еще один вариант установки валов. Специалисты называют его «монтажом по яблочку». В этом случае вал размещается по отношению к рабочему инструменту (концевая либо шпоночная фреза для уступов и пазов) на глаз. Затем запускают режущее приспособление и аккуратно подводят его к валу до момента их взаимодействия.

При контакте фрезы и вала на последнем остается слабый след рабочего инструмента. Когда след получается в виде неполного круга, стол требуется слегка сместить. Если же рабочий видит перед собой полный круг, никаких дополнительных действий производить не нужно, можно начинать фрезерование.

Закрытые пазы, которые впоследствии слегка пригоняются, обрабатывают по двум разным схемам:

1. Врезанием фрезы (ручная операция) на всю глубину уступа и механической подачей в продольном направлении.
2. Ручным врезанием инструмента на заданную глубину и механической продольной подачей в одну сторону, а затем еще одним врезанием и подачей, но уже в противоположную сторону.

Первая методика обработки уступов и пазов используется для фрез сечением 12–14 мм. В остальных случаях рекомендована вторая схема.

Как мы видим по картинке, такой вид шпонки выглядит отличительно от всех, имея овальную форму. Если рассматривать ее технические особенности, то она имеет высокую степень к ржавчине. Чтобы этого не происходило, необходимо натянуть муфту и вал. Такой металлический продукт применяется в подвижных устройствах, где требуется дополнительное крепление.

А назначение призматической детали — роль в качестве предохранителя.

Маркировка

Обозначение шпоночного крепления вала на ступице покажем на примерах. Шпонка призматическая с шириной 18 мм, высотой 11 мм и длиной 50 мм маркируется:

Шпонка 18х11х50 ГОСТ 8789-68

Стоит заметить, что посадочные размеры пазов отличаются. Их значения находятся в соответствующих стандартах шпоночных соединений.

Таблица 1. Размеры и предельные отклонения призматических шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 23360-78.

Шпо́нка (от польск. szponka , через нем. Spon, Span — щепка, клин, подкладка) — деталь машин и механизмов продолговатой формы, вставляемая в паз соединяемых деталей шпоночного соединения для передачи крутящего момента. По форме шпонки разделяются на клиновые, призматические, сегментные, тангенциальные и цилиндрические. Изготавливаются из различных сталей и сплавов.

Призматические шпонки имеют прямоугольное сечение, противоположные грани у них параллельны. Работают эти шпонки боковыми сторонами. Они изготавливаются в двух исполнениях: с закругленными и плоскими торцами. Соединение шпонки с валом неподвижное напряженное. В паз втулки (ступицы) шпонка входит с зазором.

Сегментные шпонки подобно призматическим работают боковыми гранями. При необходимости по длине вала могут устанавливаться две, а иногда и три шпонки. К преимуществам сегментных шпонок относятся простота изготовления как самих шпонок, так и пазов под них, к недостаткам- необходимость изготовления глубоких пазов в валах, что снижает прочность последних.

Стандарты для призматических шпонок — ГОСТ 23360, DIN 6885, ANSI B17.1; для сегментных шпонок — ГОСТ 24071, ISO 3912, DIN 6888.

Допуски и посадки шпоночных соединений

Допуски и посадки шпоночных соединений стандартизированы. ГОСТ 23360-78, ГОСТ 8790-79 и ГОСТ 10748-79 предусмотрены три вида соединений с помощью призматических шпонок:

• свободное,
• нормальное,
• плотное.

Таблица 5

Допускается для ширины паза вала и втулки любое сочетание полей допусков, указанных в этой таблице. Допуск на ширину шпонки принимается h9.

Допуски на непосадочные размеры шпонок приведены в табл.6.

Что такое клиновидная шпонка?

Клиновидная шпонка — деталь в форме клина для соединения вала с одеваемой на него втулкой. Имеет прямоугольную форму с параллельными боковыми гранями. Верхняя грань имеет уклон 1:100, нижняя грань без уклона. Также с уклоном 1:100 выполнена ответная плоскость паза для шпонки на втулке.

В соответствии с нормативными документами клиновидные шпонки могут изготавливаться с головкой или без. Головка обеспечивает удобную запрессовку шпонки и облегчает ее извлечение. Клиновое шпоночное соединение является напряженным. Рабочими являются верхняя и нижняя поверхности, которые плотно сжаты между ответными поверхностями на валу и втулке. Между боковыми гранями клиновидной шпонки и стенками паза есть посадочный зазор, величина которого регламентируется нормативами.

Соединительная деталь способна передавать осевое вращение, предотвращает осевое смещение, может работать в условиях ударных нагрузок. Сдерживающий фактор для использования клиновидных шпонок — радиальное смещение втулки относительно вала. Поэтому, область применения таких деталей ограничена не ответственными соединениями без высоких нагрузок и крутящих моментов. Например, они часто используются в сельскохозяйственном машиностроении.

Отличительные особенности клиновых шпонок:

Использование клиновидной шпонки

• запрессовка в паз с созданием сил трения на верхней и нижней грани;
• применение в соединениях со свободной посадкой втулки (шкива, ступицы, маховика) на валу;
• наличие боковых зазоров между стенками паза и боковыми гранями шпонки;
• при вращении не фрезеруются края паза.

Стандарты

Требования к характеристикам, размерам клиновидных шпонок установлены соответствующими нормативными документами. Это стандарты:

• ГОСТ 24068-80
• DIN 6887 (аналог ISO 774)

Клиновидные шпонки по ГОСТ 24068-80 и DIN 6887 врезные — монтируются в вырезанный специально под их установку паз.
Межгосударственным стандартом ГОСТ 24068-80 предусмотрен выпуск изделий как с головкой, так и без.

В соответствии с ГОСТ 24068-80, материалом для производства клиновых шпонок служит шпоночная сталь с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МН/м (60 кгс/мм). Чаще всего стандартные крепежи изготавливают из конструкционной углеродистой стали марок Ст6; 45; 50; 60, по DIN 6887 из стали марки St 60-1.

В условном обозначении детали указываются последовательно наименование, исполнение (кроме 1-го), ширина, высота, длина, стандарт. Например, изделие по ГОСТ 24-08-80 в исполнении 1 (с головкой) шириной 32 мм, высотой 18 мм, длиной 200 мм имеет следующее условное обозначение:

Шпонка 32х18х200 ГОСТ 24068-80

Допуски и посадки шлицевых соединений

Основные параметры шлицевых соединений

Шлицевые соединения, как и шпоночные, предназначены для передачи крутящих моментов в соединениях шкивов, муфт, зубчатых колес и других деталей с валами.
В отличие от шпоночных соединений, шлицевые соединения, кроме передачи крутящих моментов, осуществляют еще и центрирование сопрягаемых деталей. Шлицевые соединения могут передавать большие крутящие моменты, чем шпоночные, и имеют меньшие перекосы и смещения пазов и зубьев.
Более подробно о видах шлицевых соединений здесь.

В зависимости от профиля зубьев шлицевые соединения делят на соединения с прямобочным, эвольвентным и треугольным профилем зубьев.

Шлицевые соединения с прямобочным профилем зубьев применяются для подвижных и неподвижных соединений. К основным параметрам относятся:

• D – наружный диаметр;
• d – внутренний диаметр;
• b – ширина зуба.

По ГОСТ 1139-80* в зависимости от передаваемого крутящего момента установлено три типа соединений – легкой, средней и тяжелой серии.

В шлицевых соединениях с прямобочным профилем зуба применяют три способа относительного центрирования вала и втулки (рис. 3):

• по наружному диаметру D ;
• по внутреннему диаметру d ;
• по боковым сторонам зубьев b .

Рис. 3. Способы относительного центрирования шлицевых соединений

Центрирование по наружному и внутреннему диаметрам обеспечивает хорошую соосность деталей при взаимном перемещении. Но центрирование по наружному диаметру, кроме того, применяют и для неподвижных соединений, поскольку в них отсутствует износ от осевых перемещений.

Центрирование по D рекомендуется при повышенных требованиях к соосности элементов соединения, когда твердость втулки не слишком высока и допускает обработку чистовой протяжкой, а вал обрабатывается фрезерованием и шлифуется по наружному диаметру D .
Применяется такое центрирование в подвижных и неподвижных соединениях.

Центрирование по внутреннему диаметру d применяется в тех же случаях, что и центрирование по D , но при твердости втулки, не позволяющей обрабатывать ее протяжкой. Такое центрирование является наименее экономичным.

Центрирование по боковым сторонам зубьев b используют, когда не требуется высокой точности центрирования, при передаче значительных крутящих моментов.
Способ центрирования по боковым поверхностям зубьев b целесообразно, также, применять при передаче знакопеременных нагрузок больших крутящих моментов, а также реверсивном движении.
Этот метод способствует более равномерному распределению нагрузки между зубьями, но не обеспечивает высокой точности центрирования. Применяется реже, так как при этом требует точной обработки шлицевого вала и впадин шлицевой втулки, которая может быть обеспечена у вала шлифованием зубьев, а у втулки только протягиванием отверстия. Применяется, если нужна высокая прочность, а точность центрирования не имеет существенного значения, — например карданные сочленения.

Выбор допусков и посадок шлицевых соединений

В основу построения допусков и посадок шлицевых соединений положена система, обеспечивающая сокращение дорогостоящего инструмента для обработки шлицевых отверстий — протяжек. Поэтому посадки шлицевых соединений с прямобочным профилем зуба строятся по системе отверстия (рис. 4).

Рис. 4. Поля допусков шлицевых соединений

Отклонение размеров профиля отверстия и вала отсчитываются от номинальных размеров диаметров D и d и ширины зуба b .
Для обеспечения собираемости шлицевых деталей предусматриваются гарантированные зазоры между боковыми сторонами зубьев и впадин, а также между не центрируемыми поверхностями. Эти зазоры компенсируют погрешности профиля и расположения шлицев вала и впадин втулки.
Поля допусков шлицевых соединений с прямобочным профилем располагаются в зависимости от центрирующего элемента.

Прямобочные шлицевые соединения, как правило, контролируются комплексными проходными калибрами. При этом поэлементный контроль осуществляется непроходными калибрами или измерительными приборами.
В спорных случаях контроль с применением комплексного калибра является решающим.
При использовании комплексных калибров отверстие считается годным, если комплексный калибр-пробка проходит, а диаметры и ширина паза не выходят за установленные верхние пределы; вал считается годным, если комплексный калибр-кольцо проходит, а диаметры и толщина зуба не выходят за установленный нижний предел.

Обозначение на чертежах прямобочных шлицевых соединений валов и втулок должно содержать:

• букву, соответствующую поверхности центрирования;
• число зубьев и номинальные размеры d , D и b соединения, вала и втулки;
• символы полей допусков или посадок диаметров, а также размера b , помещенные после соответствующих размеров.

В обозначении можно не указывать допуски нецентрирующих диаметров.

Допуски и посадки эвольвентных шлицевых соединений

Для повышения долговечности соединений, улучшения центрирования и упрощения фрезерования (применения метода обката одной червячной фрезой при нарезании шлицев одного модуля, но разных чисел зубьев и диаметров) используются шлицевые соединения с эвольвентным профилем зуба.

Однако при закаленных валах и втулках шлицевание зубьев с эвольвентным профилем невыгодно. Кроме того, стоимость протяжки при чистовой обработке выше, чем для зубьев с прямобочным профилем.

Основными преимуществами эвольвентных шлицевых соединений по сравнению с прямобочными являются:

• более равномерное распределение нагрузки на зубе;
• высокая прочность;
• возможность обеспечения повышенной точности, обусловленная высокой точностью червячной модульной фрезы.

На эти соединения распространяется ГОСТ 6033-80, устанавливающий исходный контур; угол наклона профиля зуба — 30°; форму зуба; номинальные диаметры D = 4. 500 мм; модули т = 0,5. 10 мм; число зубьев z = 64. 82; номинальные размеры элементов и измерительные величины по боковым поверхностям зубьев, а также допуски и посадки.

В шлицевых эвольвентных соединениях втулку относительно вала центрируют по:

• боковым поверхностям зубьев — этот способ получил наибольшее распространение, так как достигается хорошая соосность (в отличие от прямобочных соединений);
• наружному диаметру — этот способ используется, когда необходима высокая точность вращения деталей, сидящих на шлицевом валу;
• внутреннему диаметру — этот способ центрирования используется редко из-за технологических трудностей, в том числе из-за малых опорных площадок по впадинам зубьев.

Основными параметрами, которые обеспечивают взаимозаменяемость шлицевых эвольвентных соединений, являются:

• номинальный исходный диаметр соединения D ;
• диаметр окружности впадин втулки D_f
• диаметр окружности вершин зубьев втулки Da
• модуль m ;
• толщина шлица вала s и ширина впадины втулки е (как правило, s = е);
• диаметр окружности вершин зубьев вала d_a ;
• диаметр окружности впадин вала d_f
• смещение исходного контура шлицев х_m .

Допуски и посадки при центрировании по боковым поверхностям зубьев эвольвентных соединений имеют особенность, состоящую в том, что на сопрягаемые размеры толщины зубьев вала s и ширины втулки е установлены два вида допусков:

• допуск Тs = Те собственно размеров s и е ;
• суммарный допуск Т , включающий в себя как отклонения размеров s и e , так и отклонение формы и расположения поверхностей профиля зубьев вала и впадин втулки.

Введение таких допусков связано с особенностями контроля шлицевых соединений комплексными калибрами. Величина этих допусков определяется числами — степенями точности, а их расположение относительно номинального размера ( s = е ) на дуге делительной окружности — основными отклонениями.

Контроль размеров шлицевых соединений

Для контроля размеров шлицевой втулки и шлицевого вала применяют поэлементные и шлицевые комплексные калибры. Калибры для контроля внутреннего диаметра втулки и наружного диаметра вала не отличаются от гладких калибров-пробок и калибров-скоб.

Для контроля наружного диаметра D и толщины b зуба вала применяют специальные предельные калибры: листовые двусторонние пробки, неполные пробки, пазовые калибры, калибры-скобы и калибры — скобы для контроля толщины зубьев. Широко применяются комплексные шлицевые калибры, которыми контролируют не только размеры шлицевых валов и втулок, но и отклонения формы и расположения поверхностей.

Сталь 45 калиброванная

Калиброванная сталь Ст45 давно проявила себя как очень прочное надежное сырье. Заготовки из такого типа материала отлично подходят для последующей их переработки и изготовления всевозможных деталей и запчастей для различных видов техники. Как правило, сталь 45 калиброванная служит основой для создания валов, муфт, плунжеров, маховиков и других деталей. Та как она способна функционировать в крайне тяжелых рабочих условиях, то её смело можно использовать во множестве промышленных производственных отраслей:

• В строительстве зданий и сооружений
• При производстве машин и спецтехники
• Для изготовления судов и летательных аппаратов

Благодаря своему химическому составу, в котором содержится никель, фосфор и хром, сталь 45 калиброванная обладает устойчивостью к коррозионному воздействию, правда, не совсем высокой, так как процентное соотношение этих веществ небольшое. А наличие таких компонентов как углерод, кремний, марганец, сера, мышьяк и медь в структуре этого сплава позволяет ему выдерживать разные механические воздействия. По мере необходимости Ст45 можно заменить на приблизительно аналогичные по характеристикам марки 40Х, 50Г2, Ст50.

Особенности и применение шпоночного материала

Шпонка — деталь машин и механизмов продолговатой формы вставляемая в паз соединяемых деталей шпоночного соединения для передачи крутящего момента.

Шпоночный материал служит сырьём для изготовления

шпонок призматических по ГОСТ 23360-78. Такие шпонки применяются в качестве клинового стопорного элемента в осевых деталях вращения механизмов и оборудования для предотвращения их проворачивания и передачи вращения с одного элемента на другой. Одновременно шпонка является своеобразным предохранителем от перегрузок при заклинивании вращения — в такой ситуации всё избыточное усилие принимает на себя шпонка, и она «срезается», сохраняя целыми дорогостоящие зубчатые колёса, валы, шкивы и прочие детали механизмов.

Шпоночный материал — это калиброванная нахолодную упрочнённая сталь 45. Длина порезки — 1 метр. Применяется как исходное сырьё для изготовления призматических шпонок по ГОСТ 23360-68.

Сортамент сечений шпоночного матерала

Продажа от 1 метра.
Отправка по Украине транспортными компаниями.

Скачать ГОСТ 8787-68 можно в разделе «Спецификация»