Процесс долбления
Поскольку внутри втулка имеет свой радиус, то перед началом отсчета глубины паза необходимо его срезать, чтобы получить ровную площадку, которая будет нулевой точкой отсчета. Для этого с помощью суппорта двигаю резец вовнутрь втулки по продольным салазкам, снимая тончайшую стружку металла. После его возвращения в изначальное положение приближаю режущую кромку уже по поперечным салазкам к телу втулки на 0,1 мм. Снова делаю продольное движение по каретке. Процесс повторяю до тех пор, пока желоб не утратит радиус. Как только он уйдет, это и будет нулевая точка для отсчета.
Теперь приступаю к долблению шпоночного паза. В моем случае его глубина должна составлять 2,6 мм. Используя шаг по 0,1 мм потребуется сделать 26 движений резца, чтобы достичь такой глубины.
После углубления паза на 2,6 мм нужно не меняя настройки на лимбе сделать еще несколько повторных движений резца, чтобы подчистить плоскость от мелких заусениц. Далее втулка извлекается из патрона. Ее второй торец довольно грубый, но это легко решается. В резцедержатель снова устанавливается расточной резец, и снимаются аккуратные фаски. После этого втулку можно использовать по предназначению.
Долбление на токарном станке продолжительный, хотя и не сложный процесс. В моем случае продольное движение суппорта моторизировано, поэтому все делается относительно быстро. Продолбить паз возможно и на бюджетных станках с ручным приводом, но в этом случае времени понадобится значительно больше.
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.
Например:
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
Размеры шпоночного материала
При производстве проводится учет размеров шпоночного материала. В большинстве случаев на производственную площадку поставляется пруток. Длина его может составлять около 1000 миллиметров, в некоторых случаях выпуск проводится под заказ. Наиболее распространены следующие размеры шпонки:
- 4×4.
- 5×5.
- 22×22.
- 25×25.
- 32×18.
- 40×40.
Не стоит забывать о том, что от размера зависит и вес. Кроме этого, при производстве изделий определенных размеров применяются различные сплавы. Размер соединительного элемента выбирается в зависимости от того, какая будет оказываться нагрузка. Кроме этого, на размер оказывает влияние габариты соединяемых изделий.
Не допускается использование изделия с явными внешними дефектами. Даже незначительные поверхностные трещины становятся причиной существенного снижения надежности соединения.
На момент выпуска продукта проводится контроль качества при применении несколько различных методов, среди которых также визуальный осмотр.
От области применения рассматриваемого изделия во многом зависит и форма. Выделяют следующие виды:
- Клиновые.
- Призматические.
- Сегментные.
- Тангенциальные.
- Цилиндрические.
Сталь характеризуется достаточно высокой податливостью к механической обработке. В большинстве случае изделие получают из заготовки, в качестве которой выступает пруток.
ФОРМА, РАЗМЕРЫ И ПРИДЕЛЬНЫЕ ОТКЛОНЕНИЯ ШПОНОК
Форма А Форма В Форма С
b — ширина; h — высота; 5 — фаска; / — длина
Черт. 1
Издание официальное Перепечатка воспрещена
Издательство стандартов, 1992 ИПК Издательство стандартов, 2004
Таблица 1
мм
ь | h | /2) | |||||||
h 9 | h 11 | ||||||||
номинальный | пред. откл. | номинальный | пред. откл. | МИН. | макс. | ряд | |||
размер | размер | от | ДО | ||||||
5 | 0,25 | 0,40 | 10 | 56 | |||||
о | -0,060 | ||||||||
0,030 | |||||||||
6 | 4 | 0,25 | 0,40 | 14 | 70 | ||||
8 | 5 | 0,25 | 0,40 | 18 | 90 | ||||
10 | -0,036 | 6 | -0,075 | 0,40 | 0,60 | 22 | 110 | ||
12 | 6 | 0,40 | 0,60 | 28 | 140 | ||||
14 | 6 | 0,40 | 0,60 | 36 | 160 | ||||
16 | -0,043 | 1 | 0,40 | 0,60 | 45 | 180 | |||
18 | 1 | 0,40 | 0,60 | 50 | 200 | ||||
20 22 | 8 9 | -0,090 | 0,60 0,60 | 0,80 0,80 | 56 63 | 220 250 | |||
25 | -0,052 | 9 | 0,60 | 0,80 | 70 | 280 | |||
28 | 10 | 0,60 | 0,80 | 80 | 320 | ||||
32 | 11 | 0,60 | 0,80 | 90 | 360 | ||||
36 | -0,062 | 12 | -0,110 | 1,00 | 1,20 | 100 | 400 |
11 Фаски снимают только на продольных кромках и на закругленных концах шпонок, остальные кромки притупляют.
2) Длины шпонок выбирают из ряда: 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 и 400 мм.
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.
| Диаметр вала d | Сечение шпонки bхh | Шпоночный паз | Длина l мм | ||||||||||
| Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | |||||||||||
| Свободное соединение | Номинальное соединение | Плотное соед. | Вал t1 | Втулка t2 | |||||||||
| Вал (Н9) | Втулка (D10) | Вал (N9) | Втулка (JS9) | Вал и втулка (Р9) | Ном.. | Ном. | Пред. откл. | не более | не менее | ||||
| Cв.12 до 17 » 17 » 22 | 5×5 6×6 | +0,030 | +0,078 +0,030 | 0 -0,030 | ±0,015 | -0,012 -0,042 | 3,0 3,5 | +0,1 | 2,3 2,8 | +0,1 | 0,25 0,25 | 0,16 0,16 | 10-56 14-70 |
| Св. 22 до 30 » 30 » 38 | 8×7 | +0,036 | +0,098 +0,040 | 0 -0,036 | ±0,018 | -0,015 -0,051 | 4,0 5,0 | +0,2 | 3,3 3,3 | +0,2 | 0,25 0,4 | 0,16 0,25 | 18-90 |
| 10×8 | 22-110 | ||||||||||||
| Св. 38 до 44 » 44 » 50 » 50 » 58 » 58 » 65 | 12×8 | +0,043 | +0,120 +0,050 | 0 -0,043 | ±0,021 | -0,018 -0,061 | 5,0 | 3,3 | 0,4 | 0,25 | 28-140 | ||
| 14×9 | 5,5 | 3,8 | 36-160 | ||||||||||
| 16×10 | 6,0 | 4,3 | 45-180 | ||||||||||
| 18×11 | 7,0 | 4,4 | 50-200 | ||||||||||
| Св. 65 до 75 » 75 » 85 » 85 » 95 | 20×12 | +0,052 | +0,149 +0,065 | 0 -0,052 | ±0,026 | -0,022 -0,074 | 7,5 | 4,9 | 0,6 | 0,4 | 56-220 | ||
| 22×14 | 9,0 | 5,4 | 63-250 | ||||||||||
| 24×14 | 9,0 | 5,4 | 70-280 |
Таблица 2. Предельные отклонения размеров (d + t1) и (d + t2).
| Высота шпонок | Предельное отклонение размеров | |
| d + t1 | d + t2 | |
| От 2 до 6 | 0 -0,1 | +0,1 0 |
| Св. 6 до 18 | 0 -0,2 | +0,2 0 |
| Св. 18 до 50 | 0 -0,3 | +0,3 0 |
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.
| Ширина b (h9) | Высота h (h11) | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | Диаметр d0 | Длина l2 | Длина l (h14) | Винты по ГОСТ 1491-80 | ||
| не менее | не более | от | до | |||||
| 8 | 7 | 0 25 | 0,40 | М3 | 7 | 25 | 90 | М3×8 |
| 10 | 8 | 0,40 | 0,60 | 8 | 25 | 110 | М3×10 | |
| 12 | М4 | 10 | 28 | 140 | М4×10 | |||
| 14 | 9 | М5 | 36 | 160 | М5×12 | |||
| 16 | 10 | М6 | 11 | 45 | 180 | М6×14 | ||
| 18 | 11 | 50 | 200 | |||||
| 20 | 12 | 0,60 | 0,80 | 56 | 220 | |||
| 22 | 14 | М8 | 16 | 63 | 250 | М8×20 | ||
| 25 | 70 | 280 | ||||||
| 28 | 16 | 80 | 320 | |||||
| 32 | 18 | М10 | 18 | 90 | 360 | М10×25 | ||
| 36 | 20 | 1,00 | 1,20 | 100 | 400 | |||
| 40 | 22 | М12 | 22 | 100 | 400 | М12×30 | ||
| 45 | 25 | 125 | 450 |
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.
| Диаметр вала d | Размеры шпонки b×h×D | Шпоночный паз | |||||||
| Передающих вращающий момент | Фиксирующих элементы | Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | |||||
| Вал t1 | Втулка t2 | ||||||||
| Номин. | Пред. откл. | Номин. | Пред. откл. | не менее | не более | ||||
| От 3 до 4 Св. 4 » 5 | От 3 до 4 Св. 4 » 6 | 1×1,4×4 1,5×2,6×7 | 1,0 1,5 | 1,0 2,0 | +0,1 0 | 0,6 0,8 | +0,1 | 0,08 | 0,16 |
| Св. 5 » 6 » 6 » 7 | Св. 6 » 8 » 8 » 10 | 2×2,6×7 2×3,7×10 | 2,0 | 1,8 2,9 | 1,0 1,0 | ||||
| Св. 7 до 8 | Св. 10 до 12 | 2,5×3,7×10 | 2,5 | 2,7 | 1,2 | ||||
| Св. 8 до 10 » 10 » 12 | Св. 12 до 15 » 15 » 18 | 3×5×13 3×6,5×16 | 3,0 | 3,8 5,3 | +0,2 0 | 1,4 1,4 | |||
| Св. 12 до 14 » 14 » 16 | Св. 18 до 20 » 20 » 22 | 4×6,5×16 4×7,5×19 | 4,0 | 5,0 6,0 | 1,8 1,8 | 0,16 | 0,25 | ||
| Св. 16 до 18 » 18 » 20 | Св. 22 до 25 » 25 » 28 | 5×6,5×16 5×7,5×19 | 5,0 | 4,5 5,5 | 2,3 2,3 | ||||
| Св. 20 до 22 | Св. 28 до 32 | 5×9×22 | 7,0 | +0,3 | 2,3 | ||||
| Св. 22 до 25 » 25 » 28 | Св. 32 до 36 » 36 » 40 | 6×9×22 6×10×25 | 6,0 | 6,5 7,5 | 2,8 2,8 | ||||
| Св. 28 до 32 | Св. 40 | 8×11×28 | 8,0 | 8,0 | 3,3 | +0,2 | 0,25 | 0,40 | |
| Св. 32 до 38 | Св. 40 | 10×13×32 | 10,0 | 10,0 | 3,3 |
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.
| Ширина b (h9) | Высота h (h11) | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | Длина l (h14) | Высота шпоночной головки | ||
| не менее* | не более | от | до | |||
| 2 | 2 | 0,16 | 0,25 | 6 | 20 | — |
| 3 | 3 | 6 | 36 | — | ||
| 4 | 4 | 8 | 45 | 7 | ||
| 5 | 5 | 0,25 | 0,40 | 10 | 56 | 8 |
| 6 | 6 | 14 | 70 | 10 | ||
| 8 | 7 | 18 | 90 | 11 | ||
| 10 | 8 | 0,40 | 0,60 | 22 | 110 | 12 |
| 12 | 8 | 28 | 140 | 12 | ||
| 14 | 9 | 36 | 160 | 14 | ||
| 16 | 10 | 45 | 180 | 16 | ||
| 18 | 11 | 50 | 200 | 18 | ||
| 20 | 12 | 0,60 | 0,80 | 56 | 220 | 20 |
| 22 | 14 | 63 | 250 | 22 | ||
| 25 | 14 | 70 | 280 | 22 | ||
| 28 | 16 | 80 | 320 | 25 | ||
| 32 | 18 | 90 | 360 | 28 | ||
| 36 | 20 | 1,00 | 1,20 | 100 | 400 | 32 |
| 40 | 22 | 100 | 400 | 36 | ||
| 45 | 25 | 110 | 450 | 40 | ||
| 50 | 28 | 125 | 500 | 45 | ||
| 56 | 32 | 1,60 | 2,00 | 140 | 500 | 50 |
| 63 | 32 | 160 | 500 | 50 | ||
| 70 | 36 | 180 | 500 | 56 | ||
| 80 | 40 | 2,50 | 3,00 | 200 | 500 | 63 |
| 90 | 45 | 220 | 500 | 70 | ||
| 100 | 50 | 250 | 500 | 80 |
Продолжение.
Таблица 5.2 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.
| Диаметр вала | Сечение шпонки bхh | Шпоночный паз | ||||||
| Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | ||||||
| Вал и втулка (D10) | Вал t1 | Втулка t2 | ||||||
| Номин. | Пред. откл. | Номин. | Пред. откл. | не менее | не более | |||
| От 6 до 8 | 2х2 | 2 | 1,2 | +0,1 0 | 0,5 | +0,1 0 | 0,08 | 0,16 |
| Св. 8 до 10 | 3х3 | 3 | 1,8 | 0,9 | ||||
| Св. 10 до 12 | 4х4 | 4 | 2,5 | 1,2 | ||||
| Св. 12 до 17 | 5х5 | 5 | 3,0 | 1,7 | 0,16 | 0,25 | ||
| Св. 17 до 22 | 6х6 | 6 | 3,5 | 2,2 | ||||
| Св. 22 до 30 | 8х7 | 8 | 4,0 | +0,2 0 | 2,4 | +0,2 0 | ||
| Св. 30 до 38 | 10х8 | 10 | 5,0 | 2,4 | 0,25 | 0,40 | ||
| Св. 38 до 44 | 12х8 | 12 | 5,0 | 2,4 | ||||
| Св. 44 до 50 | 14х9 | 14 | 5,5 | 2,9 | ||||
| Св. 50 до 58 | 16х10 | 16 | 6 | 3,4 | ||||
| Св. 58 до 65 | 18х11 | 18 | 7 | 3,4 | ||||
| Св. 65 до 75 | 20х12 | 20 | 7,5 | 3,9 | 0,40 | 0,60 | ||
| Св. 75 до 85 | 22х14 | 22 | 9 | 4,4 | ||||
| Св. 85 до 95 | 25х14 | 25 | 9 | 4,4 | ||||
| Св. 95 до 110 | 28х16 | 28 | 10 | 5,4 | ||||
| Св. 110 до 130 | 32х18 | 32 | 11 | 6,4 | ||||
| Св. 130 до 150 | 36х20 | 36 | 12 | +0,3 0 | 7,1 | +0,3 0 | 0,70 | 1,00 |
| Св. 150 до 170 | 40х22 | 40 | 13 | 8,1 | ||||
| Св. 170 до 200 | 45х25 | 45 | 15 | 9,1 | ||||
| Св. 200 до 230 | 50х28 | 50 | 17 | 10,1 | ||||
| Св. 230 до 260 | 56х32 | 56 | 20 | 11,1 | 1,20 | 1,60 | ||
| Св. 260 до 290 | 63х32 | 63 | 20 | 11,1 | ||||
| Св. 290 до 330 | 70х36 | 70 | 22 | 13,1 | ||||
| Св. 330 до 380 | 80х40 | 80 | 25 | 14,1 | 2,00 | 2,50 | ||
| Св. 380 до 440 | 90х45 | 90 | 28 | 16,1 | ||||
| Св. 440 до 500 | 100х50 | 100 | 31 | 18,1 |
Сегментные шпонки
Для фиксации деталей могут применяться самые различные технологи, довольно большое распространение получили сегментные шпонки. Они обладают довольно большим количеством технологических преимуществ в сравнении с обычным призматическими вариантами исполнения. Рассмотрим то, как проводится соединение сегментными шпонками, и какими они обладают особенностями.
В большинстве случаев рассматриваемая технология применяется для фиксации шестерен и звездочек на валу. Пазы на подобных изделиях получаются при обработке дисковыми фрезами с большим показателем производительности и точности. Специальное приспособление для нарезки сегментных шпонок существенно упрощает поставленную задачу, а также снижает себестоимость проводимых работ.
Сегодня шпонку сегментного типа применяют по довольно большому количеству причин. Примером можно назвать нижеприведенную информацию:
Не стоит забывать о том, что соединение сегментной шпонкой становится причиной существенного ослабления валов, особенно если проводится крепление полого варианта исполнения. Подобный метод крепления используется в случае установки массивных валов, когда размеры могут быть существенно увеличены.
Распространение подобного соединения определило появление таблиц в технической документации, где указываются основные параметры. Примером являются следующие показатели:
Фреза для пазов сегментных шпонок по ГОСТ 6648-79 позволяет получать требуемые пазы в один или несколько проходов в зависимости от глубины врезания.
Сегментные шпонки и шпоночные пазы также классифицируются по определенным признакам. Первая группа предназначена для передачи крутящего момента, вторая непосредственной фиксации детали на валу. К особенностям первой группы можно отнести следующее:
Для нарезания требующихся пазов, как правило, применяется фрезеровальное оборудование. Точность показателей может варьироваться в большом диапазоне, все зависит от конкретного случая.
Используемый материал выбирается с учетом того, что показатель сопротивления на разрыв должен быть не менее 590 Н/мм2. При этом может проводится дополнительная механическая и термическая обработка для достижения более высоких показателей.
К рассматриваемому изделию предъявляется довольно большое количество требований. Среди основных отметим следующее:
В целом можно сказать, что сегментные шпонки могут использоваться для соединения самых различных элементов
При этом важно учитывать все технические моменты, так как неправильный выбор может стать причиной снижения прочности и надежности механизма. Размеры и другие технические параметры выбираются на момент проектирования изделия. Источник
Источник
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
| Вид соединения | Поле допуска ширины шпоночного паза | |
| Вал | Втулка | |
| Свободное | H9 | D10 |
| Нормальное | N9 | Js9 |
| Плотное | P9 |
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.
Таблица 6
| Высота шпонок | Предельные отклонения размеров | |
| d-t1 | d+t2 | |
| Св. 9 до 18 | 0 -0,2 | +0,2 |
| Св. 18 до 50 | 0 -0,3 | +0,3 |
| Св. 50 до 95 | 0 -0,4 | +0,4 |
ГОСТ 24071 — 80 предусматривает два вида соединений с помощью сегментной шпонки — нормальное и плотное.
Допускаются также любые сочетания полей допусков для ширины паза вала и втулки.
Допускается в отдельных обоснованных случаях (пустотелые и ступенчатые валы, передачи пониженных крутящих моментов и т.п.) применять меньшие размеры сечений шпонок на валах больших диаметров, за исключением выходных концов валов.
Поля допусков ширины и высоты шпонки принимаются соответственно h9 и h11.
Допуски и посадки шпоночных соединений
Общие сведения о шпоночных соединениях
Шпоночное соединение — один из видов соединений вала со втулкой с использованием дополнительного конструктивного элемента (шпонки), предназначенной для предотвращения их взаимного поворота.
Чаще всего шпонка используется для передачи крутящего момента в соединениях вращающегося вала с зубчатым колесом или со шкивом, но возможны и другие решения, например — защита вала от проворачивания относительно неподвижного корпуса.
Более подробно о видах шпоночных соединений здесь.
В отличие от соединений с натягом, которые обеспечивают взаимную неподвижность деталей без дополнительных конструктивных элементов, шпоночные соединения – разъемные. Они позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке.
По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные.
Призматические шпонки дают возможность получать как подвижные, так и неподвижные соединения. Сегментные шпонки и клиновые шпонки, как правило, служат для образования неподвижных соединений. Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизованы и выбираются в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединения.
Обычно шпонки устанавливают в пазах на валу по неподвижной, а втулки — по одной из подвижных посадок. Натяг шпонки необходим, чтобы шпонка не выпадала при монтаже и не передвигалась при эксплуатации, а зазор при втулке, — чтобы компенсировать неизбежные неточности размеров, формы и взаимного расположения пазов.
В машиностроении наибольшее применение получили соединения с призматическими шпонками. Их размеры и размеры шпоночных пазов нормируются ГОСТ 23360-78 «Шпонки призматические. Размеры, допуски и посадки».
Предельные отклонения размеров призматических шпонок по ширине и высоте установлены для трех исполнений шпонок (рис. 1):
- с закруглениями по обоим концам (А);
- прямоугольные (В);
- с закруглением на одном конце (С).
Рис. 1. Виды исполнений призматических шпонок (вид сверху)
Шпоночное соединение включает в себя минимум три посадки: вал-втулка (центрирующее сопряжение) шпонка-паз вала и шпонка-паз втулки.
Точность центрирования деталей в шпоночном соединении обеспечивается посадкой втулки на вал. Это обычное гладкое цилиндрическое сопряжение, которое можно назначить с очень малыми зазорами или натягами, следовательно – предпочтительны переходные посадки.
Возможно еще одно сопряжение – по длине шпонки, если призматическую шпонку с закругленными торцами закладывают в глухой паз на валу.
Глубина паза у вала под шпонку задается размером l, (предпочтительно) или d-t1, глубина паза у отверстия под шпонку — размером t2 или D+t2 (рис. 2).
Рис. 2. Параметры шпоночного соединения
Размеры шпонок изготавливаются: по ширине b шпонки (рис. 2) с полем допуска h9, по высоте h шпонки с полем допуска h11 (при высоте шпонки 2 …6 мм — по B9), по длине l шпонки с полем допуска h14.
Такое назначение полей допусков на размеры призматических шпонок делает возможным их централизованное изготовление независимо от посадок.
Все виды шпоночных соединений образуются в системе вала. Вид соединения выбирается в зависимости от его функционального назначения с учетом технологии сборки. Для предпочтительного применения стандартом предусмотрено три вида соединения (рис. 3):
- Свободное — соединение с гарантированным зазором для возможности перемещения втулки вдоль вала со шпонкой. Соединение подвижное. Для ширины паза на валу задается поле допуска Н9, для ширины паза втулки — Z10.
- Нормальное — соединение с переходной посадкой, с большей вероятностью в получении зазора, не требующее частых разборок. Соединение неподвижное. Для ширины паза на валу задается поле допуска N9, для ширины паза втулки — J9.
- Плотное — соединение с переходной посадкой, с приблизительно равной вероятностью получения зазоров и натягов, применяющееся при редких разборках и реверсивных нагрузках. Соединение неподвижное. Для ширины паза вала и втулки задается одно поле допуска H9.
Стандартом установлены поля допусков по ширине шпонки и шпоночных пазов b для свободного, нормального и плотного соединений.
Длина пазов вала и отверстия под шпонку изготавливается с полем допуска Z15, глубина пазов вала и отверстия — с полем допуска Z12.
К местам установок шпонок предъявляются дополнительные требования по расположению поверхностей.
***
Характеристики шпоночной стали
Приведенная выше информация указывает на то, что сталь для шпонок должна обладать определенными эксплуатационными характеристиками. Из названия материала можно сразу определить область ее применения. Среди особенностей отметим следующее:
- Металлическая шпонка производится зачастую при применении металла, который отвечает ГОСТу 8787-68.
- Зарубежные производители учитывают стандарт DIN
- В большинстве случаев используется шпоночный прокат, представленный конструкционной углеродистой сталью.
- Особенностью можно назвать то, что поверхностный слой обладает лучшими эксплуатационными характеристиками.
- Повысить основные характеристики можно за счет проведения различного рода термической обработки. Часто твердость повышается путем закалки или выполнения отпуска.
Используемая марка стали хорошо поддается холодному и горячему волочению. За счет этого проводится выпуск объемной или комбинированной калибровки.
Довольно большое распространение получил шпоночный материал 8×7. Применение стандартов на момент производства заготовок позволяет существенно упростить задачу по выпуску промежуточного элемента
При выборе материала уделяется внимание нижеприведенным моментам:
- Твердость поверхностного слоя.
- Устойчивость материала от воздействия окружающей среды.
- Степень обрабатываемости.
Распространенные сплавы могут применяться для изготовления призматических и других вариантов исполнения промежуточных элементов, который устанавливается для передачи усилия. Стоит учитывать, что чаще всего шпоночная сталь применяется при создании прямоугольных брусков различных размеров, которые устанавливаются на валу.
Классический вариант представлен маркой Ст45. К ключевым особенностям отнесем:
Это конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, стоимость которой относительно невысокая. Традиционно используется при изготовлении ответственных деталей
Не стоит обращать внимание на то, что подобная марка не подается сварке
Кроме этого, может применяться марка Ст50, свойства которой не существенно отличаются от предыдущего варианта.
В случае, когда нужно существенно повысить прочность соединения следует уделить внимание возможности применения легированных сплавов. Внесение в состав определенных химических элементов позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики. Примером можно назвать марку 40Х, которая характеризуется следующими особенностями:
Примером можно назвать марку 40Х, которая характеризуется следующими особенностями:
- Твердость варьируется в пределе 35-45 HRC. Для повышения этого показателя проводится термическая обработка, а также отпуск для снижения вероятности появления внутренних напряжений.
- Внесение хрома позволяет несколько повысить степень защиты материала от воздействия повышенной влажности. Этот момент определяет то, что коррозия на поверхности не появляться в течение длительного периода применения изделия.
- Концентрация углерода в районе 0,4% обеспечивает требуемую прочность и твердость изделия. При этом в состав могут включаться и другие вещества в небольшой концентрации, за счет чего обеспечиваются требуемые эксплуатационные характеристики.
Также могут применяться и другие сплавы с особыми эксплуатационными характеристиками, к примеру, с хорошей устойчивостью к воздействию повышенной температуры. Выбор проводится в зависимости от эксплуатационных характеристик и многих других моментов.
Характеристика шпоночных соединений
Шпонка представляет собой продолговатую деталь, которая вставляется в паз, вырезанный в валу. Они имеют в разрезе разную форму и делятся:
- призматические;
- круглые;
- сегментные;
- тангенциальные;
- клиновые.
По исполнению различают ненапряженные и напряженные соединения.
Призматические шпонки устанавливаются с легким натягом. Аналогично собирают сегментное соединение. Происходит центрирование без монтажных напряжений. Такие соединения относят к ненапряженным.
Ступица имеет сквозную выборку по отверстию и надевается на выступающую из вала шпонку.
Прочность шпоночного соединения рассчитывают:
- на срез;
- на смятие.
Обычно расчет ведется на смятие шпонки, поскольку разрушение начнется с него. Срез шпонки возможен только в случаях, когда напряжение сконцентрировано по линии соприкосновения вала и ступицы при неправильной подгонке шпонок. Если сечение детали значительно меньше ее высоты, он может срезаться. Это используют, когда нужен предохранительный механизм от перегрузок. Менять детали зубчатого зацепления дорого и долго, проще переставить шпонку.
Выбор шпонки для расчета осуществляется по диаметру вала подбором соответствующих ему соединительных деталей. Длина вычисляется по нагрузке, чтобы она ее выдержала. Все детали имеют стандартные размеры, и выбираются по таблице округлением до большей, чем расчетная деталь.
На смятие расчет делается по формуле:
[Mкр max] = 0,5DKLδсм
Где: Mкр max – максимальный крутящий момент, допустимый на валу;
D – диаметр вала, соответственно 0,5 d его радиус;
K – высота выступающей из паза вала части шпонки ;
L – длина;
δсм – допускаемое напряжение при смятии.
Откуда расчетный размер длины шпонки высчитывается по формуле:
L = Mкр/0,5DKδсм
Где Mкр – крутящий момент вала.
Подбор детали нужного размера делается по таблице нормализованных длин для шпонок. Значение округляется до ближайшего размера. Например, в результате расчета получили расчетную длину 16,6. 16 мм будет мало, следующее значение 18 мм подходит.
Проверка правильности расчета делается на срез, по формуле:
[Mкр max] = 0,5(D+K)bL[τср
Где: τср – допустимое значение на срез.
Минимальная расчетная длина детали на срез проверяется по формуле:
L = Mкр/0,5(D+K)b[τср ]
Расчетная длина по второй формуле должна быть больше. Сравнением 2 чисел определяется нагруженность соединения.
При больших нагрузках ступица может оказаться короче расчетной длины шпонки. В этом случае устанавливается 2 детали. Надо учитывать погрешность изготовления деталей и неравномерно распределенную нагрузку. Расчетный коэффициент нагрузки при 2 соединениях 0,75.
Пазы делаются под углом 180° и располагаются напротив. Для упрощения технологии обработки, рекомендуется на разных диаметрах одного вала фрезеровать одинаковые пазы. Операция проводится с одной установки и инструмент не выходит из оси.
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.
