Шпон паз на валу

6.4.1. Общие сведения

Шпоночное соединение — одно из распространенных средств передачи крутящего момента от вала втулке. Эти соединения применяют в тех случаях, когда нет особых требований к точности центрирования соединяемых деталей. Шпоночные соединения могут обеспечивать как неподвижное, так и подвижное вдоль оси соединение.

По форме шпонки разделяются на призматические, клиновые, сегментные и тангенциальные. Чаще других используются призматические шпонки с закругленными торцами, так называемого исполнения 1 по ГОСТу 23360-78 (рис. 6.19, а).

На валу изготавливается паз длиной, равной длине шпонки (рис. 6.19, б). Для облегчения сборочных операций допускается изготавливать длину шпоночного паза на 0,5—1,0 мм больше длины шпонки. Шпоночные пазы не доводят до торца вала на расстояние L = 3. 5 мм при диаметре вала Db ≤ 30 мм и L = 5. 7 мм при Db > 30 мм. При наличии на ступенчатом валу нескольких шпоночных пазов их рекомендуется располагать в разных плоскостях.

Во втулке продалбливают (как правило, на всю длину втулки) шпоночную канавку (рис. 6.19, в).

Шпонка вставляется в паз на валу (рис. 6.19, г). Затем втулка надевается на вал таким образом, чтобы выступающая часть шпонки вошла в шпоночную канавку (рис. 6.19, д). Глубина канавки должна обеспечивать зазор К между поверхностью шпонки и канавкой (рис. 6.20).

Поперечные размеры шпонки b×h увязаны с размером диаметра Db вала. В справочных таблицах ГОСТа 23360-78 определены диапазоны диаметров (свыше Dmin до Dmax) вала, для которых установлены соответствующие сечения шпонок. Длина шпонок l также стандартизована. При работе с КОМПАС-библиотекой нет необходимости в разыскивании этой информации в справочной литературе — все данные для построения имеются в диалоговых окнах библиотеки.

При изображении шпонок на сборочных чертежах они показываются не рассеченными на продольных разрезах и рассеченными — на поперечных разрезах.

Рис. 6.19. Элементы шпоночного соединения:

а — призматическая шпонка с закругленными торцами;

б — шпоночный паз на валу; в — шпоночная канавка во втулке;

г — шпонка, вставленная в паз на валу;

д — шпоночное соединение в сборе (втулка показана с вырезом четверти)

На чертежах деталей с призматическими шпонками размеры шпоночного паза на валу проставляют обычно как на рис. 6.21, а, а шпоночной канавки во втулке — как на рис. 6.21, б.

При этом обязательными считаются следующие размеры:

длина Lp шпоночного паза;

ширина b шпоночного паза вала и втулки;

глубина пазов: на валу — размер t1 и во втулке — размер Db + t2;

диаметры Db вала и отверстия втулки.

Рис. 6.20. Параметры шпоночного соединения

Рис. 6.21. Простановка размеров на элементах шпоночного соединения: а — на валу; б — во втулке

Читайте также:  Что лучше кумхо или данлоп

Кроме того, допускается наносить в качестве справочного размера радиус закругления шпоночного паза, для облегчения выбора параметров фрезы. Радиус r сопряжения дна шпоночного паза с боковыми гранями указывают только для ответственных шпоночных соединений.

6.4.2. Пример 24. Моделирование шпоночного паза под призматическую шпонку

Выполните моделирование шпоночного паза под призматическую шпонку

в центральной части вала из предыдущего раздела (см. рис. 6.18).

1. Откройте файл с моделью вала.

2. Кнопкой Менеджер библиотек на Стандартной панели вызовите диалоговое окно КОМПАС-библиотек. Раскройте раздел Расчет и построение и в правой части окна дважды щелкните на пункте КОМПАС-SHAFT 3D (рис. 6.22).

Рис. 6.22. Подключение библиотеки КОМПАС-SHAFT 3D

3. Раскроется библиотека КОМПАС-SHAFT 3D (рис. 6.23). При помощи прокрутки найдите пункт Шпоночный паз под призматическую шпонку

и также двойным щелчком активизируйте его.

Рис. 6.23. Вызов команды Шпоночный паз под призматическую шпонку

4. В окне документа щелчком мыши укажите на цилиндрическую поверхность в центральной части вала, на которой должен быть построен шпоночный паз. Эта поверхность выделится аквамариновым цветом (рис. 6.24).

Рис. 6.24. Выделенная цилиндрическая поверхность для построения шпоночного паза

5. В диалоговом окне Сообщение библиотеки проследите, чтобы был установлен переключатель Внешняя, и нажмите кнопку OK (рис. 6.25).

Рис. 6.25. Диалоговое окно Сообщение библиотеки

6. После этого появится диалоговое окно Паз под призматическую шпонку по ГОСТ 23360-78 (рис. 6.26). Диаметр Db и длину Lb цилиндрической поверхности система определит автоматически. Эти данные будут отражены в таблице в нижней части окна. В этой же таблице помещается справочная информация: минимальный Dmin и максимальный Dmax диаметры вала стандартизованного диапазона, ширина b и глубина t1 шпоночного паза, радиус r сопряжения дна шпоночного паза с боковыми гранями (или фаска S1 ×45°).

7. В левой верхней части диалогового окна в поле списка Шпонка появится обозначение шпонки 18×11×50 (b×h×l в мм), предложенной системой. При этом сечение шпонки 18×11 автоматически выбрано в зависимости от

диапазона Dmin—Dmax, в который попал диаметр вала Db. Если необходимо выбрать другую длину шпонки l, раскройте список Шпонка и укажите нужный типоразмер (рис. 6.27). В нашем случае длина шпонки 50 мм является приемлемой.

Рис. 6.26. Диалоговое окно Паз под призматическую шпонку по ГОСТ 23360-78

Рис. 6.27. Раскрытый список Шпонка диалогового окна Паз под призматическую шпонку по ГОСТ 23360-78

8. Длина шпоночного паза Lp должна быть равна длине шпонки l. Поле Длина паза Lp, мм оставьте без изменений. В поле Расстояние L, мм установите расстояние L от базовой грани 5 мм, а в поле Угол Alfa, град. — угол поворота паза относительно вертикальной оси 180°. Нажмите кнопку Указать грань (на время диалоговое окно свернется). В окне документа укажите базовую грань, относительно которой будет построен шпоночный паз — эта грань выделится зеленым цветом (рис. 6.28).

Читайте также:  Зарядка кальциевого аккумулятора автомобиля

9. Диалоговое окно снова возникнет на экране, и в поле указанных граней появится надпись Грань 1. Нажмите кнопку OK. Система построит шпоночный паз с заданными параметрами (рис. 6.29).

Как средство для передачи вращения шпонка используется повсеместно. На первый взгляд здесь нет ничего сложного: вырезал шпоночный паз, вставили, узел готов. Почему шпоночное соединение, несмотря на довольно устаревшую технологию, не потеряло своей актуальности?

Шпоночные соединения

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.

Виды шпонок

Современное производство предоставляет свыше 20 наименований разного рода.. Но среди них выделяют следующие наиболее применяемые типы в машиностроении:

  • Клиновые используются на концевых установках и являются разновидностью забивных шпонок. Такое шпоночное соединение применяют при диаметре вала от 100 мм. В настоящее время встречаются крайне редко. Причина этого кроется в высокой вероятности перетяжки узла и смещении соосности ступицы и вала под воздействием одностороннего усилия. А также затрудненное извлечение шпонок.
  • Призматические. Размеры паза регулируются ГОСТ 23360-78. Они наиболее востребованы в промышленности из-за оптимального соотношения прочности и технологичности. Существует две их разновидности: врезные и закладные. Врезные шпонки устанавливаются с натягом, а закладные с небольшим зазором.
  • Направляющие шпонки. От призматических их отличает наличие отверстий под крепеж на валу. Помимо передачи вращения они служат элементом для направления деталей.
  • Сегментные шпонки выделяются среди остальных повышенной технологичностью вырезания пазов. Пазы изготавливают с помощью дисковых фрез, что обеспечивает им большее значение точности и производительности. Крепеж шпонок на валах также отличается более высокой устойчивостью из-за более глубокого врезания в их поверхность. Однако одновременно все эти достоинства являются причиной существенного ослабления вала. Это обстоятельство наряду с небольшой длиной паза приводит к появлению повышенных напряжений, которые и ограничивают использование шпонок малонагруженными изделиями.
Читайте также:  Чистка двигателя водородом отзывы красноярск

Стоит отметить, что шпоночные пазы изготавливаются методом фрезерования, долбления протяжки. Наиболее распространено их получение пальчиковой фрезой, поскольку этот способ обеспечивает относительно благоприятное распределение напряжение и приемлемую технологичность.

Материал

Для шпонок наиболее подходят стали с содержанием углерода свыше 0,4%. Именно такой состав обеспечивает необходимое значение износостойкости, прочности и твердости. Сюда относятся конструкционные стали марок 45 и 50, а также сталь обыкновенного качества Ст.6.

Применение более дорогих аналогов стальных сплавов не имеет смысла, поскольку повышенная жесткость шпонки увеличивает вероятности пазов валов и ступицы. Для улучшения условий передачи вращения куда выгодней воспользоваться другими более оптимальными.

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.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *