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.
Разновидности
Шпоночное соединение подразделяют на несколько групп:
1. В зависимости от степени подвижности. Это немаловажная характеристика. В этом плане различают:
- Подвижное соединение. В данном случае с направляющей или скользящей шпонкой.
- Неподвижное соединение.
2. Во второй группе рассматривают усилие, которое действует в соединении. Здесь выделяют два вида:
- Напряженные. В таком соединении усилие создается при сборке. Оно существует отдельно от самой рабочей нагрузки.
- Ненапряженные. В таком соединении усилие создается только при наличии рабочей нагрузки.
3. Соединения разделяют по виду используемых шпонок. А именно:
- Призматическая.
- Сегментная.
- Цилиндрическая.
- Клиновая.
- Тангенциальная.
Далее охарактеризуем каждый вид шпонки отдельно. Однако сначала необходимо сказать, что данные детали в основном изготавливаются из качественных, прочных сталей среднеуглеродистых: 45, 50, 55. Это достоверный факт. Для того чтобы повысить прочность шпонок, заготовки для их изготовления обычно подвергаются термической обработке. Она улучшает их качество.
Расчет ненапряженных шпоночных соединений
Основными критериями работоспособности ненапряженных шпоночных соединений являются прочность шпонки на срез и прочность соединения на смятие.Расчеты на срез и смятие основаны на предположении, что соответствующие напряжения распределены по сечениям равномерно. Расчетная формула на срез шпонки (рис.2.9) имеет вид
τср = 2Т/(dAср) ≤ ,
где Т – вращающий момент; d– диаметр вала; Аср = b·lp– площадь среза шпонки (плоскость возможного среза показана на рис.2.9 волнистой линией).
Рис. 2.9. Схема расчета шпонки на срез
Расчетная формула шпоночного соединения на смятие имеет вид
σcм= 2Т/(dАcм) ≤ ,
где Асм = (h– tt)lp; (h– t1)– высота площадки смятия; lр– расчетная длина шпонки (lр= l–bдля шпонок исполнения А, lр= lдля шпонок исполнения В, lр= l–b/2для шпонок исполнения С, (см. рис.1.27); lр= dдля сегментных шпонок приняты следующие обозначения: d– диаметр шпонки; D– диаметр вала (см. рис.1.28).
Размеры стандартных призматических и сегментных шпонок установлены в зависимости от диаметра вала по условию прочности шпонки на срез, поэтому основным для таких соединений является проверочный расчет на смятие, а расчет на срез необходим лишь для нестандартных шпонок и особо ответственных конструкций. Если требуется определить длину призматической шпонки, то ее также определяют из расчета на смятие. Обычно длина призматической шпонки должна быть на 3…10мм меньше длины ступицы, насаженной на вал детали.
Материалы шпонок и допускаемые напряжения. Согласно действующим стандартам, шпонки должны изготовляться из сталей с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа. Сортамент чистотянутых среднеуглеродистых сталей для сегментных и призматических шпонок также регламентирован стандартом. Легированные стали применяют для специальных шпонок.
Допускаемые напряжения на смятие для неподвижных шпоночных соединений принимают в зависимости от предела текучести:
= σт/,
где допускаемый коэффициент запаса прочности = 1,9…2,3 при постоянной нереверсивной нагрузке; = 2,9…3,5 при переменной нереверсивной нагрузке; при реверсивной нагрузке значения увеличиваются на 30%. При чугунных ступицах = 70…100МПа. Для подвижных шпоночных соединений в целях предупреждения задира и ограничения износа допускаемые напряжения смятия уменьшают в 3…4 раза.
Допускаемые напряжения на срез для шпонок принимают в пределах
= 60…100 МПа
(меньшие значения берут при динамических нагрузках).
Классификация
Сортамент водопроводных труб из стали включает трубы бесшовные и сварные, оцинкованные и не имеющие антикоррозионного покрытия.
Основная характеристика любой трубы — ее диаметр. В случае водопроводных труб более важен внутренний диаметр трубы (ее просвет); внешний зависит от толщины стенок и влияет на способность трубы выдерживать внешние механические воздействия, на срок ее износа и на то, какое давление воды она может выдержать без деформации и разрыва.
Пропускная способность водопроводных труб линейно зависит от их внутреннего диаметра. Помимо диаметра, безусловно, на проходимость трубы оказывают влияние и другие факторы: количество и угол изгибов трубы, шероховатость внутренней поверхности, наличие запорной арматуры.
Сортамент труб водопроводных из металлопластика и полипропилена, применяемых при создании водопроводов в домах и квартирах, включает трубы диаметром от 16 до 40 мм.
Безусловно, большинство производителей предлагает и трубы большего диаметра, но во внутридомовых магистралях они практически не используются в силу трех причин:
- Монтаж труб большого диаметра становится крайне трудоемким. Накидную гайку на фитинге при диаметре металлопластиковой трубы больше 50 мм затягивать придется ключом не меньше пятого номера.
- Поскольку трубы из современных материалов не снижают проходимость со временем, нет необходимости делать поправки на последующее сужение просвета.
- Гладкая внутренняя поверхность создает минимальное сопротивление движению воды. Раз так — для любого разумного потребления воды даже в многоквартирном доме больший диаметр просто не нужен.
Тут нечему создавать сопротивление току воды
Итак, подводя итоги: важные в практическом плане характеристики труб водопроводных — это физические свойства трубы (вытекающие из того, из какого она сделана материала) и ее диаметр.
Метод расчета
Расчет шпонки по исходным данным можно создать при помощи программ на компьютере. Самые простые, и хорошие в использовании: MS Excel и OOo Calc. Программа в себя включает расчетные формулы, имеет все нормализованные размеры на валы, ступицы и шпонки.
Для выполнения метода расчета применяем пример с настоящими числами. Их следует заносить в строгой очередности в раздел с синими надписями значений. Проставлять цифры следует в свободную колонку между виртуальными обозначениями из формул и единицами измерения. К примеру:
- Вращающий момент на валу – 300 Н/м.
- Диаметр вала – 45 мм.
- Глубина паза на валу – 5,5 мм.
- Высота шпонки – 9 мм. Подбирается по справочной таблице, которая есть в программе.
- Ширина шпонки – 14 мм.
- Длину шпонки – 63 мм.
- Вариант выполнения – 1. С прямыми углами, или округленными торцами с одной или 2-ух сторон. Выбираем с полукруглыми торцами. По спецификации они обозначаются 1.
- Величина допускаемого при смятии напряжения – 90 Мпа.
- Напряжение среза – 54 Мпа. Значение берется как 60% от величины смятия.
Результаты расчетов программа выдаёт в той же таблице, только ниже, это действующие величины стрессов смятия и среза, нагруженность соединения по этим напряжениям.
В таблице приведены результаты расчета на компьютерной программе MS Excel.
| Наименование критерия | Формула расчета | Полученное значение |
| Напряжение смятия действующее | ?см=2*T/(d*(h-t1)*Lp) | 77,7 МПа |
| Напряжение действующее среза | ?см=2*T/(d*(h-t1)*Lp) | 19,4 Мпа |
| Нагруженность по напряжению смятия | sсм=?см/см> | 86,40% |
| Нагруженность по срезу | Sср=TСР/ср> | 36,00% |
Расчет на смятие и срез выполняется примерный, потому как не принимается во внимание много факторов, влияющих на практический размер нагрузки:
- неравномерное соединение по всей плоскости;
- наличие фасок на детали, уменьшающих площадь;
- не прилегание на скругленных торцах втулки на зубчатом колесе.
В работе в большинстве случаев делают расчет на смятие, потому как эта сила влияния существенно превосходит давление на срез. При разрушении в результате перегрузок, начинается деформирование поверхности соприкасания деталей, потом шпонка срезается. При расчитывании механизмов, результат умножается на прочностный коэффициент. Для любого вида машин он различный.
Программы подойдут и для расчета круглых шпонок. Площадь влияния и сечение берутся по аналогичности с призматическими, рассчитываются через радиус.
От чего зависит надежная фиксация шпонки шкива коленвала в механизме автомобиля?
Тут все зависит от того, кто устанавливает шпонку в машине, насколько правильно и профессионально этого выполняется. Кроме того многое зависит и от качества самой шпонки. Нельзя ни в коем случае заменять шпонку другими кустарными запчастями и мудрить что-то свое и нестандартное.
Шпонка может быть заменена в машине исключительно такой же оригинальной деталью, которую рекомендует производитель данного автомобиля. Кроме того целостность шпонки должен регулярно проверять сам владелец машины. Это позволит своевременно выявить проблему и избежать многих еще более неприятных поломок в дальнейшем.
Виды шпонок
Основные виды шпонок делят на два типа: напряженные и ненапряженные. Среди которых выделяются такие типы шпонок:
- 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.
Исходя из типа посадки выделяются:
- Свободная – применяется в случаях, когда выполнять сварочные работы довольно сложно и есть необходимость подвижного сцепления деталей во время работы.
- Плотная – нужна для создания сцеплений, движение которых во время работы выполняется в одном пространственном положении.
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»
Сборка шпоночных соединений
Шпонки применяют для закрепления на валах или осях механизмов и машин таких деталей, как маховик, зубчатое колесо, шкив. На рис. 1 показаны клиновые, направляющие, призматические, сегментные и тангенциальные шпонки. Для установки шпонок на деталях фрезеруют шпоночные канавки по форме и размерам шпонок.
Шпоночные соединения бывают напряженными (создаваемые клиновыми шпонками и способные передавать крутящий момент и осевую силу) и ненапряженными (создаваемые призматическими и сегментными шпонками и передающими только крутящий момент).
Шпонки изготовляют из углеродистой конструкционной стали.
Клиновые шпонки (рис. 1, а) представляют собой клин с уклоном 1:100, который запрессовывается между валом и ступицей. Клиновые шпонки применяют при сборке сборочных единиц, не требующих высокой точности, так как они смещают ось ступицы по отношению к оси вала и при короткой ступице могут вызвать перекос.
Пригонку клиновых шпонок выполняют слесари высокой квалификации, так как это сложная и трудоемкая операция. Сложность пригонки состоит в том, что угол наклона паза насаженной на вал детали должен совпадать с углом наклона шпонки. Пригоняют шпонки припиливанием и пришабриванием «по краске».
Призматические шпонки (рис. 1, б) обеспечивают лучшее центрирование вала с сопрягаемой деталью и позволяют осуществлять как неподвижные, так и подвижные соединения. Призматические шпонки закладывают в шпоночные пазы так, чтобы между верхней гранью шпонки и дном паза верхней детали был зазор. Крутящий момент передается боковыми гранями шпонки, поэтому призматические шпонки должны иметь гарантированный натяг по боковым сторонам шпоночного паза.
Рис. 1. Типы шпонок: а – клиновая на лыске; б – клиновая врезная (призматическая); в – направляющая; г – сегментная; д – тангенциальная
При сборке соединений призматические шпонки пригоняют сначала по шпоночному пазу на валу, а затем легкими ударами медного молотка или давлением пресса ставят на место. После запрессовки шпонки контролируют величину радиального зазора между шпонкой и дном шпоночного паза ступицы. Затем на вал со шпонкой напрессовывают шкив или зубчатое колесо.
Направляющие шпонки (рис. 1, в) применяют в тех случаях, когда детали должны свободно перемещаться вдоль вала, например, кулачковая муфта, скользящие зубчатые колеса, ступицы конусных, дисковых муфт и т. д. и передавать крутящий момент. Направляющие шпонки крепят на валу винтами. Для того чтобы обеспечить перемещение детали вдоль шпонки без заклинивания, после установки и закрепления шпонки на валу проверяют на призме или в центрах параллельность боковой поверхности шпонки к оси или образующей цилиндрической поверхности вала, величина отклонения которой не должна превышать половины зазора между размерами шпонки и шпоночным пазом. Эту проверку рекомендуют выполнять также для неподвижных соединений.
Сегментные шпонки (рис. 1, г) работают так же, как и призматические, но применяют их только для неподвижных соединений. Крутящий момент передается через боковые грани шпонок и пазов. Основным преимуществом соединения сегментными шпонками является простота и дешевизна изготовления шпонок и шпоночных пазов.
Тангенциальные шпонки (рис. 1, д), как и клиновые, состоят из двух клиньев с уклоном 1:100. Широкая грань тангенциальной шпонки направлена по касательной к цилиндрической поверхности вала. Затяжка осуществляется ударами молотка по торцу широкой части одного из клиньев. Такие шпонки ставят при диаметрах вала более 100 мм.
Тангенциальные шпонки соединяют с усилием, обычно ударами молотка, и этим создают напряженное соединение.
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 |
Сборка шпоночных соединений
Призматические шпонки подлежат замене при:
- смятии боковых граней;
- ослаблении посадки;
- смятии шпоночной канавки.
Разборку шпоночного соединения можно вести различными способами, в зависимости от конструкции соединения. Для разборки в средней части шпонки выполняют резьбовое отверстие и ввёртывают в него винт. При подгонке и сборке призматических шпонок рекомендуется выполнить скос на поверхности шпонки со стороны вала, на длину не более высоты шпонки, с обратной стороны сделать пометку. Непременное условие процесса разборки шпоночного соединения – сохранение чистоты и точности посадочных мест.
При небольшой выработке стенки канавки необходимо выровнять стенки шпоночной канавки до получения правильной формы и изготовить новую шпонку, с увеличенным сечением. Расширение шпоночной канавки допускается на величину, не превышающую 10-15% от первоначального размера. При изготовлении новой шпонки и ремонте шпоночной канавки обработку следует вести соответствующим инструментом. Засверливание шпоночных канавок должно проводиться фрезой.
Перед сборкой детали очищают и проверяют посадочные размеры, наличие на сопрягаемых поверхностях забоин, заусенцев и других дефектов. Измерение глубины пазов, высоты и правильности установки шпонок проводится с использованием щупов, шаблонов, индикаторов перемещения часового типа и специальных подставок.
Посадку шпонки в паз вала проводят лёгкими ударами медного молотка (или молотка из мягкого металла), под прессом или с помощью струбцин. Перекос шпонки и врезание в тело паза не допускаются. Отсутствие бокового зазора между шпонкой и пазом проверяют щупом, затем насаживают охватывающую деталь (колесо, шкив) и проверяют наличие радиального зазора.
При сборке клиновых шпонок необходимо следить за тем, чтобы шпонка плотно прилегала к дну паза вала и втулки и имела зазоры по своим боковым стенкам. Верхняя грань клиновых шпонок должна быть выполнена с уклоном по длине 1:100. Уклоны на рабочей поверхности шпонки и в пазе втулки должны совпадать, иначе деталь будет сидеть на валу с перекосом. Точность посадки шпонки проверяется щупом с обеих сторон втулки. При сборке пазы вала или поверхности шпонки припиливают или пришабривают для исключения перекоса и смещения. В собранном соединении головка клиновой шпонки не должна доходить до торца ступицы на величину, равную высоте шпонки. Во избежание выпадения клиновых и тангециальных шпонок (при их ослаблении) у головок устанавливают упоры на винтах. Следует отметить неопределённость возникающих усилий при запрессовке клиновых шпонок. Это может привести к повреждению ступиц охватываемых деталей.
Шпонки размером сечения более 28×16 мм необходимо проверять на краску по посадочным местам до получения пяти и более отпечатков на квадратный сантиметр поверхности. Перед установкой шпонки необходимо зачистить и смазать маслом шпонку и шпоночную канавку. Не допускается во всех видах шпоночных соединений устанавливать какие-либо подкладки для достижения плотной посадки шпонок.
Сегментные шпонки в меньшей мере подвержены перекосу и не требуют ручной пригонки (так как шпоночный паз получают фрезой, соответствующей размеру шпонки); паз под сегментную шпонку более глубокий, что ослабляет сечение вала.
В собранном соединении между верхней гранью призматической шпонки и основанием паза ступицы (рисунок 4.1) радиальный зазор должен соответствовать приведенным в таблице 4.1 данным. В соединениях с клиновой шпонкой (рисунок 4.2) боковой зазор между пазом и шпонкой не должен превышать величин, указанных в таблице 4.2.
Рисунок 4.1 – Зазор при установке призматических шпонок
| Диаметр вала, мм | Радиальный зазор, мм |
| от 25 до 90 | 0,3 |
| от 90 до 170 | 0,4 |
| свыше 170 | 0,5 |
Рисунок 4.2 – Зазоры при установке клиновых шпонок
Таблица 4.2 – Значения бокового зазора для клиновых шпонок в зависимости от размера шпонок
| Нормальные размеры шпонок, мм | Боковой зазор, мм |
| b = 12…18; h = 5…11 | 0,35 |
| b = 20…28; h = 8…16 | 0,4 |
| b = 32…50; h = 11…28 | 0,5 |
| b = 60…100; h = 32…50 | 0,6 |
Направляющие призматические шпонки устанавливают с дополнительным креплением в пазу винтами, в пазу перемещаемых деталей делают более свободную посадку.
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.
При установке клиновых шпонок и из разновидности — тангенциальных, требуется точно подогнать размер. Делается большой монтажный натяг при запрессовке втулки и возникает осевое смещение. Соединения называют напряженными.
Ступица имеет сквозную выборку по отверстию и надевается на выступающую из вала шпонку.
Прочность шпоночного соединения рассчитывают:
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:
Где: Mкрmax – максимальный крутящий момент, допустимый на валу;
D – диаметр вала, соответственно 0,5 d его радиус;
K – высота выступающей из паза вала части шпонки ;
δсм – допускаемое напряжение при смятии.
Откуда расчетный размер длины шпонки высчитывается по формуле:
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:
Где: τср – допустимое значение на срез.
Минимальная расчетная длина детали на срез проверяется по формуле:
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.
