Классификация шпоночных соединений

Ненапряженное шпоночное соединение собирают с радиальным за­зором между шпонкой и днищем паза в ступице. Передача вращения и момента в таком соединении осуществляется боковыми гранями шпонок высотой ”h” (рис. 5.1, а, б).

Рис. 5.1. Шпоночные соединения:

а – при помощи призматической шпонки; б – при помощи

сегментной шпонки; в – при помощи клиновой врезной шпонки

В напряженном шпоночном соединении до приложения к нему внешней нагрузки все детали соединения испытывают напряже­ния от действия распорных сил, возникающих после установки клиновой шпонки (или шпонки-штифта) в пазы ступицы и вала (см. рис. 5.1, в). Между боковыми гранями шпонки и пазов в ступице и на валу – зазоры.

В таком соединении передача вращающего момента осуществляется посредством сил трения, которые создаются за счет расклинивания ступицы и вала. Эти силы трения, приложенные к верхней и нижней граням шпонки, способны передавать не только вращающий момент, но и осевые силы обоих знаков. Поэтому в соединениях с клиновыми шпонками можно не применять дополнительной осевой фиксации ступицы по валу. Эти соединения хорошо воспринимают ударные и переменные нагрузки.

При установке клиновой шпонки в пазы вала и ступицы происходит упругая деформация ступицы под действием радиальной распорной силы. Это приводит к радиальному смещению ступицы относительно вала, нарушается соосность и при вращении вала возникает биение. Поэтому соединения вала со ступицей посредством клиновых шпонок применяют в тихоходных узлах, и в настоящее время область их применения сокращается.

Цилин­дрические шпонки – это штифты, которые устанавливают вдоль образующей цилиндра вала и применяют только в неподвиж­ных соединениях на конце­вом участке вала (рис. 5.2). Диаметр цилиндрической шпонки в функции диаметра вала равен: d_шп = (0,13…0,16)d_В , а длина шпонки в функции её диаметра:l = (3...4)d_шп [1, с. 129].

Рис. 5.2. Соединение ступицы с валом круглой шпонкой

Шпонки обычного назначения изготовляют:

· из среднеуглеродистых сталей марок Ст. 6, 45, 50, 60 светлого проката;

· чистотянутых профилей поставляемых по ГОСТ 8787-68, имеющих предел прочности не менее 600МПа [4, c.86];

· из легированных сталей, например стали 40Х, с термообработкой до твердости Н = (35….45)HRС и последующей шлифовкой рабочих гра­ней (в высоконагруженных соединениях) [10, с. 257].

Итак, в малосерийном производстве (в малонагруженных узлах) ши­роко применяют шпоночные соединения: ненапряженные ( призматическими и сегментными шпонками) и напряженные (клиновыми шпонками).

Соединения сегментными шпонками применяют для передачи незначительных вращающих моментов, т. к.глубокий паз под шпонку сильно ослабляет вал.

В напряженном шпоночном соединении до приложения к нему внешней нагрузки все детали соединения испытывают напряже­ния от действия распорных сил, возникающих после установки клиновой шпонки (или шпонки-штифта) в пазы ступицы и вала. Эти силы трения, приложенные к верхней и нижней граням шпонки, способны передавать не только вращающий момент, но и осевые силы обоих знаков. Поэтому в соединениях с клиновыми шпонками можно не применять дополнительной осевой фиксации ступицы по валу. Эти соединения хорошо воспринимают ударные и переменные нагрузки.

В крупносерийном и массовом производ­стве (при значительных или циклических нагрузках) более совершенные шлицевые соединения вытесняют шпоночные.