Шпоночные и шлицевые соединения

Шпоночное соединение образуется шпонкой-стержнем, находящимся одновременно в пазах вала и установленной на него детали. Шпонки служат для передачи крутящего момента от вала к ступице, установленной не нем детали или наоборот, от этой детали к валу. Кроме этого шпонки фиксируют на валу положение детали в осевом направлении.

По условиям эксплуатации шпоночные соединения подразделяются на напряженные и ненапряженные. Напряженными называют соединения, в которых при отсутствии внешних сил и моментов постоянно действуют внутренние силы упругости, возникающие в результате предварительной затяжки. Наиболее распространены призматические, сегментные и клиновые шпонки.

Призматические шпонки имеют прямоугольное сечение, противоположные грани у них параллельны, передают крутящий момент боковыми гранями и бывают простыми, направляющими и скользящими. Простые шпонки устанавливают в паз вала без крепления; направляющие шпонки крепят к валу винтами в целях устранения перекоса; скользящие шпонки выполняются короткими и они перемещаются по валу вместе с деталью.

Сегментная шпонка подобно призматическим работают боковыми гранями, мало подвержена перекосу, так как шпоночный паз выполняют фрезой; однако паз под такую шпонку имеет значительную глубину и ослабляет сечение вала. 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. В связи с этим сегментные шпонки применяют только для передачи сравнительно небольших моментов.

Клиновые шпонки в совокупности с валом, втулкой и шпонкой образуют напряженное соединение. Они представляют собой клин с уклоном 1 : 100, передают крутящий момент, а также осевую силу верхней и нижней гранями (по бокам имеется зазор). Шпонки плохо центрируют деталь и поэтому применяются только для тихоходных неответственных передач.

Направляющие шпонки применяют в тех случаях, когда ступица должна иметь возможность перемещаться вдоль вала. Эти шпонки крепят к валу при помощи винтов. Соединение шпонки с валом – неподвижное плотное, со ступицей – свободное с зазором.

Скользящие шпонки применяют вместо направляющих в тех случаях, когда требуется значительное перемещение ступицы вдоль вала. Шпонка имеет цапфу, которая входит в отверстие, выполненное в ступице, перемещаемой по валу. При изменении положения детали по валу шпонка перемещается по пазу вала вместе со ступицей.

Многошпоночные соединения, у которых шпонки выполнены заодно с валом, называются шлицевыми.

Рис 1.17 Виды шлицевых соединений:

1 – ступица, 2 - вал

По сравнению со шпоночным соединением шлицевые соединения обладают рядом преимуществ:

- обеспечивает лучшее центрирование и направление при перемещении соединяемых деталей;

- обеспечивают большую прочность вала при одном и том же наружном диаметре;

- обеспечивают передачу больших крутящих моментов благодаря значительной поверхности контакта соединяемых деталей и равномерному распределению давления по этой поверхности.

Применяют соединения с прямобочным, эвольвентным и треугольным профилем шлицев, число шлицев принимают четным (6,8 и 10).

Прямобочные шлицевые соединения получили наибольшее распространение. Соосность вала и втулки (центрирование) в этом соединении осуществляется по наружному диаметру, по внутреннему диаметру и по боковым граням.

Эвольвентное шлицевое соединение применяют с центрированием по боковым поверхностям шлицев и наружному диаметру. Поперечное сечение шлицев представляет собой эвольвентный профиль, под действием нагрузки могут самоустанавливаться, имеют повышенную прочность и долговечность и используются в высоконагруженных передачах.

Треугольное шлицевое соединение применяют для передачи небольших крутящих моментов в неподвижных соединениях, его центрируют только по боковым поверхностям шлицев.

При сборке шпоночных и шлицевых соединений, выполняемых с натягом, ступицу перед установкой на вал нагревают до температуры 80 - 120^оС, а после установки проверяют на биение.

Рис 1.18 Виды шпоночных соединений:

1 – шпонка, 2 – вал, 3 – ступица

Для извлечения шпонок при разборке соединений используют мягкие выколотки. Для разборки клиновых шпоночных соединений применяют винтовые приспособления.