Шпоночные соединения

Шпоночное соединение – соединение составных частей изделия с применением шпонки. Шпоночные соединения служат для передачи вращающего (крутящего) момента от вала к ступице насаженной на него детали (зубчатого колеса, шкива, муфты и др.) или наоборот – от ступицы к валу. Шпоночные соединения осуществляют с помощью вспомогательных деталей – шпонок, устанавливаемых в пазах между валом и ступицей.

Достоинствами шпоночных соединений являются простота, надежность конструкции, невысокая стоимость, удобство сборки и разборки. Недостатками – ослабление вала и ступицы шпоночными пазами, неустойчивость положения шпонки в пазах (выворачивание шпонки) и трудность обеспечения взаимозаменяемости, а также повышенные требования к точности изготовления, отсутствие фиксации деталей в осевом направлении.

Соединения вала со ступицей осуществляется шпонками: призматическими простыми (рис.3.6) и направляющими (3.7); сегментными (рис.3.8); клиновыми (рис.3.9); специальными (рис.3.10) и др. Конструкция и форма шпонки связаны с технологичностью изготовления пазов под шпонку. Шпоночные пазы на валах и втулках (ступицах) получают на фрезерных, протяжных и долбежных станках.

Шпонки можно применять в качестве направляющих, обеспечивающих легкое перемещение деталей вдоль вала. Нагрузку у шпонок воспринимают боковые поверхности, которые сопрягаются с пазами по соответствующим посадкам. Призматическую шпонку с валом обычно соединяют по переходной посадке, а со ступицей – по посадке с зазором. Это препятствует перемещению шпонки вдоль вала и компенсирует с помощью зазора неточности размеров, формы и взаимного расположения пазов. Такой характер соединения обеспечивает достаточную точность центрирования вала и ступицы. В радиальном направлении предусматривается зазор.

Призматические шпонки имеют прямоугольное сечение, они могут быть с округленными, плоскими и смешанными торцами. Паз под шпонку на валу делают на глубину около 0,6 от её высоты, а паз во втулке – на длину всей ступицы. Ширина и высота шпонки определены НД и выбираются в зависимости от диаметра вала. Размеры высоты и ширины стандартных шпонок подобраны так, что прочность на сдвиг обеспечивается с избытком, и при необходимости проверку шпонок на прочность проводят на деформацию смятия. Сегментные шпонки требуют более глубоких пазов в валах, что уменьшает их прочность. Их применяют в случае передачи незначительных усилий, работают они как призматические, но более удобны в изготовлении.

Рис. 3.6 – Призматическая шпонка

Рис. 3.7 – Призматическая направляющая шпонка: 1 –зубчатое колесо; 2 – винт; 3 – шпонка; 4 - вал

Призматическую шпонку 3 (рис.3.6) закладывают в паз 2 вала 1 без крепления. Примерно половина высоты шпонки помещается в пазу вала, а другая половина – в пазу 6 ступицы 7. Крутящий момент от вала к ступице передается боковой стороной шпонки 4.

Рис. 3.8 – Сегментная шпонка; 1 – зубчатое колесо; 2 – сегментная шпонка; 3 – вал

Рис. 3.9 – Клиновая шпонка: 1 – шпонка; 2 – вал; 3 - ступица

Рис. 3.10 – Специальная шпонка для значительного осевого перемещения: 1 – блочное зубчатое колесо; 2 – вал; 3 - шпонка

В приборостроении нашли широкое применение цилиндрические шпонки. Отверстие для шпонки обрабатывают в соединяемых деталях (вал и ступица) совместно. Шпонка устанавливается с натягом. Такое шпоночное соединение применяют обычно при передаче значительных вращающих моментов при диаметре вала не менее 6 мм. В кинематических передачах и передачах с высоким требованием по точности рекомендуют использовать штифтовые соединения. Шпонки изготавливают из сталей марок: сталь 40, сталь 45, Ст. 6 и др.