Призматические врезные шпонки

Соединения призматическими шпонками используются в конструкциях чаще, чем другие: эти шпонки имеют небольшую глубину врезания в вал, а следовательно, ослабляют его в наименьшей степени, и при этом монтаж и демонтаж врезных шпонок относительно прост. Передача вращающего момента осуществляется за счет нормальных давлений, действующих на поверхности шпонки вследствие вращения. Рабочие – узкие грани шпонки. Соединение деталей шпонкой осуществляется свободным (вал/втулка H9/D10), нормальным (вал/втулка N9/JS9) и плотным (вал/втулка P9/P9). Призматические шпонки изготавливают из чистотянутой стали прямоугольного сечения с отношением высоты к ширине 1:1 (для валов малого диаметра) и 1:2 (для валов большого диаметра). Допускается применять сталь с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа. ГОСТами предусматривается три исполнения призматических шпонок: исполнение 1 - со скругленными торцами, исполнение 2 – с обоими плоскими торцами, исполнение 3 – с одним закругленным и одним плоским торцем, (для призматических высоких шпонок предусмотрены два исполнения – 1 и 2) (рис. 2.2.).

А - А

Исполнение 1 Исполнение 2 Исполнение 3

Рис. 2.2. Конструктивные исполнения призматических шпонок: b – ширина шпонки; h – высота шпонки; l – длина шпонки

Сечение призматических шпонок выбирается в зависимости от диаметра вала, длина определяется длиной ступицы, на которой расположена шпонка.

Размеры сечений призматических шпонок, размеры сечений пазов и их предельные отклонения (рис. 2.3.) выполняются по ГОСТ 23360-78 (табл. 2.1.), призматических высоких шпонок – по ГОСТ 10748-79 (табл. 2.2.), призматических низких (обозначающихся по исполнениям не цифрами, а латинскими буквами A, B, C и применяющихся для соединения валов с тонкостенными втулками) – по ГОСТ 29175-91. Длину призматических шпонок (по h14) выбирают из ряда по ГОСТ 23360-78: 6-8-10-12-14-16-18-20-22-25-28-32-36-40-45-50-56-63-70-80-90-100-110-125-140-160-180-200-220-250-280-320-360.

Рис 2.3. Призматическая врезная шпонка

Призматические врезные шпонки не обеспечивают осевой фиксации деталей. При соединении детали с валом на призматические шпонки требуется фиксатор для предупреждения осевого перемещения.

При выборе шпонок для ступенчатых валов (рис. 2.4.) руководствуются следующими соображениями: один и тот же крутящий момент Т_кр обуславливает усилия F₁ и F₂, действующие на шпонки, расположенные на участках вала диаметрами d₁ и d₂ соответственно. Отсюда

F₁ = 2Т_кр/ d₁ ; (2.1)

F₂ = 2 Т_кр /d₂. (2.2)

Так как d₂ > d₁ , то F₂ < F₁.

Поскольку технологически невыгодно выполнять на одном валу шпонки различной ширины (смена инструмента увеличивает время обработки и требует наличия расширенного сортамента обрабатывающего инструмента на рабочем месте), принято выполнять шпонки одинаковой ширины для всех ступеней вала, исходя из ступени наименьшего диаметра как наиболее нагруженной.

Рис. 2.4. Выбор ширины шпонок для ступенчатого вала

Пример обозначения призматической шпонки исполнения 1, размерами:
b = 20 мм, h = 12 мм и l = 70 мм: Шпонка 20х12х70 ГОСТ 23360-78, то же, исполнения 3: Шпонка 3-20х12х70 ГОСТ 23360-78

Сегментные шпонки

Сегментные шпонки (рис. 2.5.) ставятся на валах небольших диаметров (преимущественно до 44 мм). Они технологичны в изготовлении, легко мон-тируются, имеют глубокую посадку и не перекашиваются, взаимозаменяемы. Однако глубокий паз значительно ослабляет вал. Поэтому сегментные шпонки в основном применяются для закрепления деталей на малонагруженных участках валов (например, на входных и выходных хвостовиках валов).

Шпонки выполняют по ГОСТ 24071-80 и выбирают в зависимости от величины диаметра вала (табл. 2.3.). Соединение деталей шпонкой осуществляется нормальным (вал/втулка N9/JS9) и плотным (вал/втулка P9/P9). Шпонки изготавливают из чистотянутой стали для сегментных шпонок по ГОСТ 8786-68.

Рис. 2.5. Сегментная шпонка:

d₁ – диаметр заготовки; b – ширина шпонки;

h – высота шпонки; l – длина шпонки

Допускается применение другой стали с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа. При соединении детали с валом сегментной шпонкой требуется фиксатор, который обеспечивал бы неподвижность в осевом направлении, гарантируя отсутствие перемещения детали по валу.

Пример условного обозначения шпонки исполнения 2 сечением
b х h = 6 х 9 мм: Шпонка 2–6х9 ГОСТ 24071-80