Шпоночные соединения. Виды шпоночных соединений и область применения

Шпонкой называют деталь, которую вставляют в пазы вала ступицы (втулки) для образования соединения, способного передавать крутящий момент от вала к ступице или от ступицы к валу. Благодаря простоте и надежности конструкции, сравнительно низкой стоимости, а также удобства сборки шпоночные соединения широко применяют в машиностроении. К недостаткам шпоночных соединений относятся ослабление вала и ступицы шпоночных пазами, которые уменьшают поперечное сечение и вызывают значительную концентрацию напряжений, что способствует усталостному разрушению валов.
Различают ненапряженные и напряженные шпоночные соединения. Ненапряженной шпоночные соединения осуществляют с помощью призматических и сегментных шпонок.

Призматические шпонки по назначению бывают обычные и направляющие. Обычные призматические шпонки предназначены для неподвижного соединения ступицы (втулки) с валом. Они бывают с скругленными или плоскими торцами. Направляющие шпонки (ГОСТ 8790-79) применяют в тех случаях, когда детали, размещенные на валах, могут двигаться вдоль валов. Направляющую шпонку закрепляют к валу винтами.

Согласно стандарту ширину призматической шпонки b и высоту h выбирают в зависимости от диаметра вала d. Стандарт также регламентирует глубину паза на валу t1 и во втулке t2. Длину шпонки / выбирают по ширине детали, размещенной на валу, проверяют расчетом на прочность и также согласовывают со стандартом. Рабочими гранями призматических шпонок являются их боковые грани, которые контактируют с боковыми гранями пазов. Рабочая длина призматической шпонки со скругленными торцами, а для шпонки с плоскими торцами. Ширину призматической шпонки и ширину паза в ступице выполняют с полем допуска соответствии h6 и Н7. Ширина паза вала имеет поле допуска js6.

Соединение с помощью сегментной шпонки. Глубокая посадка шпонки на валу обеспечивает ей более устойчивое положение, чем призматической шпонки. Это предотвращает перекос шпонок под нагрузкой. Однако глубокий паз значительно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки используют главным образом для соединения деталей на малонагруженных участках валов, например на концах валов. Соединения сегментными шпонками является технологическим, поскольку изготовление как шпонок, так и пазов на валах достаточно простое.

Все клиновые шпонки изготавливают с уклоном 1: 100. Подобно призматических, клиновые врезные шпонки частично размещаются в пазе вала и частично в пазе ступицы. Клиновые шпонки на Лисце и фрикционные размещаются по всей своей высоте в пазах ступицы.

Рассмотреные соединения клиновыми шпонками передают крутящий момент за счет сил трения на широких рабочих гранях. Эти силы трения создаются соответствующим натягом в радиальном направлении при забивке шпонок. Поэтому со стороны боковых граней клиновых шпонок предусматриваются зазоры.

Тангенциальные шпонки отличаются от других клиновых шпонок тем, что натяжение между валом и ступицей создается шпонками не в радиальном, а в касательном направлении. Одна из широких граней тангенциальной шпонки направлена по касательной к сечению вала, а одна из узких граней - по радиусу вала. Такое размещение тангенциальной шпонки вызывает постановку в соединении двух шпонок, расположенным под углом 120-135 °. По технологическим соображениям каждая тангенциальная шпонка выполняется из двух односторонне скошенных клиньев.

Клиновые шпонки имеют ограниченное применение, поскольку они вызывают смещение оси ступицы относительно оси вала. Если перекос детали, размещенной на валу, не допускается, например для зубчатых колес, то клиновые шпонки не применяют.