Соединения с призматическими шпонками

Для соединений с валами зубчатых колес, шкивов ременных передач, маховиков, муфт и других деталей машин, когда к точности центрирования соединяемых деталей не предъявляют высоких требований, применяют шпонки.

В зависимости от геометрической формы шпонок соединения разделяют на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные.

Обычно шпоночные соединения делят на два типа: напряженные и ненапряженные. В напряженных соединениях, которые способны передавать вращающий момент и осевую нагрузку, используют клиновые шпонки. Ненапряженные соединения, передающие только крутящий момент, выполняют с призматическими и сегментными шпонками.

В машиностроении наибольшее применение получили соединения с призматическими и сегментными шпонками.

Использование призматических шпонок дает возможность более точно центрировать сопрягаемые элементы и получать как неподвижные (в случае передачи крутящих моментов), так и подвижные соединения (направляющие шпонки с креплением на валу).

Соединения с сегментными шпонками служат для образования только неподвижных соединений.

ГОСТ 23360—78 устанавливает размеры, допуски и посадки для соединений с призматическими шпонками (рисунок 3.1, а).

Основными размерами призматических шпонок являются ширина b, высота h и длина l.

Длина шпонки принимается равной длине ступицы или на 5... 8 мм меньше и согласуется со стандартом.

Предусмотрено три вида исполнения призматических шпонок (рисунок 3.1, б): с закругленными по бокам концами (исполнение 1 – предпочтительное), с прямоугольными по бокам концами (исполнение 2)и с закруглением на одном конце (исполнение 3).

Выбор вида исполнения призматических шпонок связан с конструктивными особенностями шпоночного соединения и технологией изготовления пазов втулки и вала.

Глубина паза у вала под шпонку задается размером t₁ (предпочтительно) или d – t₁ глубина паза у отверстия под шпонку – размером t₂ или d + t₂ (предпочтительно).

Размеры шпонок изготавливаются по ширине b – с полем допуска h9, по высоте h – с полем допуска h11 (при высоте шпонки 2...6 мм – по h9), по длине l – с полем допуска h14. Такое назначение полей допусков на размеры призматических шпонок делает возможным их централизованное изготовление независимо от садок.

Длину пазов вала и отверстия под шпонку изготавливают с полем допуска H15, глубину пазов вала и втулки – с полем допуска Н12.

Работоспособность шпоночных соединений определяется характером посадок по ширине d шпонки.

Шпонки обычно устанавливают в пазах вала по неподвижной посадке, чтобы она не выпадала при монтаже и не передвигалась при эксплуатации, а во втулке – по одной из посадок со средневероятностным зазором, чтобы компенсировать неизбежные погрешности размеров, формы и расположения пазов.

Посадки выполняют только в системе вала.

Стандартом предусмотрено для призматических шпонок три вида соединения для предпочтительного применения (рисунок 3.2, а):

свободное – соединение с гарантированным зазором для возможности перемещения втулки вдоль вала (шпонка является направляющей; в случае необходимости иметь более прочное соединение шпонки с валом, применяют шпонки с креплением на валу винтами). Соединение подвижное. Для ширины паза на валу задается поле допуска H9 и для ширины паза втулки – D10;

нормальное – соединение с переходной посадкой, не требующее частых разборок. Соединение неподвижное. Для ширины паза на валу задается поле допуска N9и для ширины паза отверстия – J_S9;

плотное – соединение с переходной посадкой, применяющееся при редких разборках и реверсивных нагрузках. Соединение неподвижное. Для ширины паза вала и втулки задается одно поле допуска Р9.

Допускаются любые сочетания указанных полей допусков для ширины пазов вала и отверстия.

Для улучшения качества сборки необходимо ограничить смещения и перекосы в расположении шпоночных пазов валов и втулок по длине: отклонение от симметричности пазов вала и втулки относительно оси вала не должны превышать 2 Т_ь при соединении с одной шпонкой и 0,5 Т_ь – при соединении с двумя шпонками; отклонение от параллельности не более 0,5 Т_ь при любом количестве шпонок, где Т_ь – допуск на ширину шпоночного паза. Эти ограничения носят рекомендательный характер, так как их выбор определяется конкретными условиями сборки.

В зависимости от функционального назначения шпоночного соединения (подвижное или неподвижное) назначают требования по шероховатости: для рабочих поверхностей шпонки и пазов параметр шероховатости R_а колеблется от 1,6 до 3,2 мкм; для нерабочих поверхностей шпонки и пазов R_а устанавливают в пределах от 6,3 до 12,5 мкм.

В условном обозначении призматической шпонки указывают вид исполнения (кроме исполнения 1), ее размеры и стандарт. Например, условное обозначение для шпонки исполнения 1 с размерами: b = 18 мм, h = 11 мм, l = 100 мм: шпонка 18 х 11 х 100 ГОСТ 23360–78; для шпонки исполнения 2: шпонка 2-18 х 11 х 100 ГОСТ 23360-78.

Обозначение посадок шпоночного соединения на сборочном чертеже представлено на рисунке 3.2, б.