Что такое шпоночное соединение
Шпоночное соединение
Полезное
Смотреть что такое «Шпоночное соединение» в других словарях:
Шпоночное соединение — Часть вала со шпоночным пазом и призматической шпонкой. Шпоночное соединение соединение охватывающей и охватываемой детали для передачи крутящего момента с помощью шпонки. Шпоночное соединение позволяет обеспечить подвижное соединение вдоль… … Википедия
ШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ — соединение вала и надетой на него детали (зубчатого колеса, шкива, муфты и т. п.)с помощью шпонки (см. рис.). Шпоночные соединения с призматической (а) и сегментной (б) шпонками … Большой энциклопедический политехнический словарь
Соединение шпоночное — – в деревянных конструкциях – соединение отдельных элементов с помощью вкладышей – шпонок, размещаемых в теле соединяемых элементов. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Соединение шпоночное … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Соединение — У этого термина существуют и другие значения, см. Соединение (значения). Соединение процесс изготовления изделия из деталей, сборочных единиц (узлов), агрегатов путём физического объединения в одно целое. Показатели работоспособности соединения… … Википедия
СОЕДИНЕНИЕ — (1) деталей, изделий, конструкций способы механического скрепления или сочленения составных частей для образования из них машин, агрегатов, механизмов, приборов, а также сборных элементов в строительных конструкциях с целью выполнения ими… … Большая политехническая энциклопедия
СОЕДИНЕНИЕ ШПОНОЧНОЕ — в деревянных конструкциях соединение отдельных элементов с помощью вкладышей шпонок, размещаемых в теле соединяемых элементов (Болгарский язык; Български) клиново съединение (Чешский язык; Čeština) spojení na hmoždíky [hmoždinky] (Немецкий язык;… … Строительный словарь
Клиновое соединение — разъёмное соединение, затягиваемое или регулируемое с помощью клина, выполняется обычно напряжённым, т. е. с предварительным натягом. Малый угол скоса клина обеспечивает плотность соединения и самоторможение, препятствующее выпадению… … Большая советская энциклопедия
Клеммовое соединение — (от нем. Klemme зажим) фрикционно винтовое соединение, служит для закрепления на валах или осях с помощью винтов различных деталей (рычагов, установочных колец, шкивов и др.) имеющих разъем или прорезь. Соединение обеспечивается силами… … Большая советская энциклопедия
ВВЭР-1000 — Монтаж корпуса реактора ВВЭР 1000 на Балаковской АЭС Тип реактора водо водяной … Википедия
Детали машин
Шпоночные соединения
Характеристика шпоночных соединений
Достоинства шпоночных соединений – простота конструкции, вследствие чего их широко применяют во всех областях машиностроения.
Недостатки – шпоночные пазы ослабляют вал и ступицу насаживаемой на вал детали. Ослабление вала обусловлено не только уменьшением его сечения, но, главное, значительной концентрацией напряжений изгиба и кручения, вызываемой шпоночным пазом.
Шпоночное соединение трудоемко в изготовлении: при изготовлении паза концевой фрезой, требуется ручная пригонка шпонки по пазу; при изготовлении дисковой фрезой – крепление шпонки в пазу винтами от возможных осевых перемещений.
Классификация шпоночных соединений
Шпоночные соединения подразделяют на ненапряженные и напряженные.
Ненапряженные соединения получают при использовании призматических и сегментных шпонок. При сборке этих соединений в деталях не возникает монтажных напряжений. Для обеспечения центрирования и исключения контактной коррозии (фретинг-коррозии) ступицы устанавливают на валы с натягом.
Материал шпонок и допускаемые напряжения
Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой чистотянутой стали с σв ≥ 600 МПа – чаще всего из сталей марок Ст6, 45, 50.
Так, неподвижное соединение при стальной ступице допускает напряжение 140…200 МПа, при чугунной ступице – 80…110 МПа. Большие напряжения допускаются при постоянной нагрузке, меньшие – при переменной.
Допускаемое напряжение при срезе шпонок [τ]ср = 70…100 МПа (Н/мм2). Большие допускаемые напряжения принимают для постоянной нагрузки.
Расчет шпоночных соединений
Размеры шпонок и пазов подобраны так, что прочность их на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений – расчет на смятие шпонки. Проверку шпонок на срез в большинстве случаев не производят.
Проверочный расчет соединения призматической шпонкой выполняют по условию прочности на смятие (см. рис. 4):
где: F1 – окружная сила, передаваемая шпонкой, Асм – площадь смятия шпонки (мм 2 ).
где: T = передаваемый момент (Нм); d – диаметр вала (мм).
Шпонка с фаской f = 0,06h имеет расчетную площадь Асм смятия:
Подставив значения F1 и Асм в формулу проверочного расчета, получим:
В проектировочном расчете соединения, после выбора размеров b и h поперечного сечения шпонки по стандарту, определяют расчетную рабочую длину lp :
Проверочный расчет соединения сегментной шпонкой выполняют на смятие:
Поскольку сегментные шпонки выполняются узкими, их, в отличие от призматических, проверяют на срез.
Условие прочности при срезе:
где: b – ширина шпонки (мм); [τ]сp – допускаемое напряжение на срез.
Рекомендации по конструированию шпоночных соединений
При проектировании и конструировании шпоночных соединений следует придерживаться следующих рекомендаций, основанных на опыте эксплуатации и аналитических выводах:
Пример проектировочного расчета шпонки
Решение
Выполняем проектировочный расчет, на основании которого подбираем нужную шпонку.
Выбор соединения:
Расчетные размеры шпонки и паза на валу:
По таблице стандарта, устанавливающей зависимость между диаметром вала, размером сечения шпонки и глубиной паза, принимаем для d = 45 мм :
Допускаемые напряжения:
По таблице стандарта, устанавливающей зависимость допускаемого напряжения от типа шпоночного соединения и материала ступицы, принимаем для стальной ступицы, неподвижного соединения и спокойной нагрузки:
Расчетная длина шпонки:
Для чего нужны шпонки
Среди большого количества разнообразных видов соединений очень часто встречается именно такой вид, как шпоночное соединение. Исходя из такого названия, можно понять, что выполняется оно, непосредственно, с помощью шпонок. Но для чего нужны шпонки в этом виде соединения? Насколько важную роль они играют в механизмах? Какие характеристики и свойства имеют шпонки, и что вообще это изделие представляет из себя?
Обычно под шпонкой подразумевается стальная продолговатая деталь в форме бруска. В более редких случаях упоминают деревянные шпонки, использующиеся при изготовлении разной мебели и фурнитуры. Мы же рассмотрим изделия, материалом изготовления которых служит сталь чистотянутая для шпонок из разных марок стали, например, Ст45, Ст50, Ст55. Это сырье так же называют шпоночный материал ГОСТ 8787-68.
Шпонка предназначена для установки в паз на валу и поверхности детали. При этом со стороны такое соединение может напоминать небольшой клин. Кстати говоря, с польского языка шпонка переводится именно как клин. Такое название она получила благодаря тому, что попросту не позволяет валу и ступице проворачиваться, надежно фиксируя вращающиеся по отношению друг к другу детали механизма, и передавая момент силы.
Сферой применения шпонок являются практически все отрасли машиностроения, а также станкостроения. Шпоночные соединения используют в разной технике, автомобилях, а также в механизмах, станках и различном оборудовании благодаря очень высокой степени надежности этих изделий. Одной из наиболее отличительных особенностей шпонок является возможность их функционирования как некого предохранителя узлов.
Заключается подобная возможность, в том, что если предел крутящего момента будет превышен, то шпонка под нагрузкой попросту срежется в месте разграничения вала и детали. Замена испорченной шпонки для опытного мастера не составит никакого труда, да и цена на новую деталь совсем не высока. При чем под большой нагрузкой срезается только шпонка, а вот другие дорогостоящие части конструкции остаются в целости.
Таким образом, шпонка является достаточно дешевым и эффективным изделием, что крайне важно для производств в промышленных масштабах и для частных владельцев разной техники, в том числе тракторов, комбайнов и подборщиков сена, так как заменить шпонку в разгар уборочного сезона можно в кратчайшие сроки. Подводя итоги, можно выделить пару-тройку важных пунктов, объясняющих для чего нужны шпонки:
Какие есть шпонки
С тем, зачем нужна шпонка, мы уже разобрались, однако очень важно будет отметить тот факт, что существуют различные варианты исполнения шпонок, каждый из которых будет иметь свои стандарты изготовления, следовательно, уникальные параметры, характеристики и предназначение для применения. Именно по этой причине мы так же рассмотрим, какие есть шпонки и какие у них эксплуатационные свойства.
Обратите внимание, что шпонки одной и той же формы и конструкции могут обладать различными размерами. Основные параметры и допуски изготовления, само собой, написаны в соответствующих нормативах ГОСТ, но зачастую очень многие предприятия осуществляют изготовление шпонок на заказ по чертежам заказчика. А в некоторых случаях, заказчик может сделать шпонку из шпоночной стали самостоятельно.
Таким образом, у потенциального клиента всегда есть возможность купить шпонку в соответствии с представленным модельным рядом или же заказать индивидуальный образец. Как правило, при изготовлении шпонки проходят процесс термообработки, позволяющий им выдерживать прочность в 600МПа, после чего им придается определенная конструкционная форма, подразделяющая их по виду соединения на:
Призматические шпонки, в свою очередь, так же подразделяют на 3 дополнительных вида исходя из их принципа действия: на закладные, на направляющие и на скользящие. Так как установка данного типа шпонок достаточно проблематична в плане их индивидуального подгона в пазы, а при полном износе они могут опрокидываться, то в большом производстве этот вид продукции используется достаточно редко.
В отличии от предыдущего варианта конструкции, сегментные шпонки не требуют в момент установки никакой подгонки, и не имеют свойства опрокидываться, что сказывается на их достаточно частом использовании. Однако применение такого типа шпонок ограничено на деталях с большим сечением вала, поэтому сегментную разновидность невозможно будет встретить на участках со множеством изгибов вала.
Цилиндрические шпонки по принципу работы схожи с призматическими. Они тоже редкий гость в крупномасштабном производстве из-за того, что они требуют одинаковой степени плотности и твердости соединяемых изделий. Во многом именно эта особенность и мешает их частому применению. Собственно, основным местом установки цилиндрических шпонок являются именно концевые участки вала.
Тангенциальная шпонка представляет собой конструкцию из двух элементов, которые напоминают призматический клин с сечением прямоугольного поперечного типа. Такой вид шпонок монтируется попарно под наклоном от 120° до 180°. Одним из главных достоинств у такого типа изделия является то, что их материал осуществляет работу на сжатие. Основной их сферой применения является тяжелое машиностроение.
Наконец, разбирая то, какие есть шпонки, мы подошли к последней разновидности, а именно к клиновым шпонкам. Такой тип по праву считается наиболее эффективным и очень распространенным ввиду множества своих неоспоримых преимуществ. Например, изделия клинового вида могут выдерживать незначительную осевую нагрузку, и при этом отлично функционировать при нагрузках переменного типа.
26. Шпоночные соединения. Достоинства и недостатки, область применения. Типы призматических шпонок, способы изготовления шпоночных пазов.
Шпоночные соединения применяют для передачи вращающего момента между валом и ступицей (например, ступицей зубчатого колеса, шкива, маховика и т. п.) с помощью специальной детали — шпонки. Шпоночные соединения подразделяют на ненапряженные, осуществляемые призматическими или сегментными шпонками, и напряженные, осуществляемые клиновыми шпонками.
Достоинства соединений: простота конструкции и низкая стоимость.
Недостатки: вал и ступица ослаблены шпоночными пазами, в зоне которых возникает концентрация напряжений, что снижает усталостную прочность деталей соединений; трудно обеспечить взаимозаменяемость соединения из-за необходимости ручной подгонки шпонки по пазу; ненадежная работа соединения при ударных, реверсивных и циклических нагрузках.
Ширину b и высоту h обыкновенных призматических шпонок выбирают в зависимости от посадочного диаметра вала. Концы шпонок могут быть плоскими или скругленными. Глубина врезания шпонки в ступицу k
0,4h. Призматические шпонки вставляют в паз вала по посадке с натягом, а в паз ступицы по посадке с зазором.
В валу паз изготовляется пальцевой фрезой при единичном или мелкосерийном производстве, а при крупносерийном или массовом дисковой фрезой. Паз в ступице выполняется протяжкой или долбяком.
Применение
Основным применением шпоночных соединений является монтаж на вал с помощью пазового соединения. В большинстве своем шпоночный паз напоминает клин. Такой тип соединения деталей позволяет валу и ступице не проворачиваться относительно оси друг друга. Фиксированное положение ступицы к валу со шпонкой позволяет добиться высокого КПД при передаче усилия.
Наиболее часто шпоночное соединение можно встретить в машиностроении, при строительстве станков. Часто она используется при производстве автомобилей и других механизмов, где требуется повышенная надежность фиксации деталей машин. Высокая надежность достигается благодаря функции предохранительного узла вала со шпоночным пазом.
Шпонка выступает предохранителем в случаях превышения максимального уровня крутящего момента. В подобных случаях происходит срез шпонки, поглощая чрезмерную нагрузку она снимает ее из вала и ступицы.
Благодаря своим свойствам она стала широко распространенной в машиностроении, она отличается высокой эффективностью, простотой изготовления и монтажа, а также низкой стоимостью. Подобные характеристики особо важны в промышленном производстве, особенно в сельском хозяйстве. В разгар сезона часто возникают случаи поломок отдельных узлов, которые нужно заменить максимально быстро. Чаще всего можно встретить в узлах пресс-подборщиков.
Учитывая все вышесказанное, выделяются основные позиции, для чего нужна шпонка:
В общем, встретить шпоночное соединение можно практически в любом сложном механизме, что обусловлено его техническими характеристиками.
Характеристика шпоночных соединений
Шпонка представляет собой продолговатую деталь, которая вставляется в паз, вырезанный в валу. Они имеют в разрезе разную форму и делятся:
По исполнению различают ненапряженные и напряженные соединения.
Призматические шпонки устанавливаются с легким натягом. Аналогично собирают сегментное соединение. Происходит центрирование без монтажных напряжений. Такие соединения относят к ненапряженным.
Ступица имеет сквозную выборку по отверстию и надевается на выступающую из вала шпонку.
Прочность шпоночного соединения рассчитывают:
Обычно расчет ведется на смятие шпонки, поскольку разрушение начнется с него. Срез шпонки возможен только в случаях, когда напряжение сконцентрировано по линии соприкосновения вала и ступицы при неправильной подгонке шпонок. Если сечение детали значительно меньше ее высоты, он может срезаться. Это используют, когда нужен предохранительный механизм от перегрузок. Менять детали зубчатого зацепления дорого и долго, проще переставить шпонку.
Выбор шпонки для расчета осуществляется по диаметру вала подбором соответствующих ему соединительных деталей. Длина вычисляется по нагрузке, чтобы она ее выдержала. Все детали имеют стандартные размеры, и выбираются по таблице округлением до большей, чем расчетная деталь.
На смятие расчет делается по формуле:
Где: Mкр max – максимальный крутящий момент, допустимый на валу;
D – диаметр вала, соответственно 0,5 d его радиус;
K – высота выступающей из паза вала части шпонки ;
δсм – допускаемое напряжение при смятии.
Откуда расчетный размер длины шпонки высчитывается по формуле:
Где Mкр – крутящий момент вала.
Подбор детали нужного размера делается по таблице нормализованных длин для шпонок. Значение округляется до ближайшего размера. Например, в результате расчета получили расчетную длину 16,6. 16 мм будет мало, следующее значение 18 мм подходит.
Проверка правильности расчета делается на срез, по формуле:
[Mкр max] = 0,5(D+K)bL[τср
Где: τср – допустимое значение на срез.
Минимальная расчетная длина детали на срез проверяется по формуле:
Расчетная длина по второй формуле должна быть больше. Сравнением 2 чисел определяется нагруженность соединения.
При больших нагрузках ступица может оказаться короче расчетной длины шпонки. В этом случае устанавливается 2 детали. Надо учитывать погрешность изготовления деталей и неравномерно распределенную нагрузку. Расчетный коэффициент нагрузки при 2 соединениях 0,75.
Пазы делаются под углом 180° и располагаются напротив. Для упрощения технологии обработки, рекомендуется на разных диаметрах одного вала фрезеровать одинаковые пазы. Операция проводится с одной установки и инструмент не выходит из оси.
Виды шпонок
Основные виды шпонок делят на два типа: напряженные и ненапряженные. Среди которых выделяются такие типы шпонок:
Среди клиновых шпонок выделяют:
На длинных ступицах может устанавливаться несколько шпонок, так как они имеют фиксированную длину. Выполняют предохранительную функцию на срез и смятие.
Исходя из типа посадки выделяются:
Алгоритм расчета
Расчет шпонки по исходным данным можно сделать с помощью компьютерных программ. Наиболее простые, и удобные в пользовании: MS Excel и OOo Calc. Программа включает в себя расчетные формулы, содержит все нормализованные размеры на валы, ступицы и шпонки.
Для выполнения алгоритма расчета используем пример с реальными цифрами. Их следует заносить в строгой последовательности в раздел с синими надписями значений. Проставлять цифры следует в свободную колонку между условными обозначениями из формул и единицами измерения. Например:
Результаты расчетов программа выдает в той же таблице, только ниже, это действующие величины напряжений смятия и среза, нагруженность соединения по этим напряжениям.
В таблице приведены результаты расчета на компьютерной программе MS Excel.
Название показателя | Формула расчета | Полученное значение |
Напряжение смятия действующее | δсм=2*T/(d*(h-t1)*Lp) | 77,7 МПа |
Напряжение действующее среза | δсм=2*T/(d*(h-t1)*Lp) | 19,4 Мпа |
Нагруженность по напряжению смятия | sсм=δсм/ | 86,40% |
Нагруженность по срезу | Sср=TСР/ | 36,00% |
Расчет на смятие и срез производится приблизительный, поскольку не учитывается целый ряд факторов, влияющих на фактический размер нагрузки:
На практике обычно делают расчет на смятие, поскольку эта сила воздействия значительно превышает давление на срез. При разрушении в результате перегрузок, происходит деформация поверхности соприкосновения деталей, потом шпонка срезается. При расчете механизмов, результат умножается на коэффициент прочности. Для каждого вида машин он разный.
Программы подходят и для расчета круглых шпонок. Площадь воздействия и сечение берутся по аналогии с призматическими, рассчитываются через радиус.
Обозначения на чертежах
На чертежах обозначение призматических шпонок происходит исходя из нормативного документа ГОСТ. Они делятся на шпоночные пазы: высокие, нормальной высоты и направляющие. Рабочими гранями у них являются боковые.
На сборочном чертеже обозначение выполняется с учетом диаметра вала, крутящего момента, сечения и длины.
Шпонка 3–20Х12Х120 ГОСТ 23360-78; Где 3 – исполнение, 20Х12 – сечение, 120 – длина.
Обозначение остальных типов шпонок на изображениях выполняется таким же образом, исходя из соответствующих ГОСТов, разработанных для каждой отдельной модели. Указанное обозначение должно четко характеризировать деталь, что очень важно для получения надежного соединение. Ведь даже малейший зазор может стать причиной быстрого износа рабочих узлов и потери эффективности во время работы.
Примечание. На рабочем чертеже должен проставляться один размер для вала U (предпочтительный вариант) или (d—ft) и для втулки—(d+^г)-
2, 3. (Измененная редакция, Изм. № 1).
4. Размеры йъ и / и их предельные отклонения — по 2-му ряду ГОСТ 12876—67.
5. Фаски s2X45° — по ГОСТ 10549—80.
6. Материал шпонок — сталь чистотянутая для шпонок по ГОСТ 8787—68. Допускается применять другую сталь с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МН/м2 (60 кгс/мма).
7. Размеры сечений пазов и предельные отклонения глубины паза должны соответствовать указанным на черт. 2 и в табл. 3.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
8. Предельные отклонения ширины шпоночного паза b должны соответствовать полям допусков: Н9 — по валу, D10 — по втулке.
Для термообработанных деталей допускаются предельные отклонения размера ширины паза вала, соответствующие полю допуска Н11.
Шпоночный паз | ||||||||
Сечение | Глубина | Радиус а акру г- | ||||||
Диаметр вала d | Ширина | Вал fi | Втулка U | ЛСНИН Г| или фаска aiX45° | ||||
bXh | Ь | Но- | не менее | не более | ||||
От 22 до 30 | 8X7 | 8 | 4 | 3,3 | 0,16 | 0,25 | ||
Св. 30 до 38 | 10X8 | 10 | 5 | |||||
Св. 38 до 44 | 12X8 | 12 | 1/ | |||||
» 44 » 50 | 14X9 | 14 | 5,5 | 3,8 | 0,25 | 0,40 | ||
» 50 » 58 | 16X10 | 16 | 6 | +0,2 | 4,3 | +0,2 | ||
» 58 » 65 | 18X11 | 18 | 7 | 4,4 | ||||
Св. 65 до 75 | 20X12 | 20 | 7,5 | 4,9 | ||||
> 75 > 85 | 22X14 | 22 | о | 5,4 | ||||
» 85 » 95 | 25X14 | 25 | 0,40 | 0,60 | ||||
» 95 > 110 | 28X16 | 28 | 10 | 6,4 | ||||
> 110 » 130 | 32X18 | 32 | и | 7,4 | ||||
Св. 130 до 150 | 36X20 | 36 | 12 | 8,4 | ||||
» 150 » 170 | 40X22 | 40 | 13 | +0,3 | 9,4 | +0,3 | 0,70 | 1,00 |
» 170 » 200 | 45X25 | 45 | 15 | и | 1014 |
9. Вместо контроля размеров t± и /2 допускается контролировать размеры (d—ti) и предельные отклонения которых
должны соответствовать указанным в т^бл. 4.
Предельные отклонения размеров
Высота шпонок h | d-ti | d+ti |
От 7 до 18 | -0.2 | +0,2 |
Св. 18 до 45 | —0,3 | +0.3 |
(Измененная редакция, Изм. № 1).
11. Предельные отклонения размеру длины паза вала должны соответствовать полю допуска Н15.
12. Контроль размеров шпоночных пазов и их расположения относительно соответствующих цилиндрических поверхностей — по ГОСТ 24109-80 — ГОСТ 24118-80, ГОСТ 24120—80 и ГОСТ 24121—80.
13. Для изделий, спроектированные до i января 1980 г., допускаются предельные отклонения ра:*меров шпоночных соединений, указанные в справочном приложении 3 ГОСТ 23360—78.
14. Параметры шероховатости поверхности элементов шпоночных соединений приведены в рекомендуемом приложении 3.
11—14. (Введены дополнительно, 1).
ь | 8 | 10 | 12 | н | 16 | 18 | 30 | 22 | 25 | 28 | 32 | 36 | 40 | 45 |
h | 7 | 8 | 8 | 9 | 10 | И | 12 | 11 | U | 16 | 18 | 20 | 22 | 25 |
1 | Теоретическая масса 1000 шпонок исполнения 3, кг | |||||||||||||
25 | 8,6 | 13,1 | ||||||||||||
28 | 9,9 | 15,0 | 16,5 | |||||||||||
32 | UJ | 17,5 | 20,6 | |||||||||||
36 | 13,4 | 20,0 | 23,1 | to —а | ||||||||||
40 | 15,2 | 22,5 | 26,2 | 32,0 | ||||||||||
45 | 17,4 | 25,6 | 29,9 | 37,1 | 44,4 | |||||||||
50 | 19,6 | 28,8 | ЗУ, | 41,9 | 51,1 | 64,4 | ||||||||
56 | 22,2 | _32£ | 38,8 | 47,7 | 58,1 | 78,5 | 93Л | |||||||
63 | 25,2 | 36,9 | 43,3 | 54,3 | 88,9 | 84J | 104,9 | 124,9 | ||||||
/0 | 28,4 | 41,4 | 88,8, | JM | 76,2 | 96,3 | 119,0 | 141,7 | 164,8 | |||||
80 | 32,6 | 47,6 | 58,3 | 71,5 | 88,8 | 112,0 | т | 165,7 | 192,1 | 253,0 | ||||
90 | 37,0 | 52,9 | 63,9 | 81,4 | 101,0 | 127,0 | 156,0 | 189,7 | 219,8 | 288,0 | 357,0 | |||
100 | 60,1 | 71,4 | 91,8 | Щ | 183,0 | 175,0 | 213,7 | 286,7 | 323,0 | 402,0 | 512,0 | 602,0 | ||
НО | 66,3 | 78,9 | 101,0 | 126,0 | 158,0 | 194,0 | 237,7 | 274,0 | ДО | Ж | ДО | 675,0 | ||
125 | 89,2 | 118.0 | 185,0 | 181,0 | 222,0 | 273,8 | 314,9 | 370,0 | 5185 | 651,0 | 775,0 | 1007,0 |
ь | 8 | 10 | 12 | и | 16 | 18 | 20 | 22 | 2S | 28 | 32 | 36 | 40 | 45 |
h | 7 | 8 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 14 | и | 16 | 13 | 20 | 22 | 25 |
1 | Теоретическая масса 1000 шпонок исполнения 3, кг | |||||||||||||
140 | 100,4 | 131,0 | 164,0 | 205,0 | 250,0 | 309,8 | 355,9 | 464,0 | 583,0 | 738,0 | 882,0 | 1143,0 | ||
160 | 149,0 | 189,0 | 236,0 | 288,0 | 357,8 | 410,5 | 534,0 | 673,0 | 851,0 | 1021,0 | 1319,0 | |||
180 | 214,0 | 267,0 | 326,0 | 405,8 | 475,1 | 604,0 | 764,0 | 964,0 | 1159,0 | 1496,0 | ||||
200 | 298,9 | 364,0 | 453,9 | 519,7 | 675,0 | W | 1077,0 | 1297,0 | 1673,0 | |||||
220 | 401,0 | 501,9 | ЗД | 745,0 | 945,0 | 1190,0 | 1435,0 | 1849,0, | ||||||
250 | 573,9 | 656,2 | 851,0 | 1080,0 | 1360,0 | 1642,0 | 2114,0 _ | |||||||
280 | 738,1 | 956,0 | 1216,0 | 1530,0 | 1849,0 | 2379,0 _ | ||||||||
320 | 1084,0 | 1388,0 | 1743,0 | 2112,0 | 2715,0 | |||||||||
360 | 1557,0 | 1968,0 | 2387,0 | 3066,0 | ||||||||||
400 | 2192,0 | 2678,0 | 3439,0 | |||||||||||
450 | 3856,0 | |||||||||||||
Для шпонок исполнения 1 масса уменьшается на | 0,76 | 1,35 | 1,94 | 2,97 | 4,31 | 6,00 | 8,09 | П,2 | 15,1 | 21,0 | 31,1 | 43,7 | 59,3 | 85,3 |
Для шпонок исполнения 2 масса | 0,38 | 0,67 | 0,97 | 1,48 | 2,15 | 3,00 | 4,04 | 5,6 | 7,5 | 10,5 | 15,5 | 21,8 | 29,6 | 42,6 |
Достоинства и недостатки
Как и любой тип соединений, шпоночные имеют ряд достоинств и недостатков. К достоинствам шпоночных соединений можно отнести простоту большинства типов шпонки. При этом монтаж и замена такой детали выполняется легко и быстро. Благодаря чему они получили широкое применение в машиностроении. Также обеспечивает функцию предохранения.
К недостаткам относиться ослабление ступицы и вала. Оно возникает исходя из повышенного напряжения и уменьшения поперечного сечения. Также ослабление деталей вызвано из-за нарезанного паза, который снижает осевую прочность вала.
Чтобы минимизировать недостатки, нужно добиться отсутствия перекоса шпонки в пазе. Для этого нужно обеспечить отсутствие зазора, что делается путем индивидуального изготовления и подгона шпонки. Из-за этого в крупносерийном производстве редко применяют любые разновидности шпоночных соединений. Если добиться отсутствия перекоса не удалось, площадь рабочего контакта уменьшается, в следствие чего степень максимальной нагрузки уменьшается.
Также наличие зазора вызывает эффект биения, особенно на высоких скоростях. Это приведет к быстрому износу рабочих деталей. Из-за этого подобное соединение редко применяется для быстровращающихся валов. Для подбора подходящей шпонки лучше использовать таблицу шпоночных соединений.
Как выбирают допустимые напряжения
Этот параметр зависит в первую очередь от характера нагрузки и условий работы соединения. При использовании стальных валов допустимое напряжение будет составлять:
Большие значения при сборке узлов во внимание принимают при постоянной нагрузке. При ударной же или переменной за основу берут меньшие параметры. При реверсивной нагрузке допустимый показатель снижают в 1.5 раза. На срез же шпонок предельные показатели напряжения принимают за 70…100 МПа. При этом, как и в первом случае, при постоянной нагрузке за основу берут больший параметр.
Материал шпонок
Для изготовления шпоночного соединения применяют калибровочный металлопрокат. Чаще всего используется сталь марки 45. Она относиться к углеродистым сталям обычного типа, которая часто применяется для производства деталей высокой прочности. Сталь используется в виде бруска длиной 1 м.
В некоторых случаях может применять углеродистая сталь марки 50. Она необходима, когда требуется повышенные прочностные свойства полученных шпонок. Реже применяются легированные стали, например, марки 40х, для которой характерен высокий показатель твердости, достигаемый путем термической обработки.
Стальные заготовки обрабатываются с помощью фрезы, сверлильных станков, станков для рубки, шлифовальных машин и других инструментов. Используемые станки имеют блок управление, который позволяет с помощью числовых программ изготовить деталь необходимых параметров.
Цена полученной шпонки довольно низка, поэтому приобрести необходимую деталь довольно легко. Но в некоторых случаях, когда есть необходимость срочного получения шпонки, изготовить ее можно самостоятельно. Чаще всего подобная необходимость возникает в сельском хозяйстве, где во время сезонных работ часто возникают поломки, которые нужно отстранить. При этом ближайшие точки продажи необходимых деталей находиться на расстоянии в несколько десятков километров.
Имея небольшое количеству инструмента под рукой и заготовку из соответствующего материала, можно быстро изготовить временную замену. При соблюдении технических характеристик, полученная деталь сможет полноценно заменить заводскую, но лучше всего при первой возможности приобрести шпонку нужной прочности и геометрических параметров. Это необходимо для избежание преждевременного износа механизмов.
Иногда для производства могут использовать другие материалы, например, пластик высокого качества. В качестве материала может использоваться дерево, чаще всего при изготовлении мебели.
В качестве материала лучше использовать разные породы дерева, для шпонки подойдет более мягкий материал чем основной. Это позволит обезопасить основную конструкцию от повреждений в случае повышенной нагрузки. Легче заменить шпонку чем большой конструкционный узел.
Для предотвращения проникания влаги в железобетонные конструкции используются специальные шпонки – ватерстоп. Изготавливают их из резины высокого качества и ПВХ. Это позволяет добиться необходимой степени водонепроницаемости и стойкости к растворам агрессивных химических веществ.
Характеристики шпоночной стали
Приведенная выше информация указывает на то, что сталь для шпонок должна обладать определенными эксплуатационными характеристиками. Из названия материала можно сразу определить область ее применения. Среди особенностей отметим следующее:
Используемая марка стали хорошо поддается холодному и горячему волочению. За счет этого проводится выпуск объемной или комбинированной калибровки.
Довольно большое распространение получил шпоночный материал 8×7. Применение стандартов на момент производства заготовок позволяет существенно упростить задачу по выпуску промежуточного элемента
При выборе материала уделяется внимание нижеприведенным моментам:
Распространенные сплавы могут применяться для изготовления призматических и других вариантов исполнения промежуточных элементов, который устанавливается для передачи усилия. Стоит учитывать, что чаще всего шпоночная сталь применяется при создании прямоугольных брусков различных размеров, которые устанавливаются на валу.
Классический вариант представлен маркой Ст45. К ключевым особенностям отнесем:
Это конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, стоимость которой относительно невысокая. Традиционно используется при изготовлении ответственных деталей. Не стоит обращать внимание на то, что подобная марка не подается сварке.
Кроме этого, может применяться марка Ст50, свойства которой не существенно отличаются от предыдущего варианта.
В случае, когда нужно существенно повысить прочность соединения следует уделить внимание возможности применения легированных сплавов. Внесение в состав определенных химических элементов позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики
Примером можно назвать марку 40Х, которая характеризуется следующими особенностями:
Также могут применяться и другие сплавы с особыми эксплуатационными характеристиками, к примеру, с хорошей устойчивостью к воздействию повышенной температуры. Выбор проводится в зависимости от эксплуатационных характеристик и многих других моментов.
Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов ссылочным международным стандартам
Обозначение ссылочного национального стандарта | Обозначение и наименование ссылочного международного стандарта и условное обозначение степени его соответствия ссылочному национальному стандарту |
ИСО 3338-1:1996 «Цилиндрические хвостовики для фрез. Часть 1. Размеры гладких цилиндрических хвостовиков» (MOD) ИСО 3338-2:2007 «Цилиндрические хвостовики для фрез. Часть 2. Размеры цилиндрических хвостовиков с лысками» (MOD) ИСО 3338-3:1996 «Цилиндрические хвостовики для фрез. Часть 3. Размеры хвостовиков с резьбовым концом» (MOD) | |
ИСО 6508:1986 «Материалы металлические. Испытание на твердость. Определение твердости по Роквеллу (шкалы A-B-C-D-E-F-G-H-K)» (MOD) | |
ИСО 2632-1:1985 «Образцы для сравнения шероховатости. Часть 1. Образцы обточенные, шлифованные, расточенные, фрезерованные, профилированные и строганые» (MOD) ИСО 2632-2:1985 «Образцы для сравнения шероховатости. Часть 2. Образцы, подвергнутые электроискровой, пескоструйной, дробеструйной обработке и полированию» (MOD) сегментная шпонка, шпоночный паз, прямой зуб, разнонаправленный зуб, гладкий цилиндрический хвостовик, хвостовик с лыской
|