Стандартизация шпоночных и шлицевых соединений
Для соединения деталей машин (зубчатых колес, шкивов, муфт, роликов, дисков, кулачков, рукояток и др.) с валами при невысоких требованиях к точности центрирования соединяемых деталей применяют шпоночные соединения.
Шпонки служат для передачи крутящего момента, предотвращения проворачивания втулки на валу, обеспечения перемещения втулки вдоль вала или фиксации взаимного положения деталей в узле. С их помощью достигается сравнительно легкая разборка и сборка узла.
Особенностью шпоночных соединений является то, что в сопряжении участвует три элемента: поверхность паза на валу, поверхность паза во втулке и поверхность шпонки.
Основными недостатками шпоночных соединений являются: малая несущая способность; ослабление валов шпоночными пазами; концентрация напряжений из-за неблагоприятной формы шпоночных пазов. В связи с этим шпонки используются, как правило, в мало нагруженных соединениях.
В машиностроении получили распространение шпоночные соединения с призматическими, сегментными, клиновыми и тангенциальными шпонками. Наибольшее применение получили призматические и сегментные шпонки.
Призматические шпонки
Размеры шпонок и сечений пазов, допуски и посадки регламентируются ГОСТ 23360-78 "Основные нормы взаимозаменяемости. Соединения шпоночные с призматическими шпонками. Размеры шпонок и сечений пазов. Допуски и посадки".
Стандарт предусматривает три исполнения шпонок, которые приведены на рис. 5.28.
Он регламентирует также размеры сечений пазов (рис. 5.29) и их предельные отклонения.
Рис. 5.28. Виды исполнений призматических шпонок
Рис. 5.29. Шпоночные пазы вала и втулки
Работоспособность шпоночных соединений определяется в основном точностью посадок по ширине шпонки Ь.
Остальные размеры задают так, чтобы исключить возможность защемления шпонки по высоте или чрезмерное занижение поверхностей соприкосновения боковых сторон.
По ширине для призматических шпонок предусмотрено три варианта соединения: свободное, нормальное и плотное (табл. 5.17).
5.17. Предельные отклонения по ширине b шпоночных соединений с призматическими шпонками
В качестве материала для шпонок используется чистотянутая сталь по ГОСТ 8787-68. Допускается применение других сталей с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа.
Сечение шпонок (Ь х И) зависит от диаметра вала (табл. 5.18).
5.18. Соотношения между диаметром вала и сечением шпонок
В ответственных шпоночных соединениях сопряжения дна паза с боковыми сторонами выполняется по радиусу, величина которого указывается на рабочем чертеже.
К несопрягаемым размерам призматических шпонок относятся: высота шпонки И и длина шпонки /.
Высоту призматических шпонок выполняют по И I (при высоте 2-6 мм - по Л9), длину / -по Л14, длину пазов - по #15. Отклонения по указанным элементам всегда направлены "в тело", что гарантирует собираемость соединения.
Для шпоночных пазов втулок на чертежах проставляют размер й + как единственно удобный для контроля; на валах предпочтительно указывать /,, но допускается указывать и размер й- /, (табл. 5.19).
5.19. Предельные отклонения размеров по глубине пазов в зависимости от высоты шпонки h
Условное обозначение призматических шпонок исполнения 1 состоит из номинальных размеров шпонки Ь х А х / и номера ГОСТа. Например, шпонка исполнения I с размерами Ь х А х/ = 16 х 10 х 80: Шпонка 16 х 10 х 80 ГОСТ 23360-78. Для 2 и 3 исполнения: Шпонка 2(3) -16 х 10 х 80 ГОСТ 23360-78.
Сегментные шпонки
ГОСТ 24071-97 "Основные нормы взаимозаменяемости. Сегментные шпонки и шпоночные пазы" предусматривает две формы для сегментных шпонок - нормальную (в виде целого сегмента) и низкую (в виде срезанного сегмента) (рис. 5.30).
Рис. 5.30. Форма и размеры сегментных шпонок
Низкая форма применяется по согласованию сторон. При этом ку = 0,8А,. Шпонки в виде целого сегмента применяются для передачи крутящего момента, а в виде срезанного сегмента - для фиксации элементов конструкции (в случае неподвижной посадки, когда передача момента осуществляется за счет трения).
Форма и размеры шпоночных пазов приведены на рис. 5.31.
Рис. 5.31. Форма и размеры шпоночных пазов для сегментных шпонок
По ширине для сегментных шпонок предусмотрено два варианта соединения: нормальное и плотное (табл. 5.20).
5.20. Варианты соединения сегментных шпонок
Допускается также свободное соединение шпонки с валом и втулкой. Предельные отклонения ширины паза b в этом случае должны соответствовать полям допусков для вала - #9, для втулок - /)10.
Для термообработанных деталей допускается использовать предельные отклонения размеров: ширины паза вала - ЯП, ширины паза втулки - /)10.
5.21. Размеры шпонки нормальной и эквивалентной низкой формы
Условное обозначение сегментной шпонки состоит из размеров Ь х А и номера ГОСТа.
Например, шпонка нормальной формы (табл. 5.21) сечением Ь х Ат, = 4 х 6,5:
Шпонка 4 х 6,5 ГОСТ24071-97.
Обозначение низкой шпонки с сечением = 5х 5,2: Шпонка 5 х 5,2 ГОСТ 24071-97