Шпоночные соединения

Шпонка и шпоночное соединение

Шпоночное соединение – разновидность соединения, состоящего из шпонки на валу и ступицы. Шпонкой называется деталь, которая соединяет узлы путем установки в пазы. Основной ее функцией является передача вращающего момента между узлами. Существует определенная стандартизация их разновидностей. Шпонка имеет специальные пазы, вырезанные путем фрезерования.

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:

  1. Обеспечение безопасность соединяемых узлов при повышенных нагрузках.
  2. Достижение высокой степени фиксации отдельных элементов механического узла.
  3. Выполняет функцию предупреждения проворачивания узла и ступицы.
  4. Надежность подобного соединения превышает надежность аналогов при фиксации вала с деталями.

В общем, встретить шпоночное соединение можно практически в любом сложном механизме, что обусловлено его техническими характеристиками.

Виды шпонок

Основные виды шпонок делят на два типа: напряженные и ненапряженные. Среди которых выделяются такие типы шпонок:

    1. Клиновые. Особый тип, который отличаются углом наклона верхней грани. В общем разделение на виды происходит исходя из классификации шпоночных соединений. Устанавливается в паз с помощью физической силы, ударным методом. Применение такого типа соединения позволяет добиться необходимого напряжения. Нарезанный клин, находясь в пазе, распирает его изнутри. За счет силы прижатия, вал и ступица совместно вращаются.Используется довольно редко, так как ее использование предусматривает индивидуальный подгон. Это можно считать недостатком для массового производства механизмов. Основное назначение — применение в тихоходных передачах и узлах неподвижного соединения.Среди клиновых шпонок выделяют:
      • врезные;
      • на лыске;
      • фрикционные;
      • без головки и с головкой.
    2. Сегментные. Производятся в виде сегментной пластины, загоняемой в паз. Производиться методом фрезерования. Широко применяются в производстве, так как просты в изготовлении, не требуют особой точности при нарезании и легко устанавливается. Отличается установкой в боле глубокий паз, в сравнении с аналогами. Глубокий паз не подходит для больших нагрузок, так как значительно снижает прочность вала, поэтому используется при небольших крутящих моментов.На длинных ступицах может устанавливаться несколько шпонок, так как они имеют фиксированную длину. Выполняют предохранительную функцию на срез и смятие.
    3. Призматические. Отличаются параллельными гранями, которые устанавливаются в паз и фиксируют ступицу. Рабочими гранями в таки случаях являются боковые. Относятся к ненапряженному типу шпоночных соединений, поэтому существует вероятность возникновения коррозии в месте соединения. Для исключения коррозии, муфта и вал соединяются с натягом. Концы производятся обычно со скругленными или плоскими концами. Для скругленного типа рабочей поверхностью считается длина прямых краев. Паз нарезается с помощью фрезы.Передача усилия происходит путем давления поверхности паза на шпонку, которая передает крутящий момент на паз ступицы. Данный тип соединения призматической шпонкой часто используется для подвижных соединений, поэтому используют дополнительное крепление с помощью винтов. Как и многие другие типы выполняет функцию предохранителя при смятии и срезе.
    4. Цилиндрические. Штифты в таких шпонках изготавливаются в виде цилиндров. Работаю в натяжении с отверстием на торце вала, которое высверливается под соответствующие размеры шпонок. Используется в тех случаях, когда ступица устанавливается на конце вала. Требует особого подхода к монтажу шпоночных соединений.Позволяют работать на срез и смятие. Поэтому выбор шпонки производят исходя из прочности на смятие.

Исходя из типа посадки выделяются:

  1. Свободная – применяется в случаях, когда выполнять сварочные работы довольно сложно и есть необходимость подвижного сцепления деталей во время работы.
  2. Плотная – нужна для создания сцеплений, движение которых во время работы выполняется в одном пространственном положении.

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.

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.

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.

Заключение

Такой тип соединения отличается простотой и достаточно высокой надежностью, из-за чего получил высокую популярность в промышленности. Разнообразие видов позволяет подобрать оптимальный тип соединения, что позволит добиться высокой эффективности, надежности готовой конструкции и страховку узлов от повреждений при повышении допустимых нагрузок. Подобрав шпонку исходя из соответствующих ГОСТов, можно добиться высокой эффективности работы соединения.

Читайте также:  Фотореле для уличного освещения: виды, подключение

На сегодняшний день можно легко подобрать необходимую деталь, что позволяет быстро сделать монтаж и замену в случае необходимости.

Детали машин

Шпоночные соединения

Характеристика шпоночных соединений

Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки и т. п.) .
Шпонка представляет собой стальной брус, устанавливаемый в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента от вала к ступице и наоборот.
Основные типы шпонок стандартизированы.

Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковыми или концевыми фрезами, в ступицах – протягиванием (см. рис. 1) .

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.

Напряженные соединения получают при применении клиновых и тангенциальных шпонок (рис. 2) . При сборке таких соединений возникают предварительные (монтажные) напряжения. Тангенциальные шпонки являются разновидностью клиновых шпонок. При запрессовке клиновых шпонок в соединении возникают распорные радиальные силы, что приводит к появлению дисбаланса.
Клиновые шпонки в настоящее время применяются редко, поэтому их методика расчета на прочность здесь не рассматривается.

По форме различают три основных типа шпонок (кроме клиновых и тангенциальных, рис. 2) – призматические , сегментные и круглые .

Призматические шпонки (рис. 3) изготавливают в нескольких исполнениях – с плоскими и скругленными торцами. Округление торцов шпонки облегчает монтаж конструкции.
Шпонки с плоскими торцами устанавливают вблизи деталей (концевых шайб, колец и т. п.) , препятствующих ее осевому перемещению, поскольку призматическая шпонка не препятствует осевому перемещению деталей вдоль вала.
Иногда для фиксации от осевого смещения призматические шпонки фиксируют распорными втулками или установочными винтами.

Сегментные шпонки (рис. 3) , как и призматические, работают только боковыми гранями. Их применяют при передаче относительно небольших вращающих моментов, так как глубокий паз значительно ослабляет вал.
Сегментные шпонки и пазы для них просты в изготовлении и удобны для монтажа и демонтажа. Глубокая посадка шпонки обеспечивает ей устойчивое положение.
В отличие от призматических шпонок, сегментные шпонки не нуждаются в дополнительной фиксации от осевого перемещения.

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.

Допускаемые напряжения смятия [σ]см для шпоночных соединений зависят от материала ступицы (вал, как правило, изготовляют из стали) , типа посадки ступицы и характера нагрузки.

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

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность.
Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют расчетом на прочность.
Характер напряжений, возникающих в шпоночном соединении во время работы, показан на рис. 4 . Шпонки работают на смятие и срез, а боковые стенки пазов на валах и в ступицах – на смятие.

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.

При расчете условно принимают, что напряжение σсм смятия распределяются равномерно по площади контакта боковых граней шпонок и шпоночных пазов, а прочность материала, характер соединения, режим работы учитываются при выборе допускаемого напряжения [σ]см .

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).

На смятие рассчитывают выступающую из вала часть шпонки, которая имеет меньшую площадь смятия.
При определении площади смятия Асм учитывают размер фаски f , который для стандартных шпонок примерно равен 0,06h (здесь h – общая высота шпонки) .

Шпонка с фаской f = 0,06h имеет расчетную площадь Асм смятия:

где: t1 – глубина шпоночного паза на валу (мм); lр – расчетная длина шпонки (мм).
Для шпонок с плоскими торцами lp = l , со скругленными торцами lp = l – b .

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 :

Длину ступицы lст принимают на 8…10 мм больше длины шпонки. Если длина ступицы больше величины 1,5d , то шпоночное соединение целесообразно заменить на шлицевое или соединение с натягом, чтобы избежать значительной неравномерности распределения напряжений по длине шпонки.

Проверочный расчет соединения сегментной шпонкой выполняют на смятие:

где: lp ≈ l – рабочая длина шпонки (мм); (h – t) – рабочая глубина паза в ступице (мм).

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:

  • Перепад диаметров ступеней вала с призматическими шпонками назначают из условия свободного прохода детали большего посадочного диаметра без удалении шпонки из паза на участке меньшего диаметра.
  • При наличии нескольких шпоночных пазов на валу их располагают на одной образующей.
  • Из удобства изготовления рекомендуют для разных ступеней одного и того же вала назначать одинаковые по сечению шпонки, исходя из ступени меньшего диаметра.
    Прочность шпоночных соединений при этом оказывается вполне достаточной, поскольку окружные силы на разных участках вала обратно пропорциональны диаметру, поэтому на участках с большим диаметром окружная сила будет меньше.
  • При необходимости установки двух сегментных шпонок их ставят вдоль вала в одном пазу ступицы. Постановка нескольких шпонок в одном соединении сильно ослабляет вал, поэтому рекомендуется в этом случае перейти к шлицевому соединению.

Пример проектировочного расчета шпонки

Задача Выбрать тип стандартного шпоночного соединения стального зубчатого колеса со стальным валом и подобрать размеры шпонки.
Диаметр вала d = 45 мм .
Соединение передает вращающий момент Т = 210 Нм при спокойной нагрузке.

Решение
Выполняем проектировочный расчет, на основании которого подбираем нужную шпонку.

Выбор соединения:

Для соединения вала с колесом принимаем широко распространенную призматическую шпонку со скругленными торцами ( исполнение I) .

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 :

b = 14 мм ; h = 9 мм , глубина паза на валу t1 = 5,5 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:

lp = 2×10 3 Т / d(0,94h – t1) [σ]см = (2000×210) / 45(0,94×9 – 5,5)190 = 16,6 мм .

5. Длина шпонки с закругленным торцом: l = lp + b = 16,6 + 14 = 30,6 мм .
В соответствии со стандартом принимаем длину шпонки l = 32 мм .

6. Длина ступицы колеса: lст = l + 10 мм = 32 + 10 = 42 мм , что допустимо.

Шпоночное соединение

Шпоночное соединение подразумевает под собой высоконадежное соединение между двумя различными деталями одного механизма. Как правило, в роли этих деталей выступают ведущие и ведомые элементы системы, например, вал и шкив, вал и ступица, вал и зубчатое колесо. Шпоночное соединение считается соединением разборного типа. Это означает, что такую конструкцию можно неоднократно разбирать и собирать обратно при необходимости, например, при износе основного крепежного элемента. При этом после проведения данных разборочно-сборочных работ итоговый КПД будет точно таким же, как и при первой сборке.

Собственно, самим крепежным элементом в соединении является обычная стальная шпонка. Примечательно, что переводе с Польского языка шпонка обозначает «клин». Такое название она получила как раз за счет своей конструкционной клиновидной формы, а также из-за принципа действия. Несмотря на то, что с течением времени кроме клиновых шпонок появились и другие виды шпонок — сегментные, призматические и даже тангенциальные, основной принцип действия у подобных стальных изделий остаётся абсолютно таким же. По конструкционным особенностям изготовления эти виды шпонок имеют следующие отличия:

  • Призматическая шпонка ГОСТ 23360-78 — используется в зависимости от варианта исполнения. Различают изделия направляющего, закладного и скользящего действия. Труднозаменимы. Могут опрокинуться при износе.
  • С егментн ая шпонка ГОСТ 24071-97 — используется для фиксации деталей на валах при низкой нагрузке. Этот вид имеет невысокую прочность, однако достаточно прост в изготовлении и обладает невысокой стоимостью.
  • Клиновая шпонка ГОСТ 24068-80 — применяется крайне редко из-за того, что форма изделия создает внутри соединения излишнее напряжение, а это чревато появлением радиального сдвига и последующей деформации.
  • Цилиндрическая шпонка ГОСТ 12207-79 — применяется для создания соединения на концах валов. Обязательным условием использования считается одинаковая твердость и плотность соединяемых шпонкой материалов.
  • Тангенциальная шпонка ГОСТ 24069-97 — это разновидность клиновых шпонок. Её особенность — широкая грань поверхности, за счет которой установка происходит по касательной вала с сечением больше 100 мм.
Читайте также:  Выбираем краскопульт: особенности конструкции, виды, советы по выбору

Кроме приведенны х выше госстандартов существуют другие нормативные документы, регулирующие процесс изготовления шпонок. В частности, это правила немецкого института по стандартизации — DIN. Само собой, немецкие требования к производству в большинстве имеют значительные отличия от отечественных, да и в целом, существует очень большое число стандартов производства, в зависимости от конфигурации и предназначения изделия. Однако есть и взаимозаменяемые стандарты, например немецкая сегментная шпонка DIN 6888 — это в принципе та же самая отечественная сегментная шпонка ГОСТ 24071-97 .

Таким образом, в зависимости от того, какие именно виды шпонок использовали при фиксации узлов механизма, будет зависеть работоспособность и долговечность шпоночного соединения . Дело в том, что стальная шпонка устанавливается в специальные пазы как на валах, так и на осях соединяемых ими деталей. Подобное расположение позволяет избежать взаимного проворачивания деталей, а при избыточных нагрузках, под воздействием больших сил, шпонка попросту срезается в месте соприкосновения, тем самым позволяя сохранить все рабочие узлы совершенно без каких-либо существенных повреждений их функционала.

Более того, стальная шпонка часто используется для передачи крутящего момента от одного ведущего вала к другому ведомому элементу, обеспечивая при достаточно невысокой себестоимости довольно хороший уровень КПД. Шпоночное соединение считается вполне надежным способом соединения деталей, имеющим множество преимуществ. Однако и здесь есть свои существенные недостатки. Для посадочного места шпонки на валах и осях фрезами и резцами проделываются специальные отверстия, значительно ослабляющие нагрузочную способность у соединяемых деталей из-за превышения допустимого уровня напряжений.

Тем не менее, шпоночное соединение имеет так же множество достоинств, благодаря которым подобный способ для фиксации деталей применяется практически во всех отраслях тяжелого и легкого машиностроения, а также в приборостроении и станкостроении и других производственных сферах. В частности, стальная шпонка имеет несложную конструкцию, с легкостью устанавливается и при необходимости демонтируется, имеет хорошую надежность и совсем невысокую стоимость. При этом для различных целей возможно выбрать наиболее оптимальные виды шпонок , отличающиеся формой, размерами и материалом изготовления.

Шпоночный прокат

Для изготовления шпонок используется так называемый ш поночный прокат , то есть специальная калиброванная сталь определенных марок. Как правило, это конструкционная углеродистая качественная сталь марок Ст20, Ст35, Ст45, Ст50, а также и конструкционная легированная сталь 40Х, либо нержавеющая сталь А4, поскольку именно эти разновидности обладают высокой степенью прочности к механическим воздействиям, например, ударным и вибрационным нагрузкам. Однако, по усмотрению изготовителей, для производства шпонок могут быть задействованы и другие подходящие по техническим характеристикам сплавы.

Кстати говоря, ш поночный прокат имеет свой персональный стандарт производства. В России таким стандартом считают ГОСТ 8787-67 , а вот зарубежных странах им выступает аналогичный DIN 6880 . При этом, согласно госстандарту шпоночный прокат не может быть менее 60кгс/мм 2 по временной устойчивости к разрыву. При этом для производства шпонок применяется калиброванная сталь , то есть уже механически обработанная заготовка стали, имеющая наиболее точные допуски и существенно лучшее качество отделки по поверхности. Благодаря применению такой стали, производители получают следующие преимущества:

  • Экономия при производстве
  • Высокое качество продукции

Дело в том, что калиброванная сталь уже имеет высококачественную поверхность и более точные размеры, поэтому не требует вторичной обработки, следовательно, сокращается расход материала и производитель имеет намного большую выгод у, устанавливая при этом не высокие цены, а оптимальную стоимость . Кроме того, плоскостная, объемная, вертикальная или комбинированная обработка стальных заготовок значительно улучша ю т их механические характеристики, делая шпоночный прокат еще более качественным. Учитывая эти факторы и насколько качественно шпоночное соединение , вполне ясна популярность этого проката.

Шпоночный прокат активно используется как специализированными предприятиями по производству шпонок в сферах машиностроения, станкостроения и строительства, так и частными потребителями. А поскольку изготовление шпонки в домашних условиях вполне себе возможно при наличии лишь необходимого оборудования и небольшого опыта, многие владельцы техники делают шпонки для своих соединений самостоятельно. Целесообразность подобного кустарного производства оправдана тем, что потребитель за час работы получает готовое изделие со всеми необходимыми параметрами без длительного ожидания доставки.

Это особенно актуально в разгар уборки или посева урожая, когда каждый простой в поле может обернуться колоссальными убытками. Именно поэтому многие механики в цехах хранят шпоночный прокат на случай износа шпонки. Однако если срочной необходимости в замене нет, тогда намного лучше будет приобрести уже изготовленную по всем стандартам шпонку. Само собой, заводские станки справятся с обработкой сырья куда лучше кустарных, ведь по требованиям практически каждого стандарта производства, шпонка не должна иметь шероховатость, которая будет превышать заданные значения её предельных отклонений.

Размеры шпоночно го соединени я

Шпонки устанавливаются в специальные посадочные места, представляющее из себя паз ы на валу и детали с определенны ми габарит ами . Естественно, что для размещения в них шпонка должна иметь чуть меньшие параметры. Собственно, размеры самого посадочного отверстия и размеры шпонки — это и есть размеры шпоночного соединения . Как правило, данные значения стандартизированы и соотносятся непосредственно с самим диаметром вала. Помимо этого, на итоговые параметры влияет еще и тип используемой в соединении шпонки, а также её конструктивная конфигурация, например, наличие скругленных торцов.

Т аблица размеров шпоночного соединения

Радиус с кругления пазов r или фаска Sx45°

Соединения шпоночные


размеры сечений пазов и их предельные отклонения

ШПОНКИ ПРИЗМАТИЧЕСКИЕ
( ГОСТ 23360-78 )

Данный ГОСТ 23360-78 соответствует DIN 6885 в диапазоне диаметров 6-130 мм

Описание распространяется на шпоночные соединения с призматическими шпонками и устанавливает размеры и предельные отклонения размеров призматических шпонок и соответствующих им шпоночных пазов на валах и во втулках.

Размеры сечений пазов

Размеры шпонок в зависимости от диаметра вала

Диаметр
вала
Сечение
шпонки bxh
Глубина пазаДлина шпонкиРадиус закругленияФаска
на валу tна втулке t1rminrmaxcmincmax
от 6 до 8
св. 8 до 10
св. 10 до 12
2×2
3×3
4×4
1,2
1,8
2,5
1,0
1,4
1,8
6 – 20
6 – 36
8 – 45
0,080,160,160,25
св. 12 до 17
св. 17 до 22
св. 22 до 30
5×5
6×6
8×7
3,0
3,5
4,0
2,3
2,8
3,3
10 – 56
14 – 70
18 – 90
0,160,250,250,40
св. 30 до 38
св. 38 до 44
св. 44 до 50
св. 50 до 58
св. 58 до 65
10×8
12×8
14×9
16×10
18×11
5,0
5,0
5,5
6,0
7,0
3,3
3,3
3,8
4,3
4,4
22 – 110
28 – 140
36 – 160
45 – 180
50 – 200
0,250,400,400,60
св. 65 до 75
св. 75 до 85
св. 85 до 95
св. 95 до 110
св. 110 до 130
20×12
22×14
25×14
28×16
32×18
7,5
9,0
9,0
10,0
11,0
4,9
5,4
5,4
6,4
7,4
56 – 200
63 – 250
70 – 280
80 – 320
90 – 360
0,400,600,400,60
св. 130 до 150
св. 150 до 170
св. 170 до 200
св. 200 до 230
36×20
40×22
45×25
50×28
12,0
13,0
15,0
17,0
8,4
9,4
10,4
11,4
100 – 400
100 – 400
110 – 450
125 – 500
0,701,000,701,00
св. 230 до 260
св. 260 до 290
св. 290 до 330
56×32
63×32
70×36
20,0
20,0
22,0
12,4
12,4
14,4
140 – 500
160 – 500
180 – 500
1,201,601,201,60
св. 330 до 380
св. 380 до 440
св. 440 до 500
80×40
90×45
100×50
25,0
28,0
31,0
15,4
17,4
19,5
200 – 500
220 – 500
250 – 500
2,002,502,002,50
1. Допускается применять шпонки длиной, выходящей за указанные пределы диапазонов длин. При этом длины свыше 500 мм следует выбирать из ряда Ra20 по ГОСТ 6636-69.
2. Для крепления режущего инструмента допускается применять уменьшенные шпонки 7х7 и 24х14 мм.

Варианты исполнения шпонок

Ряд длин шпонок: 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, 400, 450, 500

шпонка исполнения 1: Шпонка BxHxL ГОСТ 23360-78.
шпонка исполнения 2: Шпонка 2-BxHxL ГОСТ 23360-78.

Материал шпонок – сталь чисто тянутая для шпонок по ГОСТ 8787-68. Допускается применять другую сталь с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа (60 кг/мм 2 ).

Предельные отклонения пазов должны соответствовать указанным в таблице:


Примечания:
1. Допускаются для ширины паза и втулки любые сочетания полей допусков, указанных в таблице.
2. Для термообработанных деталей допускаются предельные отклонения размера ширины паза вала Н11, если это не влияет на работоспособность соединения.
3. В ответственных шпоночных соединениях сопряжения дна паза с боковыми сторонами выполняются по радиусу, величина и предельные отклонения которого должны указываться на рабочем чертеже.
4. Допускается в обоснованных случаях (пустотелые и ступенчатые валы, передачи пониженных вращающих моментов и т.п.) применять меньшие размеры сечений стандартных шпонок на валах больших диаметров, за исключением выходных концов валов.

Полное описание данных шпонок можно найти в ГОСТ 23360-78 “Соединения шпоночные с призматическими шпонками. Размеры шпонок и сечений пазов. Допуски и посадки”.

ГОСТ 23360-78
Основные нормы взаимозаменяемости. Соединения шпоночные с призматическими шпонками. Размеры шпонок и сечений пазов. Допуски и посадки

Купить ГОСТ 23360-78 — бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО “ЦНТИ Нормоконтроль”

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Распространяется на шпоночные соединения с призматическими шпонками и устанавливает размеры и предельные отклонения размеров призматических шпонок и соответствующих им шпоночных пазов на валах и во втулках.

  • Заменяет ГОСТ 7227-58 в части призматических шпонок
  • Заменяет ГОСТ 8788-68
  • Заменяет ГОСТ 8789-68

Стандарт соответствует рекомендации ИСО/Р 773-69

Оглавление

Приложение 1 (справочное) Теоретическая масса шпонок

Приложение 2 (рекомендуемое) Зависимость параметров шероховатости поверхности от допуска размера

Приложение 3 (справочное) Предельные отклонения на размеры шпонок, пазов на валах и во втулках (ступица)

Дата введения01.01.1980
Добавлен в базу01.09.2013
Актуализация01.02.2020

Этот ГОСТ находится в:

  • Раздел Экология
    • Раздел 21 МЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
      • Раздел 21.120 Валы и муфты
        • Раздел 21.120.30 Шпонки, шпоночные канавки, шлицы
  • Раздел Электроэнергия
    • Раздел 21 МЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
      • Раздел 21.120 Валы и муфты
        • Раздел 21.120.30 Шпонки, шпоночные канавки, шлицы

Организации:

17.11.1978УтвержденГосударственный комитет СССР по стандартам3034
ИзданИздательство стандартов1993 г.
ИзданИздательство стандартов1978 г.

Rectangular parallel keys. Dimensions, tolerances and fits

Чтобы бесплатно скачать этот документ в формате PDF, поддержите наш сайт и нажмите кнопку:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ОСНОВНЫЕ НОРМЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ

СОЕДИНЕНИЯ ШПОНОЧНЫЕ С ПРИЗМАТИЧЕСКИМИ ШПОНКАМИ

РАЗМЕРЫ ШПОНОК И СЕЧЕНИЙ ПАЗОВ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ

о? Издание официальное

УДК 621.886.6-431-433:006.354 Группа Г14

Взамен ГОСТ 8788-68, ГОСТ 8789-68 н ГОСТ 7227-58 в части призматических шпонок

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Основные нормы взаимозаменяемости

СОЕДИНЕНИЯ ШПОНОЧНЫЕ С ПРИЗМАТИЧЕСКИМИ ШПОНКАМИ

Размеры шпонок и сечений пазов. Допуски и посадки

Basic norms of interchangeability. Keys couplings with prismatic Keys. Keys dimensions and Keyways sections. Limits and fits

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17 ноября 1978 г. № 3034 дата введения установлена

Постановлением Госстандарта СССР № 1268 от 23.05.90 снято ограничение срока действия

1. Настоящий стандарт распространяется на шпоночные соединения е призматическими шпонками и устанавливает размеры и предельные отклонения размеров призматических шпонок и соответствующих им шпоночных пазов на валах и во втулках.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 189—79.

Стандарт соответствует рекомендации ИСО/Р 773—69.

2. Размеры шпонок и их предельные отклонения должны соответствовать указанным на черт. 1 и в табл. 1.

Шпоночные соединения

Служат для передачи крутящего момента от вала к ступице или наоборот.
Наибольшее распространение получили ненапряженные шпоночные соединения, в которых окружное усилие воспринимается боковыми поверхностями шпонок

Призматические и сегментные шпонки стандартизованы и подбираются по таблицам ГОСТ в зависимости от диаметра вала. Длина шпонок рассчитывается. Материал шпонок — Сталь 45, Сталь 50, для призматических шпонок — чистотянутая по профилю. Как правило, применяют лишь одну шпонку вследствие трудности пригонки нескольких (не более двух)

Расчет ненапряженных шпоночных соединений

Для упрощения расчета предполагается равномерная эпюра распределения нагрузок на боковую поверхность шпонки (хотя в действительности она неравномерна).
Шпонки рассчитываются на смятие и срез от действующего по диаметру вала окружного усилия

где h, b, l — высота, ширина и длина шпонки;

[σ]см, [τ] — допускаемые напряжения смятия и среза

Длина шпонки выбирается по более опасному напряженному состоянию

Соединения шпоночные с призматическими шпонками по ГОСТ 23360

Основные размеры шпонок и сечений пазов

Диаметр вала d, ммШирина шпонки bВысота шпонки hРадиус закругления или фаска Sх45°Глубина паза вала t1Глубина паза ступицы t2
св. 12 до 17550,16 — 0,253,02,3
св. 17 до 22660,16 — 0,253,52,8
св. 22 до 30870,16 — 0,254,03,3
св. 30 до 381080,25 — 0,45,03,3
св. 38 до 441280,25 — 0,45,03,3
св. 44 до 501490,25 — 0,45,53,8
св. 50 до 5816100,25 — 0,46,04,3
св. 58 до 6518110,25 — 0,47,04,4
св.65 до 7520120,4 — 0,67,54,9
св. 75 до 8522140,4 — 0,69,05,4
св. 85 до 9525140,4 — 0,69,05,4
св. 95 до 11028160,4 — 0,610,06,4
св. 119 до 13032180,4 — 0,611,07,4

Ряд длин шпонок: 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

Пример условного обозначения шпонки исполнения 1 по ГОСТ 23360-78 b = 18мм, h = 11мм, l = 70мм:
Шпонка 18×11×70 ГОСТ 23360-78
То же, исполнение 2:
Шпонка 2-18×11×70 ГОСТ 23360-78

Соединения шпоночные с сегментными шпонками по ГОСТ 24071

Диаметр вала d, ммСечение шпонки bxhxDДлина шпонки lГлубина паза вала t1Глубина паза ступицы t2r или Sх45°r1 или S1х45°
св. 12 до 144х6; 5х1615,75,01,80,25 — 0,40,16 — 0,25
св.14 до 164х7; 5х1918,66,01,80,25 — 0,40,16 — 0,25
св. 16 до 185х6; 5х1615,74,52,30,25 — 0,40,16 — 0,25
св. 18 до 205х7; 5х1918,65,52,30,25 — 0,40,16 — 0,25
св. 20 до 225х9х2221,67,02,30,25 — 0,40,16 — 0,25
св. 22 до 256х9х2221,66,52,80,25 — 0,40,16 — 0,25
св. 25 до 286х10х2524,67,52,80,25 — 0,40,16 — 0,25
св. 28 до 328х11х2827,38,03,30,4 — 0,60,25 — 0,4
св. 32 до 3810х13х3231,410,03,30,4 — 0,60,25 — 0,4
св. 38 до 4412х19х6559,116,03,30,4 — 0,60,25 — 0,4

Пример условного обозначения шпонки исполнения 1 по ГОСТ 24071-80 сечением b × h = 5 × 6,5 мм :
Шпонка 5×6,5 ГОСТ 24071-80
То же, исполнения 2 сечением b х h1 = 5 х 5,2 мм
Шпонка 2-5×5,2 ГОСТ 24071-80

Читайте также:  Цепная электропила своими руками: техника безопасности, советы профессионалов
Ссылка на основную публикацию