Шпоночное соединение

Шпоночное соединение – один из видов соединений вала со втулкой с использованием дополнительного конструктивного элемента (шпонки), предназначенной для предотвращения их взаимного поворота. Чаще всего шпонка используется для передачи крутящего момента в соединениях вращающегося вала с зубчатым колесом или со шкивом, но возможны и другие решения, например – защита вала от проворота относительно неподвижного корпуса. В отличие от соединений с

натягом, которые обеспечивают взаимную неподвижность деталей без дополнительных конструктивных элементов, шпоночные соединения – разъемные. Они позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке. Поперечное сечение шпоночного соединения с призматической шпонкой представлено на рис. 1.

Из рис. 1 видно, что шпоночное соединение включает в себя минимум три посадки: вал-втулка (центрирующее сопряжение) шпонка-паз вала и шпонка-паз втулки. Точность центрирования деталей в шпоночном соединении обеспечивается посадкой втулки на вал. Это обычное гладкое цилиндрическое сопряжение, которое можно назначить с очень малыми зазорами или натягами, следовательно – предпочтительны переходные посадки. В сопряжении (размерной цепи) по высоте шпонки специально предусмотрен зазор по номиналу (суммарная глубина пазов втулки и вала больше высоты шпонки). Возможно еще одно сопряжение – по длине шпонки, если призматическую шпонку с закругленными торцами закладывают в глухой паз на валу.

Шпоночные соединения могут быть подвижными или неподвижными в осевом направлении. В подвижных соединениях часто используют направляющие шпонки с креплением к валу винтами. Вдоль вала с направляющей шпонкой обычно перемещается зубчатое колесо (блок зубчатых колес), полумуфта или другая деталь. Шпонки, закрепленные на втулке, также могут служить для передачи крутящего момента или для предотвращения поворота втулки в процессе ее перемещения вдоль неподвижного вала, как это сделано у кронштейна тяжелой стойки для измерительных головок типа микрокаторов. В этом случае направляющей является вал со шпоночным пазом.

По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные. В стандартах предусмотрены разные исполнения шпонок некоторых видов, например, призматические шпонки с двумя закругленными торцами (исполнение 1), с одним закругленным торцом (исполнение 3) и с незакругленными торцами (исполнение 2), сегментные шпонки со срезанным краем сегмента (исполнение 2).

Призматические шпонки дают возможность получать как подвижные, так и неподвижные соединения. Сегментные шпонки и клиновые шпонки, как правило, служат для образования неподвижных соединений. Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизованы и выбираются в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединения.

В табл.1 приведены размеры ряда призматических шпонок и шпоночных пазов (ГОСТ 23360-78).

Таблица 1.

D (d)	b	h	t1	t2	l	s	s1
От 6 до 8 Св.8 до 10 Св.10 до 12 …………….	….	….	1,2 1,8 2,5 …..	1,0 1,4 1,8 …..	6...20 6...36 8...45 …….	0,16…0,25 ……………	0,08…0,16 …………….
Св.22 до 30			4,0	3,3	18-90	0,25…0,40	0,16…0,25

Длины шпонок l выбирают из ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 40, 45, 50, 56, 63 и далее до 500 мм с полем допуска h14. Для длины L шпоночного паза, которая на 0,5...1,0 мм больше длины шпонки l, установлено поле допуска Н15.

Предельные отклонения глубин пазов на валу t1 и во втулке t2 приведены в таблице 2:

Таблица 2

Высота шпонки h	Предельные отклонения t1 и t2
От 2 до 6	ЕI = 0; ES = + 0,1
Св. 6 до 18	EI = 0; ЕS = + 0,2
Св.18 до 50	ЕI = 0; ES = + 0,3

Стандарт устанавливает следующие поля допусков размеров шпонок:

- ширины b – h9;

- высоты h – h9, а при h свыше 6 мм – h11.

В зависимости от характера (вида) шпоночного соединения стандартом установлены следующие поля допусков ширины паза:

Вид шпоночного соединения	Поле допуска ширины паза
на валу	во втулке
Свободное Нормальное Плотное	Н9 N9 Р9	D10 Js9 Р9

 

Для обеспечения качества шпоночного соединения, которое зависит от точности расположения плоскостей симметрии пазов вала и втулки, назначают допуски симметричности и параллельности и указывают их в соответствии с ГОСТ 2.308-79.

Числовые значения допусков расположения определяют по формулам:

Т = 0,6 Т шп

Т = 4,0 Т шп,

где Т шп – допуск ширины шпоночного паза b.

Расчетные значения округляют до стандартных по ГОСТ 24643-81.

Шероховатость поверхностей шпоночного паза выбирается в зависимости от полей допусков размеров шпоночного соединения (Ra 3,2 мкм или 6,3 мкм).

Условное обозначение призматических шпонок состоит из:

- слова "Шпонка";;

- обозначения исполнения (исполнение 1 не указывают);

- размеров сечения b x h и длины шпонки l;