Шпонка что это такое фото

Шпонка призматическая

Одним из самых распространенных разъемных соединений, которое используется в станках и механизмах для передачи вращательного движения, является шпоночное соединение. С помощью него можно передать вращательный момент от вала на ступицу, шкив или зубчатое колесо. Для того, чтобы процесс передачи движения происходил без потерь, необходима деталь, которая будет удерживать вал и тело вращения в фиксированном положении друг к другу.

Шпонкой называется элемент машин и механизмов, представляющий собой продолговатый предмет, который вставляется в пазы двух деталей для передачи вращательного движения от одного к другому. Материалом для изготовления служат различные стали и сплавы. По своей форме они подразделяются на:

Наибольшее распространение получила шпонка призматическая, которая имеет прямоугольное сечение. В пазы соединения она входит с небольшим зазором, что обеспечивает ее стабильное положение и равномерное распределение нагрузки. Существует три типа исполнения призматических шпонок: с плоским или закругленным торцом и комбинированные. На рисунке 1 показан чертеж всех типов.

Требования к работе

Преимуществом использования такого типа соединения является простота конструкции, а также простой монтаж и демонтаж. Однако стоит учитывать, что на шпинделе будет участок с постоянной увеличенной нагрузкой. Поэтому при проектировании валов и шпинделей стоит учитывать этот момент и правильно спроектировать участок под шпоночное соединение.

Нельзя допускать перекоса шпонки, когда она устанавливается в паз. Нагрузка на вал или ступицу в таком случае будет распределятся неравномерно и может привести к поломке. Чтобы этого избежать, рекомендуют делать минимальный зазор между деталями. Также не рекомендуется использование такого типа соединений в станках с высокой скоростью вращения валов и шпинделей.

Дело в том, что при высоких скоростях неправильное расположение приводит к многократно возрастающим биениям, что недопустимо на производстве.

Разновидности

Главным критерием выбора призматической шпонки является то, для какого виды соединений она предназначена.

В том случае, если соединение неподвижное, используют закладные призматические шпонки. В подвижных соединениях применяют направляющие или скользящие призматические шпонки. Использование направляющих актуально, когда движение ступицы происходит по продольной оси с валом, при этом она проскальзывает по самому пазу. Скользящий тип подразумевает жесткое закрепление в паз и движение вдоль него.

На производстве изготовление шпонок всех типов должно быть выполнено по соответствующим ГОСТам. Данные документы содержат рекомендуемые размеры для изделий в соответствие со стандартными размерами валов.

В случаях, когда вал или шпиндель имеет нестандартный диаметр, следует проводить подробный расчет допусков и посадок для паза.

Основные параметры

Изготовление призматических шпонок своими руками – это сложный и малоэффективный процесс. Чтобы получить деталь с точными геометрическими параметрами сегодня у человека есть специальные станки.

Процесс изготовления начинается с выбора заготовки. Основным материалом для будущего изделия служат стали и сплавы, например, углеродистая Сталь 45. Она обладает высокими показателями прочности и выносливости, выдерживает колебания температур, а также устойчива к различным физико-химическим воздействиям. В зависимости от условий, где будет использоваться механизм или оборудование, в котором будет применена шпонка, можно выбрать и другой материал, соответствующий определенным требованиям к эксплуатации.

Дальнейший этап изготовления – это холодное или горячее волочение заготовки, с последующей калибровкой. Значение калибровки в этом процессе заключается в приближении требуемых значений размеров и характеристик детали по ГОСТу. После этого заготовка отрезается с помощью сверлильных, фрезерных или отрезных станков. Дальнейшая обработка происходит на фрезерном оборудовании, на котором получается достигнуть требуемые размеры призматических шпонок.

Геометрические параметры шпонок меняются в зависимости друг от друга. Так, шпонка призматическая din 6885, при значениях высоты и ширины в 4 мм может иметь длину в диапазоне 8–28 мм. Дальнейшее увеличение длины при заявленной ширине и высоте недопустимо, так как резко ухудшается надежность и долговечность изделия. В таблице ниже представлены размеры din 6885 выполненной из стали.

Стоит отметить, что она также может быть изготовлена из нержавеющей стали. Это позволит в некоторых случаях использовать заготовку меньшей толщины при требуемой длине.

Размеры шпонок должны соответствовать государственным стандартам независимо от типа их исполнения.

Государственные стандарты

Размеры закладных шпонок определены в ГОСТ 23360-78 и отображены в таблице ниже.

Предельные отклонения значения ширины определяют по h9, высоты – h11; h9, длины – h14. Если требуемая длина превышает максимально указанное значение в 500 мм, то в соответствие с ГОСТ 6636-69 выбирают наиболее близкое значение из ряда чисел Ra20.

Подробную информацию о весе и размерах, предъявляемых к данному типу изделий можно найти в ГОСТ 10748-79.

Источник

Формы стальных шпонок

Прежде чем определять разновидности шпонок стоит отметить, что при изготовлении данного продукта используют следующие виды марок металла:

Итак, выделяют 5 разновидностей шпонок:

Далее, уже продолжим рассматривать конструкцию, назначение и применение вышеуказанных разновидностей стального материала.

Клиновая

Этот вид шпонки в своем строении имеет небольшой угол наклона. Чтобы установить ее в шпоночное соединение нужно воспользоваться ударным способом. А применяют ее для того, что создать и подойти к определенному напряжению. Также она предназначены в оборудовании, где имеются тихоходные передачи.

Призматическая

Как мы видим по картинке, такой вид шпонки выглядит отличительно от всех, имея овальную форму. Если рассматривать ее технические особенности, то она имеет высокую степень к ржавчине. Чтобы этого не происходило, необходимо натянуть муфту и вал. Такой металлический продукт применяется в подвижных устройствах, где требуется дополнительное крепление.

Сегментная

Рассматривое стальное изделие изготавливается путем фрезирования. Данный вид шпонки применяется в случае массивных валов, когда размеры могут быть небольшими. Если сравнивать этот тип детали с другими, то он включает в свою конструкцию глубокий паз.

Цилиндрическая

Этот крепежное металлическое изделие эксплуатируется только в натяжении. Данное состояние характерно и для отверстия, которое расположено на торце вала. Его отличает то, что стальной продукт можно легко просверлить. Цилиндрическая деталь используется лишь тогда, когда ступицу нужно поставить на край вала.

Тангенциальная

Материалом выполнения данной шпонки является призматический клин прямоугольной формы. Также данная деталь является хорошим элементом стального паза к интенсивности и напряжения.

Отдельно отметим еще то, что все формы шпонок производятся по техническим документам.

Источник

ГОСТ 24071-97 Скачать DOC-файл Скачать PDF-файл ГОСТ 24071-97(ИСО 3912-77)Группа Г14МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТОс

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.

Материал

Для шпонок наиболее подходят стали с содержанием углерода свыше 0,4%. Именно такой состав обеспечивает необходимое значение износостойкости, прочности и твердости. Сюда относятся конструкционные стали марок и 50, а также сталь обыкновенного качества Ст.6.

Применение более дорогих аналогов стальных сплавов не имеет смысла, поскольку повышенная жесткость шпонки увеличивает вероятности пазов валов и ступицы. Для улучшения условий передачи вращения куда выгодней воспользоваться другими более оптимальными.

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:

3 Размеры и допуски шпонок

Размеры и предельные отклонения размеров шпонок указаны на рисунке 1 и в таблице 1.

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.

6 Зависимость между диаметром вала и размерами шпонки

В таблице 3 даны две серии взаимосвязи между диаметром вала и размером шпонки: серия 1 — для передачи крутящего момента, серия 2 — для фиксации детали (в случае неподвижной посадки, когда передача момента осуществляется за счет трения).

Таблица 3 — Зависимость диаметра вала от размера шпонки

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.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное). Дополнительные требования, отражающие потребности экономики страны

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное)

A.1 Стандарт не распространяется на соединения, спроектированные до введения в действие настоящего стандарта, а также на шпоночные соединения, собираемые подгонкой или подбором шпонок.

А.2 Материал шпонок — чистотянутая сталь для сегментных шпонок по ГОСТ 8786-68 или по разделу 4.

А.3 Допускается в технически обоснованных случаях (пустотелые и ступенчатые валы, передача пониженных крутящих моментов и т.п.) применять меньшие, чем указано в таблице 2, размеры сечений шпонок на валах больших диаметров, за исключением выходных концов валов.

А.5 Допускается свободное соединение шпонки с валом и втулкой. Предельные отклонения при свободном соединении ширины паза должны соответствовать полям допусков для вала — Н9, для втулки — D10.

А.6 Допускаются для ширины паза вала и втулки любые сочетания полей допусков, указанные в таблице 2.

А.7 Для термообработанных деталей допускаются предельные отклонения размера ширины паза вала, соответствующие полю допуска H11, размера ширины паза втулки — D10.

А.8 Контроль размеров шпоночных пазов и их расположения относительно соответствующих цилиндрических поверхностей — по ГОСТ 24109 — ГОСТ 24111; ГОСТ 24115 — ГОСТ 24117; ГОСТ 24119; ГОСТ 24120.

А.9 Серия 2 (таблица 3) может применяться также для неответственных соединений (при передаче малых крутящих моментов с небольшой частотой вращения, не влияющих на долговечность деталей; при кратковременной работе соединения и т.д.).

А.10 Допускается в зависимости от принятой базы обработки и измерения указывать вместо на рабочем чертеже номинальный размер для вала с предельным отклонением для по таблице 2 и для втулки вместо размер с предельным отклонением для по таблице 2.

А.11 Масса шпонок указана в приложении Б.

А.12 Для изделий, спроектированных до 01.01.80, допускаются предельные отклонения размеров шпоночных соединений, приведенные в приложении В.

А.13 Параметры шероховатости поверхности элементов шпоночных соединений приведены в приложении Г.

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.

ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

3. Предельные отклонения размеров (d-t1

4. Шпоночные пазы валов и втулок (по ГОСТ 10748-79)

На рабочем чертеже должен проставляться один размер для вала t1

(предпочтительный вариант) или
d-t1
и для втулки
d+t2
;

ГОСТ 23360—78 и ГОСТ 10748—79 предусматривают также сечение шпонок и пазов для валов диаметром до 500 мм.Размеры призматических шпонок по ГОСТ 23360—78 и призматических высоких по ГОСТ 10748—79 приведены в табл. 5. Размеры призматических направляющих шпонок — по ГОСТ 8790-79 (табл. 6). Отклонения размеров призматических шпонок и пазов — по ГОСТ 23360—78 (табл. 2,3 и 5). Допускается в отдельных обоснованных случаях (пустотелые и ступенчатые валы и т.п.) применять меньшие размеры сечений шпонок на валах больших диаметров, за исключением выходных концов валов.

5. Призматические шпонки (по ГОСТ 23360-78) призматические высокие шпонки (по ГОСТ 10748-79)

* У шпонок высотой я от 2 до 6 мм предельные отклонения соответствуют h9. **

Размер
l
в указанных пределах брать из ряда: 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 мм. В скобках размеры я для шпонок по ГОСТ 10748—79. Допускается применять шпонки с длиной, выходящей за пределы диапазона, указанного в табл. 5.

Пример обозначения шпонки

Шпонка 18х11х100 ГОСТ 23360-78

То же, исполнения 2:

Шпонка 2-18х11х100 ГОСТ 23360-78

Материал шпонок — сталь с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа.

6. Призматические направляющие шпонки с креплением на валу (по ГОСТ 8790-79)

1. Длины шпонок должны выбираться из ряда 22; 25; 28; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140: 160; 180; 200; 220; 250; 280; 320; 360; 400; 450 мм. 2. Длины шпонок свыше 450 мм должны выбираться из ряда Ra 20 по ГОСТ 6636—69. 3. Допускается применять шпонки с длиной, выходящей за пределы длин, указанных в табл. 1. 4. Допускается применять предельные отклонения для ширины
b
по f9. 5. В технически обоснованных случаях допускается применение винтов по ГОСТ 1491—80 увеличенной длины с соответствующим увеличением глубины
l2
. 6. Размеры
l
3,
l
4,
l
5 по табл. 2 ГОСТ 8790-79.

7. Теоретическая масса призматических направляющих шпонок с креплением на валу (по ГОСТ 8790—79)

8. Размеры сечений пазов и предельные отклонения глубины паза, мм (по ГОСТ 8790-79)

На рабочем чертеже должен проставлять один размер для вала t

Источник