Шпоночный материал

Шпонка. Шпоночный паз. Виды, размеры и предельные отклонения.

Призматические шпонки по ГОСТ 23360-78.

Рис 1. Основные обозначения призматических шпонок и шпоночных пазов.

Таблица 1. Размеры и предельные отклонения призматических шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 23360-78.

Диаметр вала d	Сечение шпонки bхh	Шпоночный паз	Длина l мм
Ширина b	Глубина	Радиус закругления r или фаска s1 x 45°
Свободное соединение	Номинальное соединение	Плотное соед.	Вал t1	Втулка t2
Вал (Н9)	Втулка (D10)	Вал (N9)	Втулка (JS9)	Вал и втулка (Р9)	Ном..		Ном.	Пред. откл.	не более	не менее
Cв.12  до 17 » 17 » 22	5×5 6×6	+0,030	+0,078 +0,030	0 -0,030	±0,015	-0,012 -0,042	3,0 3,5	+0,1	2,3 2,8	+0,1	0,25 0,25	0,16 0,16	10-56 14-70
Св. 22 до 30 » 30 » 38	8×7	+0,036	+0,098 +0,040	0 -0,036	±0,018	-0,015 -0,051	4,0 5,0	+0,2	3,3 3,3	+0,2	0,25 0,4	0,16 0,25	18-90
10×8	22-110
Св. 38 до 44 » 44 » 50 » 50 » 58 » 58 » 65	12×8	+0,043	+0,120 +0,050	0 -0,043	±0,021	-0,018 -0,061	5,0	3,3	0,4	0,25	28-140
14×9	5,5	3,8	36-160
16×10	6,0	4,3	45-180
18×11	7,0	4,4	50-200
Св. 65 до 75 » 75 » 85 » 85 » 95	20×12	+0,052	+0,149 +0,065	0 -0,052	±0,026	-0,022 -0,074	7,5	4,9	0,6	0,4	56-220
22×14	9,0	5,4	63-250
24×14	9,0	5,4	70-280

Таблица 2. Предельные отклонения размеров (d + t₁) и (d + t₂).

Высота шпонок	Предельное отклонение размеров
d + t1	d + t2
От 2 до 6	0 -0,1	+0,1 0
Св. 6 до 18	0 -0,2	+0,2 0
Св. 18 до 50	0 -0,3	+0,3 0

Призматические шпонки с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.

Рис 2. Основные обозначения призматических шпонок с креплением на валу и шпоночных пазов.

Таблица 3. Размеры призматических шпонок с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.

Ширина b (h9)	Высота h (h11)	Радиус закругления r или фаска s1 x 45°	Диаметр d0	Длина l2	Длина l (h14)	Винты по ГОСТ 1491-80
не менее	не более	от	до
8	7	0 25	0,40	М3	7	25	90	М3×8
10	8	0,40	0,60	8	25	110	М3×10
12	М4	10	28	140	М4×10
14	9	М5	36	160	М5×12
16	10	М6	11	45	180	М6×14
18	11	50	200
20	12	0,60	0,80	56	220
22	14	М8	16	63	250	М8×20
25	70	280
28	16	80	320
32	18	М10	18	90	360	М10×25
36	20	1,00	1,20	100	400
40	22	М12	22	100	400	М12×30
45	25	125	450

Сегментные шпонки по ГОСТ 8786-68.

Рис 3. Основные обозначения сегментных шпонок и шпоночных пазов.

Таблица 4. Размеры и предельные отклонения сегментных шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 8786-68.

Диаметр вала d	Размеры шпонки b×h×D	Шпоночный паз
Передающих вращающий момент	Фиксирующих элементы	Ширина b	Глубина	Радиус закругления r или фаска s1 x 45°
Вал t1	Втулка t2
Номин.	Пред. откл.	Номин.	Пред. откл.	не менее	не более
От 3 до 4 Св. 4 » 5	От 3 до 4 Св. 4 » 6	1×1,4×4 1,5×2,6×7	1,0 1,5	1,0 2,0	+0,1 0	0,6 0,8	+0,1	0,08	0,16
Св. 5 » 6 » 6 » 7	Св. 6 » 8 » 8 » 10	2×2,6×7 2×3,7×10	2,0	1,8 2,9	1,0 1,0
Св. 7 до 8	Св. 10 до 12	2,5×3,7×10	2,5	2,7	1,2
Св. 8 до 10 » 10 » 12	Св. 12 до 15 » 15 » 18	3×5×13 3×6,5×16	3,0	3,8 5,3	+0,2 0	1,4 1,4
Св. 12 до 14 » 14 » 16	Св. 18 до 20 » 20 » 22	4×6,5×16 4×7,5×19	4,0	5,0 6,0	1,8 1,8	0,16	0,25
Св. 16 до 18 » 18 » 20	Св. 22 до 25 » 25 » 28	5×6,5×16 5×7,5×19	5,0	4,5 5,5	2,3 2,3
Св. 20 до 22	Св. 28 до 32	5×9×22	7,0	+0,3	2,3
Св. 22 до 25 » 25 » 28	Св. 32 до 36 » 36 » 40	6×9×22 6×10×25	6,0	6,5 7,5	2,8 2,8
Св. 28 до 32	Св. 40	8×11×28	8,0	8,0	3,3	+0,2	0,25	0,40
Св. 32 до 38	Св. 40	10×13×32	10,0	10,0	3,3

Клиновые шпонки по ГОСТ 24068-80.

Рис 4. Основные обозначения клиновых шпонок и шпоночных пазов.

Таблица 5.1 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.

Ширина b (h9)	Высота h (h11)	Радиус закругления r или фаска s1 x 45°	Длина l (h14)	Высота шпоночной головки
		не менее*	не более	от	до
2	2	0,16	0,25	6	20	—
3	3	6	36	—
4	4	8	45	7
5	5	0,25	0,40	10	56	8
6	6	14	70	10
8	7	18	90	11
10	8	0,40	0,60	22	110	12
12	8	28	140	12
14	9	36	160	14
16	10	45	180	16
18	11	50	200	18
20	12	0,60	0,80	56	220	20
22	14	63	250	22
25	14	70	280	22
28	16	80	320	25
32	18	90	360	28
36	20	1,00	1,20	100	400	32
40	22	100	400	36
45	25	110	450	40
50	28	125	500	45
56	32	1,60	2,00	140	500	50
63	32	160	500	50
70	36	180	500	56
80	40	2,50	3,00	200	500	63
90	45	220	500	70
100	50	250	500	80

Продолжение.

Таблица 5.2 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.

Диаметр вала	Сечение шпонки bхh	Шпоночный паз
Ширина b	Глубина	Радиус закругления r или фаска s1 x 45°
Вал и втулка (D10)	Вал t1	Втулка t2
Номин.	Пред. откл.	Номин.	Пред. откл.	не менее	не более
От 6 до 8	2х2	2	1,2	+0,1 0	0,5	+0,1 0	0,08	0,16
Св. 8 до 10	3х3	3	1,8	0,9
Св. 10 до 12	4х4	4	2,5	1,2
Св. 12 до 17	5х5	5	3,0	1,7	0,16	0,25
Св. 17 до 22	6х6	6	3,5	2,2
Св. 22 до 30	8х7	8	4,0	+0,2 0	2,4	+0,2 0
Св. 30 до 38	10х8	10	5,0	2,4	0,25	0,40
Св. 38 до 44	12х8	12	5,0	2,4
Св. 44 до 50	14х9	14	5,5	2,9
Св. 50 до 58	16х10	16	6	3,4
Св. 58 до 65	18х11	18	7	3,4
Св. 65 до 75	20х12	20	7,5	3,9	0,40	0,60
Св. 75 до 85	22х14	22	9	4,4
Св. 85 до 95	25х14	25	9	4,4
Св. 95 до 110	28х16	28	10	5,4
Св. 110 до 130	32х18	32	11	6,4
Св. 130 до 150	36х20	36	12	+0,3 0	7,1	+0,3 0	0,70	1,00
Св. 150 до 170	40х22	40	13	8,1
Св. 170 до 200	45х25	45	15	9,1
Св. 200 до 230	50х28	50	17	10,1
Св. 230 до 260	56х32	56	20	11,1	1,20	1,60
Св. 260 до 290	63х32	63	20	11,1
Св. 290 до 330	70х36	70	22	13,1
Св. 330 до 380	80х40	80	25	14,1	2,00	2,50
Св. 380 до 440	90х45	90	28	16,1
Св. 440 до 500	100х50	100	31	18,1

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (справочное)

Таблица Г.1

Допуск размера по квалитетам	Rа, мкм, не более для номинальных размеров, мм
До 18	Св. 18 до 50	Св. 50 до 120	Св. 120 до 500
IT9	3,2	3,2	6,3	6,3
IT10	3,2	6,3	6,3	6,3
IT11	6,3	6,3	12,5	12,5
IT12, IT13	12,5	12,5	25	25
IT14, IT15	12,5	25	50	50
Примечания 1 Параметр шероховатости поверхностей с неуказанными предельными отклонениями – Ra 20 мкм. 2 Параметр шероховатости дна шпоночного паза рекомендуется принимать равным Ra 6,3 мкм.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка	Номер пункта	Обозначение НТД, на который дана ссылка	Номер пункта
	ОСТ 1015
	ОСТ 1024
	ОСТ 1025

Ключевые слова: соединения шпоночные, сегментные шпонки, сечения шпонок и пазов, допуски и посадки

DIN 6885 Б/П Шпонка стальная призматическая

• Модификации
• Описание
• Технические характеристики
• Ваши скидки

Призматические шпонки DIN 6885 изготавливаются в разных вариациях. Они бывают квадратные, овальные, с округлыми углами только с одной из сторон, с отверстиями и без, а так же со срезами одного из углов.

Шпонка изготавливается по немецкому стандарту DIN 6885, а так же по Российскому стандарту ГОСТ 23360-78 и по международному стандарту ISO 773. Шпонка DIN 6885 производится из стали, по умолчанию дополнительного покрытия не имеет, так же не обладает повышенными классами прочности.

Установка шпонки в каком-либо механизме требуется внимательности и опыта установки подобных изделий. Для правильной установки шпонки в механизме, нужно деталь и вал совместить таким образом, чтобы канавки у них совпали. Шпонка по DIN 6885 фиксирует на валу надетый на него маховик/зубчатую шестерню/шкив. Данный вал часто рассчитан на тысячи оборотов в минуту.

Узел, в котором вращается вал с такой огромной скоростью, чаще всего непрерывно работает годами. И все это время призматическая шпонка испытывает действующие на срез силы.

Назначение

Шпонка DIN 6885 призматическая, или по другому её ещё называют «шпоночный паз». Шпонки DIN 6885 очень часто используются в производственных и промышленных сферах.

Технические характеристики шпонки DIN 6885 (часть 1):

Параметры шпонки	Ширина шпонки, B (h9)
2	3	4	5	6	8	10	12	14	16	18	20	22	25	28	32
Высота, H (h11)	2	3	4	5	6	7	8	8	9	10	11	12	14	14	16	18
Радиус	мин.	0,16	0,25	0,4	0,6
макс.	0,25	0,4	0,6	0,8
Номиналь- ная длина L	мин.	6	6	8	10	14	18	22	28	36	45	50	56	63	70	80	90
макс.	20	36	45	56	70	90	110	140	160	180	200	220	250	280	320	360

Технические характеристики шпонки DIN 6885 (часть 2):

Параметры шпонки	Ширина шпонки, B (h9)
36	40	45	50	56	63	70	80	90	100
Высота, H (h11)	20	22	25	28	32	32	36	40	45	50
Радиус	мин.	1	1,6	2,5
макс.	1,2	2	3
Номиналь- ная длина L	мин.	100	110	125	140	160	180	200	220	250	280
макс.	400	400	400	400	400	400	400	400	400

Сумма заказа	Размер скидки на каждый заказ
5 000 — 20 000 рублей	Базовая оптовая цена
20 000 — 70 000 рублей	Скидка 5%
70 000 — 200 000 рублей	Скидка 10%
свыше 200 000 рублей	Скидка до 25%

Если ВЫ являетесь крупнооптовой снабжающей организацией для ВАС есть особые условия, оповестите наших менеджеров и получите персональные скидки!

Кольцо стопорное плоское внутреннее для отверстий

Назад

Технология изготовления шпона

Шпон по способу изготовления подразделяется на три вида – лущёный, пиленый и строганный. Существенное значение для получения качественного материала имеет состояние древесины. После подготовки бревна выбирают подходящий способ обработки.

Изготовление лущеного шпона

Технология производства лущёного шпона представляет снятие слоя древесины с вращающейся заготовки. Предварительная гидротермическая обработка усиливает пластические характеристики древесины, это позволяет избежать возникновения трещин на изнанке листа. Нужно подобрать оптимальную температуру для ванн, так как слишком высокая степень нагрева может привести к размягчению волокон и образованию ворсистой поверхности.

В процессе лущения чураки вращаются, а режущие ножи совершают поступательные движения по отношению к оси вращения заготовки. Диаметр чурака при этом постепенно уменьшается. В результате он приобретает форму цилиндра, которая называется карандашом. Лента, образуемая при лущении, нарезается специальными ножницами, затем готовые пластины укладывают в стопки. Лущёный шпон в основном применяется для облицовки фанеры, для отделки дверей и лестниц, при производстве спичек.

Изготовление строганного шпона

Строганный шпон – это срез тонкого слоя дерева с красивым рисунком текстуры. Производят такой вид шпона методом строгания подготовленных деревянных брусков на шпонострогальных станках. Для этого бревно распиливают вдоль на две половины и определяются с возможным рисунком. Если есть необходимость, тот кряж нарезают ещё раз пополам для получения нужного узора. Принцип работы станка заключается в том, что заготовка закрепляется на подвижной раме, а горизонтальный нож при каждом проходе рамы отрезает пластину. Затем заготовка подаётся вперёд. Толщина получаемого листа от 0.2 до 5 мм.

Производство пиленого шпона

Технология изготовления пилёного шпона заключается в распиливание подготовленных брусков на тонкие ленты, шириной от 2 до 10 мм. Данный способ хорошо сохраняет красоту древесной текстуры, так как не применяется термообработка, которая немного высветляет оттенок древесины. Получаемый шпон (ламель) используют в производстве мебели, при изготовлении столярных изделий, паркета, дверных полотен. Из ламели собирают клееные щиты, которые используют для мебельных гарнитуров в качестве альтернативы массиву дерева. Для промышленного производства пиленого шпона используют полностью автоматизированные пилорамы, оснащенные загрузочным механизмом, захватами для бруса и двухсторонним режущим полотном. Спиленные ламели складируются в пачках в том порядке, в каком выходят из-под ножа.

Производство коренного шпона

Коренной шпон получают из капа дерева – наростов на стволах, образующихся на кроне или близко к корням дерева. Такие наросты чаще всего можно встретить на берёзах, но также они образуются и на осине, дубе, орехе. Способ получения сырья – это трудоёмкий процесс, да и встречаются капы не так часто, а рисунок среза необычайно красив и уникален. Промышленное производство коренного шпона не поставлено на широкий поток. Поэтому шпон из капа считается одним из самых дорогих, приравнивается по ценности к изделиям из редких пород дерева. Используется в дорогой отделке салонов элитных автомобилей, в изготовлении эксклюзивных деталей интерьера.

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:

1. Металлическая шпонка производится зачастую при применении металла, который отвечает ГОСТу 8787-68.
2. Зарубежные производители учитывают стандарт DIN
3. В большинстве случаев используется шпоночный прокат, представленный конструкционной углеродистой сталью.
4. Особенностью можно назвать то, что поверхностный слой обладает лучшими эксплуатационными характеристиками.
5. Повысить основные характеристики можно за счет проведения различного рода термической обработки. Часто твердость повышается путем закалки или выполнения отпуска.

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:

1. Твердость поверхностного слоя.
2. Устойчивость материала от воздействия окружающей среды.
3. Степень обрабатываемости.

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:

Примером можно назвать марку 40Х, которая характеризуется следующими особенностями:

Примером можно назвать марку 40Х, которая характеризуется следующими особенностями:

1. Твердость варьируется в пределе 35-45 HRC. Для повышения этого показателя проводится термическая обработка, а также отпуск для снижения вероятности появления внутренних напряжений.
2. Внесение хрома позволяет несколько повысить степень защиты материала от воздействия повышенной влажности. Этот момент определяет то, что коррозия на поверхности не появляться в течение длительного периода применения изделия.
3. Концентрация углерода в районе 0,4% обеспечивает требуемую прочность и твердость изделия. При этом в состав могут включаться и другие вещества в небольшой концентрации, за счет чего обеспечиваются требуемые эксплуатационные характеристики.

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.

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
• сегментные
• цилиндрические
• тангенциальные.
• клиновые.

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.

Сегментные шпонки

Для фиксации деталей могут применяться самые различные технологи, довольно большое распространение получили сегментные шпонки. Они обладают довольно большим количеством технологических преимуществ в сравнении с обычным призматическими вариантами исполнения. Рассмотрим то, как проводится соединение сегментными шпонками, и какими они обладают особенностями.

В большинстве случаев рассматриваемая технология применяется для фиксации шестерен и звездочек на валу. Пазы на подобных изделиях получаются при обработке дисковыми фрезами с большим показателем производительности и точности. Специальное приспособление для нарезки сегментных шпонок существенно упрощает поставленную задачу, а также снижает себестоимость проводимых работ.

Сегодня шпонку сегментного типа применяют по довольно большому количеству причин. Примером можно назвать нижеприведенную информацию:

Не стоит забывать о том, что соединение сегментной шпонкой становится причиной существенного ослабления валов, особенно если проводится крепление полого варианта исполнения. Подобный метод крепления используется в случае установки массивных валов, когда размеры могут быть существенно увеличены.

Распространение подобного соединения определило появление таблиц в технической документации, где указываются основные параметры. Примером являются следующие показатели:

Фреза для пазов сегментных шпонок по ГОСТ 6648-79 позволяет получать требуемые пазы в один или несколько проходов в зависимости от глубины врезания.

Сегментные шпонки и шпоночные пазы также классифицируются по определенным признакам. Первая группа предназначена для передачи крутящего момента, вторая непосредственной фиксации детали на валу. К особенностям первой группы можно отнести следующее:

Для нарезания требующихся пазов, как правило, применяется фрезеровальное оборудование. Точность показателей может варьироваться в большом диапазоне, все зависит от конкретного случая.

Используемый материал выбирается с учетом того, что показатель сопротивления на разрыв должен быть не менее 590 Н/мм2. При этом может проводится дополнительная механическая и термическая обработка для достижения более высоких показателей.

К рассматриваемому изделию предъявляется довольно большое количество требований. Среди основных отметим следующее:

В целом можно сказать, что сегментные шпонки могут использоваться для соединения самых различных элементов

При этом важно учитывать все технические моменты, так как неправильный выбор может стать причиной снижения прочности и надежности механизма. Размеры и другие технические параметры выбираются на момент проектирования изделия

Источник

Понятие шпонки

Соединительный узел состоит из вала, ступицы и самой шпонки. Соединительным элементом двигателя и машины может быть ступица колеса, звездочка, шестеренки или другая деталь. Шпонка — это металлический брус, который устанавливается в соединительные пазы входного или выходного валов и ступицу двигателя или машины. Она предназначена для передачи силы вращения со ступицы двигателя на валы редуктора, с них — на ступицу машины.

Для изготовления паза под соединитель, применяют дисковую или концевую фрезу. Паз в ступице изготавливают методом протягивания резца.

Типы шпонок, их размеры, формы и варианты установки определены соответствующими стандартами и нормативами.

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.

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:

1. Крутящий момент на валу – 300 Н/м.
2. Диаметр вала – 45 мм.
3. Глубина паза на валу – 5,5 мм.
4. Высота шпонки – 9 мм. Выбирается по справочной таблице, которая имеется в программе.
5. Ширина шпонки – 14 мм.
6. Длину шпонки – 63 мм.
7. Вариант исполнения – 1. С прямыми углами, или закругленными торцами с одной или двух сторон. Выбираем с полукруглыми торцами. По классификации они обозначаются 1.
8. Величина допускаемого при смятии напряжения – 90 Мпа.
9. Напряжение среза – 54 Мпа. Значение берется как 60% от величины смятия.

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/{δсм}	86,40%
Нагруженность по срезу	Sср=TСР/{Tср}	36,00%

Расчет на смятие и срез производится приблизительный, поскольку не учитывается целый ряд факторов, влияющих на фактический размер нагрузки:

• неравномерное соединение по всей плоскости;
• наличие фасок на детали, уменьшающих площадь;
• не прилегание на скругленных торцах втулки на зубчатом колесе.

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.

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.

Размеры шпоночного материала

При производстве проводится учет размеров шпоночного материала. В большинстве случаев на производственную площадку поставляется пруток. Длина его может составлять около 1000 миллиметров, в некоторых случаях выпуск проводится под заказ. Наиболее распространены следующие размеры шпонки:

1. 4×4.
2. 5×5.
3. 22×22.
4. 25×25.
5. 32×18.
6. 40×40.

Не стоит забывать о том, что от размера зависит и вес. Кроме этого, при производстве изделий определенных размеров применяются различные сплавы. Размер соединительного элемента выбирается в зависимости от того, какая будет оказываться нагрузка. Кроме этого, на размер оказывает влияние габариты соединяемых изделий.

Не допускается использование изделия с явными внешними дефектами. Даже незначительные поверхностные трещины становятся причиной существенного снижения надежности соединения.

На момент выпуска продукта проводится контроль качества при применении несколько различных методов, среди которых также визуальный осмотр.

От области применения рассматриваемого изделия во многом зависит и форма. Выделяют следующие виды:

1. Клиновые.
2. Призматические.
3. Сегментные.
4. Тангенциальные.
5. Цилиндрические.

Сталь характеризуется достаточно высокой податливостью к механической обработке. В большинстве случае изделие получают из заготовки, в качестве которой выступает пруток.

Допуски и посадки шпоночных соединений



Общие сведения о шпоночных соединениях

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 проворачивания относительно неподвижного корпуса. Более подробно о видах шпоночных соединений здесь.

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.

По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные. 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.

Обычно шпонки устанавливают в пазах на валу по неподвижной, а втулки — по одной из подвижных посадок. Натяг шпонки необходим, чтобы шпонка не выпадала при монтаже и не передвигалась при эксплуатации, а зазор при втулке, — чтобы компенсировать неизбежные неточности размеров, формы и взаимного расположения пазов. В машиностроении наибольшее применение получили соединения с призматическими шпонками. Их размеры и размеры шпоночных пазов нормируются ГОСТ 23360-78 «Шпонки призматические. Размеры, допуски и посадки». Предельные отклонения размеров призматических шпонок по ширине и высоте установлены для трех исполнений шпонок (рис. 1):

• с закруглениями по обоим концам (А);
• прямоугольные (В);
• с закруглением на одном конце (С).

Рис. 1. Виды исполнений призматических шпонок (вид сверху)

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.

Возможно еще одно сопряжение – по длине шпонки, если призматическую шпонку с закругленными торцами закладывают в глухой паз на валу.

Глубина паза у вала под шпонку задается размером l, (предпочтительно) или d-t1, глубина паза у отверстия под шпонку — размером t2 или D+t2 (рис. 2).

Рис. 2. Параметры шпоночного соединения

Размеры шпонок изготавливаются: по ширине b шпонки (рис. 2) с полем допуска h9, по высоте h шпонки с полем допуска h11 (при высоте шпонки 2 …6 мм — по B9), по длине l шпонки с полем допуска h14. Такое назначение полей допусков на размеры призматических шпонок делает возможным их централизованное изготовление независимо от посадок.

Все виды шпоночных соединений образуются в системе вала. Вид соединения выбирается в зависимости от его функционального назначения с учетом технологии сборки. Для предпочтительного применения стандартом предусмотрено три вида соединения (рис. 3):

• Свободное — соединение с гарантированным зазором для возможности перемещения втулки вдоль вала со шпонкой. Соединение подвижное. Для ширины паза на валу задается поле допуска Н9, для ширины паза втулки — Z10.
• Нормальное — соединение с переходной посадкой, с большей вероятностью в получении зазора, не требующее частых разборок. Соединение неподвижное. Для ширины паза на валу задается поле допуска N9, для ширины паза втулки — J9.
• Плотное — соединение с переходной посадкой, с приблизительно равной вероятностью получения зазоров и натягов, применяющееся при редких разборках и реверсивных нагрузках. Соединение неподвижное. Для ширины паза вала и втулки задается одно поле допуска H9.

Стандартом установлены поля допусков по ширине шпонки и шпоночных пазов b для свободного, нормального и плотного соединений. Длина пазов вала и отверстия под шпонку изготавливается с полем допуска Z15, глубина пазов вала и отверстия — с полем допуска Z12. К местам установок шпонок предъявляются дополнительные требования по расположению поверхностей.

***