Шпонками називають особливі деталі, призначені для з'єднання валу і ступиці з метою передачі обертального моменту. Такі елементи можуть бути клиновидними з прямокутним перерізом, призматичними або сегментними. Основними перевагами шпонічних сполук є простота конструкції. Також вузли цього типу не дуже дорого коштують і швидко збираються/розбираються.
Найміцнішими подібні сполуки виходять при використанні сегментних шпонок, які, по суті, є різновидом призматичних. Деталі цього типу відрізняються тим, що мають найбільш глибоку посадку.
Основною перевагою таких шпонок є, таким чином, те, що вони дають найбільш стійке з'єднання. Однак використання деталей цього типу має і один досить-таки серйозний недолік. Через значну глибину паза в таких вузлах може дещо послаблюватися вал. Тому використовують сегментні шпонки в основному для закріплення тільки тих деталей, які в процесі роботи механізму навантажуються не дуже сильно.
Що таке сегментна шпонка
Виготовляються деталі цього різновиду з металевого профілю. Являють собою такі шпонки невисокі циліндри, досить-таки великого діаметру, розділені на дві рівні частини. Саме сегментна шпонка на чортежі нижче і представлена увазі нашого читача.
Розміри шпонок
Габарити деталі цього типу можуть мати різні. Вибирають цей параметр під час збирання вузла залежно від діаметра валу. Необхідні значення при цьому дізнаються зі спеціальних таблиць. У технічно обґрунтованих випадках ГОСТ допускає застосовувати шпонки з діаметром менше передбаченого. Дозволяється чинити так при використанні для складання вузла валів:
- пустотілих;
- ступінчастих.
Також шпонки з діаметром, менше вказаного в таблицях, допускається використовувати в з'єднаннях з невеликим крутячим моментом. Не можна застосовувати такий спосіб складання у всіх трьох випадках тільки тоді, коли деталь встановлюється на кінці валу.
Розміри сегментних шпонок, як і будь-яких інших подібних сполучних елементів, звичайно ж, стандартизовані. В якій залежності знаходяться висота, ширина і довжина деталі можна подивитися в представленій нижче таблиці.
Стандартні розміри сегментних шпонок
|
Діаметр (мм) |
Ширина (мм) |
Висота (мм) |
|
4 |
1 |
1.4 |
|
7 |
1.5...2.0 |
2.6 |
|
10 |
2.0...2.5 |
3.7 |
|
13 |
3 |
5 |
|
16 |
3...4 |
6.5 |
|
19 |
4..5 |
7.5 |
|
22 |
5...6 |
9 |
|
25 |
6 |
10 |
|
28 |
8 |
11 |
|
32 |
10 |
13 |
Умовне позначення сегментної шпонки на кресленнях включає в себе:
- слово «шпонка»;
- розміри - b * h (h1);
- позначення виконання;
- позначення стандарту.
Згідно з ГОСТ, існують, крім усього іншого, і допустимі відхилення розмірів шпонок і пазів під них у валах. Визначають їх також за спеціальними кресленнями і таблицями.
З якого матеріалу виготовляють
Роблять сегментні шпонки за ГОСТ 8786-68, зі сталі, призначеної саме для таких деталей. Також іноді для виробництва цих елементів використовуються й інші марки подібного матеріалу. При цьому за ДСТУ, для виготовлення шпонок такого різновиду допускається застосовувати виключно середньовуглецеві сталі з тимчасовим розривом не менш ніж [600 МПа МН/м2. Це може бути, наприклад, матеріал марок Ст 6, 45 або 50.
Дотримуються такі нормативи при виробництві сегментних шпонок в обов'язковому порядку. При цьому заготовки, призначені для виготовлення таких деталей, зазвичай ще й піддаються покращувальній термічній обробці. Виконуючи цю процедуру, крім усього іншого, враховують і те, що твердість поверхні шпонок в кінцевому підсумку повинна бути все ж нижче такого ж параметра самих сполучених елементів вузла.
Під звичайні шпонки пази у валах роблять простими фрезами. Під сегментні елементи канавки вирізають за допомогою дискових інструментів. Використовують для пазів шпонок виключно фрези, виготовлені з дотриманням певних нормативів ДСТУ.
Основні різновиди
Для з'єднання валів і ступиць використовуються сегментні шпонки двох різновидів:
- нормальні, що являють собою цілий сегмент;
- низькі, що виготовляються у вигляді зрізаного сегмента.
Шпонки останнього типу застосовуються при збиранні деталей досить рідко. Згідно з нормативами, використовуватися вони можуть тільки за обопільною згодою виробника і споживача. Застосовуються зрізані шпонки зазвичай просто для фіксації деталей вузла. Тобто використовуються вони в сполуках при нерухомій посадці тоді, коли крутячий момент передається тільки за рахунок сили тертя.
Зв "язки
Збираються вузли з використанням сегментних шпонок з урахуванням нормативів, передбачених ДСТУ 24071. Основним призначенням елементів цього типу є запобігання провертання деталі на валу. У сполученні при цьому беруть участь три поверхні:
- пази на валу;
- пази у втулці;
- поверхня самої шпонки.
З'єднання сегментні шпонки утворюють ненапружені. При цьому працюють вони, як і звичайні призматичні, бічними гранями. Використовують сегментні елементи найчастіше в нерухомих з'єднаннях. При цьому останні можуть бути:
- нормальними;
- щільними.
ГОСТ допускає також вільне з'єднання сегментної шпонки з втулкою і валом. Використовуються такі деталі зазвичай тільки у вузлах з невеликим діаметром сполучення - до 38 мм.
Розрахунок шпонки
З'єднання сегментною шпонкою виконуються, звичайно ж, з дотриманням нормативів ДСТУ. При збиранні вузлів такі деталі насамперед перевіряють на зім'я. Крім цього, проводять розрахунки і самого з'єднання - на зріз. Формули для перевірки шпонки і сполучення використовують такі:
- Q см = 4T/d * h * l < [Q cv];
- r=2T/d*l*b <=[r].
Тут T - крутить момент на валу, вимірюваний в Нмм, h - висота шпонки, d - діаметр валу, l - довжина шпонки, b - ширина шпонки в міліметрах, [r] - допустима напруга на зріз.
Отримані в результаті застосування формул значення порівнюють з допустимими. У тому випадку, якщо міцність з'єднання виявляється недостатньою, за довжиною ступиці, що насаджується на вал, встановлюються дві або навіть три шпонки. Звичайно ж, вузол це дозволяє створити досить надійний і функціональний. Однак при цьому при такому способі, з цілком зрозумілих причин, дещо послаблюється вал. Тому шпонічні сполуки в таких вузлах іноді замінюють зубчастими. Це дозволяє знизити ризик поломок.
Встановлення декількох деталей
Розміри перерізу шпонки вибирають, як вже згадувалося, відповідно до діаметру валу, згідно з ДСТУ. При цьому довжина елемента залежить від довжини ступиці. Іноді сегментні шпонки встановлюються на вали з перепадом діаметрів сходів. У цьому випадку для окремих частин однієї і тієї ж деталі використовуються шпонки однакових розмірів. При цьому за основу, згідно з ГОСТ, береться елемент сходинки самого меншого діаметра.
Як вибирають допустимі напруги
Цей параметр залежить насамперед від характеру навантаження та умов роботи з'єднання. При використанні сталевих валів допустима напруга буде становити:
- для сталевих ступиць у нерухомих сполуках - 130... 200 МПа;
- для ступиць з чавуну або сталевих литих у нерухомих сполуках - 80... 100 МПа;
- у рухомих безнавантажувальних сполуках для ступиць зі сталі - 20... 40 МПа.
Великі значення при збиранні вузлів до уваги беруть при постійному навантаженні. При ударній же або змінній за основу беруть менші параметри. При реверсивному навантаженні допустимий показник знижують в 1.5 рази. На зріз же шпонок граничні показники напруги приймають за 70... 100 МПа. При цьому, як і в першому випадку, при постійному навантаженні за основу беруть більший параметр.
Фрези для сегментних шпонок
Для видалблювання канавок під деталі цього типу використовуються інструменти, виготовлені з дотриманням нормативів, передбачених РТ 66-4879. Роблять канавки під сегментні шпонки за допомогою фрез як з прямим, так і з різноспрямованим зубом. При цьому можуть використовуватися інструменти з циліндричним хвостовиком:
- з лискою;
- гладким.
Самі фрези для пазів сегментних шпонок виготовляють зі швидкоріжучої сталі (ГОСТ 19265). Інструменти, діаметр яких перевищує 13 мм, роблять зварними. Хвостовики фрез виготовляють за ГОСТ 4543 зі сталі марки 40Kh або за ГОСТ 1050 з матеріалу марки 50 або 40.
При збиранні інструментів цього різновиду дотримуються такі правила:
- на робочій поверхні готової фрези не повинно бути місць зі зниженою твердістю або обезвуглощеного шару;
- параметри шорсткості поверхні фрез повинні відповідати ГОСТ 2789;
- допуски радіального бієння кромок суміжних зубів відносно хвостовика не повинні перевищувати 0.03 мм, протилежних - 0.05 мм;
- допуск торцевого бієння кромок при цьому повинен бути не більше 0.02 мм.
При маркуванні фрез для сегментних шпонок ГОСТ наказує вказувати на шийці або хвостовику товарний знак підприємства-виробника і марку сталі, використаної для ріжучої частини. Також споживачеві виробником повинна бути надана така інформація, як ширина шпонічного паза з позначенням поля допуску і його номінальний діаметр.
