18.1.3 Шпоночные соединения

Шпоночные соединения служат для передачи вращающего (крутящего) момента от вала к ступице насаженной на него детали (зубчатого колеса, шкива, муфты и др.), или наоборот — от ступицы к валу. Шпоночные соединения осуществляют с помощью вспомогательных деталей — шпонок, устанавливаемых в пазах между валом и ступицей.

Достоинства шпоночных соединений — простота, надежность конструкции, невысокая стоимость, удобство сборки и разборки, а недостатки — ослабление вала и ступицы шпоночными пазами, неустойчивость положения шпонки в пазах (выворачивание шпонки), трудность обеспечения взаимозаменяемости, повышенные требования к точности изготовления, отсутствие фиксации деталей в осевом направлении.

В приборостроении применяют в основном соединения призматическими (рис. 18.5, а), сегментными (рис. 18.5, б) и цилиндрическими (рис. 18.5, в) шпонками. Клиновые шпонки в точных механизмах не применяют. Конструкция и форма шпонки связаны с технологичностью изготовления пазов под шпонку. Пазы на валах фрезеруют, а в ступицах — прорезают протяжками.

Рис. 18.5

Шпонки могут применяться в качестве направляющих, обеспечивающих легкое перемещение деталей вдоль вала. Нагрузку у шпонок воспринимают боковые поверхности, которые сопрягаются с пазами по соответствующим посадкам. Призматическую шпонку с валом обычно соединяют по переходной посадке, а со ступицей — по посадке с зазором. Это препятствует перемещению шпонки вдоль вала и компенсирует с помощью зазора неточности размеров, формы и взаимного расположения пазов. Такой характер соединения обеспечивает достаточную точность центрирования вала и ступицы. В радиальном направлении предусматривается зазор.

Призматические шпонки имеют прямоугольное сечение; они могут быть с округленными, плоскими и смешанными торцами. Паз под шпонку на валу делают на глубину, равную примерно 0,6 ее высоты, а паз во втулке — на длину всей ступицы. Ширина и высота шпонки определены ГОСТом и выбираются в зависимости от диаметра вала. Высота и ширина стандартных шпонок подобраны так, что прочность на сдвиг обеспечивается с избытком. При необходимости проверки шпонок на прочность проводят расчет на деформацию смятия.

Сегментные шпонки требуют более глубоких пазов в валах, что уменьшает прочность валов. Их применяют в случае передачи незначительных усилий. Работают они как призматические, но более удобны в изготовлении.

Цилиндрические шпонки чаще всего используют для закрепления деталей на конце вала. Отверстия для шпонки обрабатывают в соединяемыхдеталях (вал и ступица) совместно. Шпонка устанавливается с натягом.

Шпоночные соединения применяют обычно при передаче значительных вращающих моментов при диаметре вала не менее 6 мм. В кинематических передачах и передачах с высоким требованием по точности рекомендуется использование штифтовых соединений.

Шпонки изготавливают из среднеуглеродистых сталей 40,45, Ст 6.