За счет чего передается вращающий момент в соединениях с изображенными шпонками
Шпоночные соединения. Передают вращающий момент между валом и колесом
|
Передают вращающий момент между валом и колесом. Образуются посредством шпонки, установленной в сопряжённые пазы вала и колеса.
Шпонка имеет вид призмы, клина или сегмента, реже применяются шпонки других форм.
+ удобны в сборке-разборке;
` ослабляют сечение валов и ступиц колёс;
` концентрируют напряжения в углах пазов;
` нарушают центрирование колеса на валу (для этого приходится применять две противоположные шпонки).
Шпоночные соединения могут быть:
è ненапряжёнными, выполняемыми призматическими или сегментными шпонками. Они передают момент только боковыми гранями;
è напряжёнными, выполняемыми клиновыми шпонками. Они передают момент за счёт сил трения по верхним и нижним граням.
Шпонки всех основных типов стандартизованы.
Для призматических шпонок стандарт указывает ширину и высоту сечения. Глубина шпоночного паза в валу принимается как 0,6 от высоты шпонки.
Призматические и сегментные шпонки всех форм испытывают смятие боковых поверхностей и срез по средней продольной плоскости:
;
,
здесь h – высота сечения шпонки, d – диаметр вала, b – ширина сечения шпонки, l – рабочая длина шпонки (участок, передающий момент).
Исходя из статистики поломок, расчёт на смятие проводится как проектный. По известному диаметру вала задаются стандартным сечением призматической шпонки и рассчитывают её рабочую длину.
Расчёт на срез – проверочный. При невыполнении условий прочности увеличивают рабочую длину шпонки.
Шпоночные соединения. Передают вращающий момент между валом и колесом
Передают вращающий момент между валом и колесом. Образуются посредством шпонки, установленной в сопряжённые пазы вала и колеса.
Шпонка имеет вид призмы, клина или сегмента, реже применяются шпонки других форм.
+ удобны в сборке-разборке;
` ослабляют сечение валов и ступиц колёс;
` концентрируют напряжения в углах пазов;
` нарушают центрирование колеса на валу (для этого приходится применять две противоположные шпонки).
Шпоночные соединения могут быть:
è ненапряжёнными, выполняемыми призматическими или сегментными шпонками. Они передают момент только боковыми гранями;
è напряжёнными, выполняемыми клиновыми шпонками. Они передают момент за счёт сил трения по верхним и нижним граням.
Шпонки всех основных типов стандартизованы.
Для призматических шпонок стандарт указывает ширину и высоту сечения. Глубина шпоночного паза в валу принимается как 0,6 от высоты шпонки.
Призматические и сегментные шпонки всех форм испытывают смятие боковых поверхностей и срез по средней продольной плоскости:
;
,
здесь h – высота сечения шпонки, d – диаметр вала, b – ширина сечения шпонки, l – рабочая длина шпонки (участок, передающий момент).
Исходя из статистики поломок, расчёт на смятие проводится как проектный. По известному диаметру вала задаются стандартным сечением призматической шпонки и рассчитывают её рабочую длину.
Расчёт на срез – проверочный. При невыполнении условий прочности увеличивают рабочую длину шпонки.
Шпонка и шпоночное соединение
Шпоночное соединение – разновидность соединения, состоящего из шпонки на валу и ступицы. Шпонкой называется деталь, которая соединяет узлы путем установки в пазы. Основной ее функцией является передача вращающего момента между узлами. Существует определенная стандартизация их разновидностей. Шпонка имеет специальные пазы, вырезанные путем фрезерования.
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.
Виды шпонок
Основные виды шпонок делят на два типа: напряженные и ненапряженные. Среди которых выделяются такие типы шпонок:
Исходя из типа посадки выделяются:
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.
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.
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.
Заключение
Такой тип соединения отличается простотой и достаточно высокой надежностью, из-за чего получил высокую популярность в промышленности. Разнообразие видов позволяет подобрать оптимальный тип соединения, что позволит добиться высокой эффективности, надежности готовой конструкции и страховку узлов от повреждений при повышении допустимых нагрузок. Подобрав шпонку исходя из соответствующих ГОСТов, можно добиться высокой эффективности работы соединения.
На сегодняшний день можно легко подобрать необходимую деталь, что позволяет быстро сделать монтаж и замену в случае необходимости.
26. Шпоночные соединения. Достоинства и недостатки, область применения. Типы призматических шпонок, способы изготовления шпоночных пазов.
Шпоночные соединения применяют для передачи вращающего момента между валом и ступицей (например, ступицей зубчатого колеса, шкива, маховика и т. п.) с помощью специальной детали — шпонки. Шпоночные соединения подразделяют на ненапряженные, осуществляемые призматическими или сегментными шпонками, и напряженные, осуществляемые клиновыми шпонками.
Достоинства соединений: простота конструкции и низкая стоимость.
Недостатки: вал и ступица ослаблены шпоночными пазами, в зоне которых возникает концентрация напряжений, что снижает усталостную прочность деталей соединений; трудно обеспечить взаимозаменяемость соединения из-за необходимости ручной подгонки шпонки по пазу; ненадежная работа соединения при ударных, реверсивных и циклических нагрузках.
Ширину b и высоту h обыкновенных призматических шпонок выбирают в зависимости от посадочного диаметра вала. Концы шпонок могут быть плоскими или скругленными. Глубина врезания шпонки в ступицу k
0,4h. Призматические шпонки вставляют в паз вала по посадке с натягом, а в паз ступицы по посадке с зазором.
В валу паз изготовляется пальцевой фрезой при единичном или мелкосерийном производстве, а при крупносерийном или массовом дисковой фрезой. Паз в ступице выполняется протяжкой или долбяком.
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.
Характеристика шпоночных соединений
Шпонка представляет собой продолговатую деталь, которая вставляется в паз, вырезанный в валу. Они имеют в разрезе разную форму и делятся:
По исполнению различают ненапряженные и напряженные соединения.
Призматические шпонки устанавливаются с легким натягом. Аналогично собирают сегментное соединение. Происходит центрирование без монтажных напряжений. Такие соединения относят к ненапряженным.
Ступица имеет сквозную выборку по отверстию и надевается на выступающую из вала шпонку.
Прочность шпоночного соединения рассчитывают:
Обычно расчет ведется на смятие шпонки, поскольку разрушение начнется с него. Срез шпонки возможен только в случаях, когда напряжение сконцентрировано по линии соприкосновения вала и ступицы при неправильной подгонке шпонок. Если сечение детали значительно меньше ее высоты, он может срезаться. Это используют, когда нужен предохранительный механизм от перегрузок. Менять детали зубчатого зацепления дорого и долго, проще переставить шпонку.
Выбор шпонки для расчета осуществляется по диаметру вала подбором соответствующих ему соединительных деталей. Длина вычисляется по нагрузке, чтобы она ее выдержала. Все детали имеют стандартные размеры, и выбираются по таблице округлением до большей, чем расчетная деталь.
На смятие расчет делается по формуле:
Где: Mкр max – максимальный крутящий момент, допустимый на валу;
D – диаметр вала, соответственно 0,5 d его радиус;
K – высота выступающей из паза вала части шпонки ;
δсм – допускаемое напряжение при смятии.
Откуда расчетный размер длины шпонки высчитывается по формуле:
Где Mкр – крутящий момент вала.
Подбор детали нужного размера делается по таблице нормализованных длин для шпонок. Значение округляется до ближайшего размера. Например, в результате расчета получили расчетную длину 16,6. 16 мм будет мало, следующее значение 18 мм подходит.
Проверка правильности расчета делается на срез, по формуле:
[Mкр max] = 0,5(D+K)bL[τср
Где: τср – допустимое значение на срез.
Минимальная расчетная длина детали на срез проверяется по формуле:
Расчетная длина по второй формуле должна быть больше. Сравнением 2 чисел определяется нагруженность соединения.
При больших нагрузках ступица может оказаться короче расчетной длины шпонки. В этом случае устанавливается 2 детали. Надо учитывать погрешность изготовления деталей и неравномерно распределенную нагрузку. Расчетный коэффициент нагрузки при 2 соединениях 0,75.
Пазы делаются под углом 180° и располагаются напротив. Для упрощения технологии обработки, рекомендуется на разных диаметрах одного вала фрезеровать одинаковые пазы. Операция проводится с одной установки и инструмент не выходит из оси.
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:
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:
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/ | 86,40% |
Нагруженность по срезу | Sср=TСР/ | 36,00% |
Расчет на смятие и срез производится приблизительный, поскольку не учитывается целый ряд факторов, влияющих на фактический размер нагрузки:
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.
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.
Примечание. На рабочем чертеже должен проставляться один размер для вала U (предпочтительный вариант) или (d—ft) и для втулки—(d+^г)-
2, 3. (Измененная редакция, Изм. № 1).
4. Размеры йъ и / и их предельные отклонения — по 2-му ряду ГОСТ 12876—67.
5. Фаски s2X45° — по ГОСТ 10549—80.
6. Материал шпонок — сталь чистотянутая для шпонок по ГОСТ 8787—68. Допускается применять другую сталь с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МН/м2 (60 кгс/мма).
7. Размеры сечений пазов и предельные отклонения глубины паза должны соответствовать указанным на черт. 2 и в табл. 3.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
8. Предельные отклонения ширины шпоночного паза b должны соответствовать полям допусков: Н9 — по валу, D10 — по втулке.
Для термообработанных деталей допускаются предельные отклонения размера ширины паза вала, соответствующие полю допуска Н11.
Шпоночный паз | ||||||||
Сечение | Глубина | Радиус а акру г- | ||||||
Диаметр вала d | Ширина | Вал fi | Втулка U | ЛСНИН Г| или фаска aiX45° | ||||
bXh | Ь | Но- | не менее | не более | ||||
От 22 до 30 | 8X7 | 8 | 4 | 3,3 | 0,16 | 0,25 | ||
Св. 30 до 38 | 10X8 | 10 | 5 | |||||
Св. 38 до 44 | 12X8 | 12 | 1/ | |||||
» 44 » 50 | 14X9 | 14 | 5,5 | 3,8 | 0,25 | 0,40 | ||
» 50 » 58 | 16X10 | 16 | 6 | +0,2 | 4,3 | +0,2 | ||
» 58 » 65 | 18X11 | 18 | 7 | 4,4 | ||||
Св. 65 до 75 | 20X12 | 20 | 7,5 | 4,9 | ||||
> 75 > 85 | 22X14 | 22 | о | 5,4 | ||||
» 85 » 95 | 25X14 | 25 | 0,40 | 0,60 | ||||
» 95 > 110 | 28X16 | 28 | 10 | 6,4 | ||||
> 110 » 130 | 32X18 | 32 | и | 7,4 | ||||
Св. 130 до 150 | 36X20 | 36 | 12 | 8,4 | ||||
» 150 » 170 | 40X22 | 40 | 13 | +0,3 | 9,4 | +0,3 | 0,70 | 1,00 |
» 170 » 200 | 45X25 | 45 | 15 | и | 1014 |
9. Вместо контроля размеров t± и /2 допускается контролировать размеры (d—ti) и предельные отклонения которых
должны соответствовать указанным в т^бл. 4.
Предельные отклонения размеров
Высота шпонок h | d-ti | d+ti |
От 7 до 18 | -0.2 | +0,2 |
Св. 18 до 45 | —0,3 | +0.3 |
(Измененная редакция, Изм. № 1).
11. Предельные отклонения размеру длины паза вала должны соответствовать полю допуска Н15.
12. Контроль размеров шпоночных пазов и их расположения относительно соответствующих цилиндрических поверхностей — по ГОСТ 24109-80 — ГОСТ 24118-80, ГОСТ 24120—80 и ГОСТ 24121—80.
13. Для изделий, спроектированные до i января 1980 г., допускаются предельные отклонения ра:*меров шпоночных соединений, указанные в справочном приложении 3 ГОСТ 23360—78.
14. Параметры шероховатости поверхности элементов шпоночных соединений приведены в рекомендуемом приложении 3.
11—14. (Введены дополнительно, 1).
ь | 8 | 10 | 12 | н | 16 | 18 | 30 | 22 | 25 | 28 | 32 | 36 | 40 | 45 |
h | 7 | 8 | 8 | 9 | 10 | И | 12 | 11 | U | 16 | 18 | 20 | 22 | 25 |
1 | Теоретическая масса 1000 шпонок исполнения 3, кг | |||||||||||||
25 | 8,6 | 13,1 | ||||||||||||
28 | 9,9 | 15,0 | 16,5 | |||||||||||
32 | UJ | 17,5 | 20,6 | |||||||||||
36 | 13,4 | 20,0 | 23,1 | to —а | ||||||||||
40 | 15,2 | 22,5 | 26,2 | 32,0 | ||||||||||
45 | 17,4 | 25,6 | 29,9 | 37,1 | 44,4 | |||||||||
50 | 19,6 | 28,8 | ЗУ, | 41,9 | 51,1 | 64,4 | ||||||||
56 | 22,2 | _32£ | 38,8 | 47,7 | 58,1 | 78,5 | 93Л | |||||||
63 | 25,2 | 36,9 | 43,3 | 54,3 | 88,9 | 84J | 104,9 | 124,9 | ||||||
/0 | 28,4 | 41,4 | 88,8, | JM | 76,2 | 96,3 | 119,0 | 141,7 | 164,8 | |||||
80 | 32,6 | 47,6 | 58,3 | 71,5 | 88,8 | 112,0 | т | 165,7 | 192,1 | 253,0 | ||||
90 | 37,0 | 52,9 | 63,9 | 81,4 | 101,0 | 127,0 | 156,0 | 189,7 | 219,8 | 288,0 | 357,0 | |||
100 | 60,1 | 71,4 | 91,8 | Щ | 183,0 | 175,0 | 213,7 | 286,7 | 323,0 | 402,0 | 512,0 | 602,0 | ||
НО | 66,3 | 78,9 | 101,0 | 126,0 | 158,0 | 194,0 | 237,7 | 274,0 | ДО | Ж | ДО | 675,0 | ||
125 | 89,2 | 118.0 | 185,0 | 181,0 | 222,0 | 273,8 | 314,9 | 370,0 | 5185 | 651,0 | 775,0 | 1007,0 |
ь | 8 | 10 | 12 | и | 16 | 18 | 20 | 22 | 2S | 28 | 32 | 36 | 40 | 45 |
h | 7 | 8 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 14 | и | 16 | 13 | 20 | 22 | 25 |
1 | Теоретическая масса 1000 шпонок исполнения 3, кг | |||||||||||||
140 | 100,4 | 131,0 | 164,0 | 205,0 | 250,0 | 309,8 | 355,9 | 464,0 | 583,0 | 738,0 | 882,0 | 1143,0 | ||
160 | 149,0 | 189,0 | 236,0 | 288,0 | 357,8 | 410,5 | 534,0 | 673,0 | 851,0 | 1021,0 | 1319,0 | |||
180 | 214,0 | 267,0 | 326,0 | 405,8 | 475,1 | 604,0 | 764,0 | 964,0 | 1159,0 | 1496,0 | ||||
200 | 298,9 | 364,0 | 453,9 | 519,7 | 675,0 | W | 1077,0 | 1297,0 | 1673,0 | |||||
220 | 401,0 | 501,9 | ЗД | 745,0 | 945,0 | 1190,0 | 1435,0 | 1849,0, | ||||||
250 | 573,9 | 656,2 | 851,0 | 1080,0 | 1360,0 | 1642,0 | 2114,0 _ | |||||||
280 | 738,1 | 956,0 | 1216,0 | 1530,0 | 1849,0 | 2379,0 _ | ||||||||
320 | 1084,0 | 1388,0 | 1743,0 | 2112,0 | 2715,0 | |||||||||
360 | 1557,0 | 1968,0 | 2387,0 | 3066,0 | ||||||||||
400 | 2192,0 | 2678,0 | 3439,0 | |||||||||||
450 | 3856,0 | |||||||||||||
Для шпонок исполнения 1 масса уменьшается на | 0,76 | 1,35 | 1,94 | 2,97 | 4,31 | 6,00 | 8,09 | П,2 | 15,1 | 21,0 | 31,1 | 43,7 | 59,3 | 85,3 |
Для шпонок исполнения 2 масса | 0,38 | 0,67 | 0,97 | 1,48 | 2,15 | 3,00 | 4,04 | 5,6 | 7,5 | 10,5 | 15,5 | 21,8 | 29,6 | 42,6 |
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.
Как выбирают допустимые напряжения
Этот параметр зависит в первую очередь от характера нагрузки и условий работы соединения. При использовании стальных валов допустимое напряжение будет составлять:
Большие значения при сборке узлов во внимание принимают при постоянной нагрузке. При ударной же или переменной за основу берут меньшие параметры. При реверсивной нагрузке допустимый показатель снижают в 1.5 раза. На срез же шпонок предельные показатели напряжения принимают за 70…100 МПа. При этом, как и в первом случае, при постоянной нагрузке за основу берут больший параметр.
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.
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:
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:
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:
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.