Шпонкові та шліцьові з'єднання служать для закріплення на валу (або осі) обертових деталей (зубчастих коліс, шківів, муфт і т. П.), А також для передачі крутного моменту від валу 1 до маточини деталі 2 або, навпаки, від маточини до валу (рис. 46І 47).
Шпонкові з'єднання утворюють вал, шпонка і маточина колеса (шківа, зірочки та ін.). Шпонка являє собою сталевий брус, що встановлюється в пази валу і маточини. Вона служить для передачі крутного моменту між валом і маточиною. Основні типи шпонок стандартизовані. Шпонкові пази на валах отримують фрезеруванням дисковим або кінцевими фрезами, в маточинах протягуванням.
Переваги шпонкових з'єднань.
- простота конструкції, дешевизна і порівняльна легкість монтажу і демонтажу, внаслідок чого їх широко застосовують у всіх галузях машинобудування.
Недоліки шпонкових з'єднань.
- шпонкові пази послаблюють вал і маточину насаживаемой на вал деталі (через це доводиться збільшувати товщину маточини і діаметр валу). Ослаблення вала обумовлено не тільки зменшенням його перетину, але головне, значною концентрацією напружень вигину і крутіння, що викликається шпонковим пазом.
- шпонкові з'єднання порушують центрування колеса на валу (для цього доводиться застосовувати дві протилежні шпонки;
- шпонкові з'єднання занадто багато роботи у виготовленні: при виготовленні паза кінцевий фрезою потрібно ручна пригонка шпонки по пазу; при виготовленні паза дисковою фрезою кріплення шпонки в пазу гвинтами (від можливих осьових зсувів);
- труднощі забезпечення їх взаємозамінності (необхідність руч-ної підгонки шпонок), що обмежує їх застосування в крупносерій-ном і масовому виробництві.
По конструкції шпонки поділяють на:
- призматичні з округленими виконання 1 (рис. 48, а, в, ірис. 49) і плоскими торцями виконання 2 (рис. 48, б, г ірис. 49); з одним плоским, а іншим округленим торцем виконання 3 (рис. 49); ці шпонки не мають ухилу і їх закладають в паз, виконаний на валу (рис. 48, в, г - шпонки мають отвори для їх закріплення). Шпонки виконання 1 рекомендуються для більш точних з'єднань.
Призматичні напрямні шпонки з кріпленням на валу застосовують в рухомих з'єднаннях для переміщення маточини вздовж вала.
Робочими є бічні, більш вузькі межі шпонок висотою h. Розміри перетину шпонки і глибини пазів приймають в залежності від діаметра d вала.
Шпонку запресовують в паз валу. Шпонку з плоскими торцями крім того поміщають поблизу деталей (кінцевих шайб, кілець і ін.), Що перешкоджають її можливого осьового переміщення. Призматичні шпонки не утримують деталі від осьового зсуву вздовж вала. Для фіксації зубчастого колеса від осьового зсуву застосовують розпірні втулки, установочні гвинти та ін.
Мал. 46. З'єднання шпонкой: 1 - вал; 2 - маточина; 3 - шпонка
Мал. 47. Зубцювате (шлицевое) з'єднань-ня: 1 - вал; 2 - маточина колеса
Мал. 48. Конструкції шпонок: а, в - шпонки з округленими торцями: б, г - шпонки з плоскими торцями;
д - сегментна шпонка; е, ж, з - клинові шпонки
Мал. 49. З'єднання призматичними шпонками
Мал. 50. З'єднання сегментной шпонкой: 1 - гвинт інсталяційний; 2 - кільце замкове пружинне
Мал. 51. З'єднання сег-ментной шпонкой
Мал. 52. З'єднання клиновий шпонкой
- сегментні (рис. 48, д ірис. 50 і 51); являють собою сегментну пластину, закладену закруглений-ної стороною в паз відповідної форми, профрезерований на валу (рис. 51). Сегментні шпонки, як і призматичні, працюють бічними гранями. Їх застосовують при передачі відносно невеликих обертаючих моментів і часто застосовують для конічних кінців валів. Сегментні шпонки (ГОСТ 24071-80) і пази для них прості у виготовленні, зручні при монтажі та демонтажі (шпонки вільно вставляють в паз і виймають). Широко застосовують в серійному і масовому виробництві;
- циліндричні використовують для закріплення деталей на кінці валу. Отвір під шпонку свердлять і обробляють розгорненням після посадки маточини на вал. При великих навантаженнях ставлять дві або три циліндричні шпонки, розташовуючи їх під кутом 180 ° або 120 °. Циліндричну шпонку встановлюють в отвір з натягом. У деяких випадках шпонке надають конічну форму.
- клинові без головки (рис. 48, е, ж ірис. 52) і з го-спритною (рис. 48, з); Умо-вия роботи цих шпонок однакові. Клинові шпонки мають форму односкосних самогальмуючі клинів з ухилом 1: 100. Такий же ухил мають і пази в маточинах. Головка служить для вибивання шпонки з паза. За нормами безпеки виступає головка повинна мати огорожу (1 на рис. 52). У цих з'єднаннях маточину встановлюють на валу з невеликим проміжком. Клинову шпонку забивають в пази валу і маточини, в результаті на робочих широких гранях шпонки створюються сили тертя, які можуть передавати не тільки крутний момент, але і осьову силу. Ці шпонки не вимагають стопорения маточини від поздовжнього переміщення уздовж вала. При забиванні клиновий шпонки в з'єднанні виникають розпірні радіальні зусилля, які порушують центрування деталі на валу, викликаючи биття. Клинові шпонки працюють широкими гранями. По бічних сторонах є зазор. З'єднання клиновими шпонками застосовують в тихохідних передачах. Вони добре сприймають ударні і знакозмінні навантаження.
- тангенціальні шпонки (рис.53). Тангенціальна шпонка складається з двох односкосних клинів з ухилом 1: 100 кожен. Працює вузькими бічними гранями. Клини вводяться в пази валу і маточини ударом; утворюють напружене з'єднання. Розпірна сила між валом і маточиною створюється в дотичному (тангенціальному) напрямку. Застосовують для валів діаметром понад 60 мм при передачі великих моментів, що обертають зі змінним режимом роботи (кріплення маховика на валу двигуна внутрішнього згоряння та ін.). Виготовляються по стандартам (ГОСТ 24069-80 і 24070-80), що охоплює два види з'єднань: шпонки тангенціальні, нормальні для валів діаметром 60 - 1000 мм і посилені для валів діаметром 100 - 1000 мм. Працюють вузькими гранями. Вводяться в пази ударом. Утворюють напружене з'єднання. Натяг між валом і маточиною створюється в дотичному (тангенціальному) напрямку. При реверсивної роботі ставлять дві пари тангенціальних шпонок під кутом 120 °. У сучасному виробництві мають обмежене застосування.
Мал.53. З'єднання тангенціальними шпонками
Матеріал шпонок. Шпонки призматичні, сегментні, клинові стандартизовані. Стандартні шпонки виготовляють зі спеціального сортаменту среднеуглеродистой чістотянутой стали з Н / мм 2 найчастіше з сталей 45, Ст6. Для виготовлення спеціальних шпонок застосовують леговані стали.
Допустимі напруги зминання для шпонкових з'єднань:
- при сталевий маточині = 130. 200 Н / мм 2
- при чавунної = 80. 110 Н / мм 2. Великі значення приймають при постійному навантаженні, менші при змінної і роботі з ударами.
При реверсивної навантаженні знижують в 1,5 рази.
Напруга, що допускається на зріз шпонок = 70. 100 Н / мм 2. Більше значення приймають при постійному навантаженні.
Всі основні види шпонкових з'єднань можна розділити на дві групи: ненапружені і напружені.
До ненапруженим відносять з'єднання з призматичними (рис. 54, а), сегментними (рис. 54, б) і круглими (рис. 54, в) шпонками. Шпоноч-ні пази на всіх валах виконують дисковими (рис. 55, а) або торцевими (рис. 55, б) фрезами. У цих випадках при складанні з'єднань в деталях не виникає попередніх напружень для забезпечення центрування і виключення контактної корозії маточини встановлюють на вали з натягом. У маточинах деталей шпонкові пази можна отримати як на фрезерних, так і на довбальних верстатах. Розміри пазів визначають розрахунковим шляхом з урахуванням вимог стандарту.
Для сегментних шпонок пази виконують, як показано на рис. 51 і 54, б; для клинових - паз на втулці обробляють з ухилом, рівним куту нахилу шпонки (рис. 54, г); для циліндри-чеських - отримують свердлінням (рис. 54, в).
Мал. 54. Види шпонкових з'єднань: а, б, в - нена-напружені з'єднання; г - напружені з'єднання
Мал. 55. Виготовлення пазів під установку шпонок
Мал. 57. З'єднання клиновими шпонками
З'єднання, в яких застосовують клинові шпонки, відносять до на-пряжене з'єднанням. У напружених з'єднаннях клином, що вводиться між валом і маточиною, створюються значні нормальні сили. Ці сили забезпечують достатню тертя для передачі крутного моменту.
Для створення фрикційної зв'язку між валом і маточиною використовують клинові шпонки, показані на рис. 48, е-з (паз виконують тільки у втулці). З нижнього боку шпонку (рис. 57, а) обробляють у вигляді вогню-тій циліндричної поверхні з радіусом, рівним радіусу вала. У втулці виконують ухил. Момент, що обертає передається за рахунок сил тертя.
Клинові фрикційні шпонки застосовують для передачі незначно-го крутного моменту, а також в тих випадках, коли необхідні часті перестановки деталей на валу в осьовому напрямку.
Шпонки на лиски (рис. 48, б) встановлюють в пазу втулки з ухилом 1: 100. На валу фрезерують площину (вал з лискою). Така обробка ослаб-ляет вал значно менше, ніж прямобочние пази, однак ця шпонка може передати менший момент, ніж врізна.
Основне застосування мають ненапружені з'єднання.