Конструктивные разновидности шпоночных соединений

Основным критерием работоспособности соединений является прочность.

 

Шпоночные, шлицевые (зубчатые) и штифтовые соединения

Шпоночным называется соединение зацеплением соосных деталей с цилиндрическими (или коническими) контактирующими поверхностями с помощью специальной детали–шпонки.

Шпонка – специальная деталь, размещаемая в совмещенных пазах вала и ступицы и используемая для передачи вращающего момента между соосными деталями, а также в ряде случаев для задания направления осевого перемещения ступицы по валу (в этом случае используется направляющая шпонка).

Шпоночные соединения просты по конструкции, недороги в изготовлении, и это определяет их широкое применение (кроме клиновых шпонок).

Однако отсутствие взаимозаменяемости и необходимость подбора и ручной подгонки (исключение – сегментные шпонки) ограничивают их использование в изделиях, производимых в массовых объемах. Негативным фактором является влияние шпоночного соединения на прочность вала – из-за резких переходов в своей форме шпоночный паз является концентратором напряжений, способным вызвать усталостное разрушение вала. Не рекомендовано применение шпоночных соединений для быстровращающихся валов ответственного назначения вследствие сложности достижения концентричной посадки сопрягаемых деталей.

Шлицевое соединение можно рассматривать как многошпоночное, образованное выступами на валу (играющими роль шпонки) и впадинами на ступице. Оно может быть использовано как для подвижного, так и для неподвижного соединения валов со ступицами деталей (например, колес шкивов, дисков). Отличается от шпоночных существенно превосходящей несущей способностью, меньшими радиальными габаритами, взаимозаменяемостью и возможностью обеспечения точного центрирования деталей. Эти достоинства, а также возможность выполнения соединения по схеме «вал – ступица» (т. е. без дополнительной детали – шпонки) определили широкое применение шлицевого соединения для высокооборотных валов и в условиях массового производства. Недостаток шлицевых соединений – большая концентрация напряжений у основания зуба.

 

Конструктивные разновидности шпоночных соединений

Шпоночные соединения по признаку наличия напряженности можно разделить на напряженные и ненапряженные. Напряженные соединения (т. е. посаженные с натягом) предполагают в соединении напряжение до приложения внешней нагрузки. Шпонка в напряженном соединении передает окружную и осевую силы, шпонка в ненапряженном соединении – только окружную силу. Шпонка в напряженном соединении смещает центр тяжести надетой на вал детали на величину, равную размеру посадочного зазора, это приводит к перекосу детали, что является основной причиной ограничения в их применении.

 

Шпоночные соединения

Ненапряженные

Напряженные

Неподвижные

Подвижные

· клиновые (врезные и на лыске · тангенциально-клиновые · фрикционные

· призматические · сегментные

· направляющие · скользящие

В практике широко применяются призматические и сегментные шпонки (рис. 2.1, а и б), причем при значительных крутящих моментах ставят две или более шпонок вдоль оси вала или по окружности. Тангенциальные шпонки (рис. 2.1в) наиболее часто используются в тяжелом машиностроении при передаче значительных крутящих моментов, переменных по величине или направлению. Реже используют клиновые (врезные и на лыске) (рис. 2.1г, д) и фрикционные шпонки (рис. 2.1е). В случае использования шпонки на лыске на валу вырезается сегментный паз. При резком увеличении нагрузки (например, ударе) шпонка на лыске проскальзывает по валу, и удар смягчается. Фрикционные шпонки используются для передачи относительно небольшого крутящего момента.

 

Рис. 2.1. Соединение шпонками: а – призматической; б – сегментной; в – тангенциальной; г – клиновой врезной; д – клиновой на лыске; е – фрикционной