Размеры шпоночного материала
При производстве проводится учет размеров шпоночного материала. В большинстве случаев на производственную площадку поставляется пруток. Длина его может составлять около 1000 миллиметров, в некоторых случаях выпуск проводится под заказ. Наиболее распространены следующие размеры шпонки:
- 4×4.
- 5×5.
- 22×22.
- 25×25.
- 32×18.
- 40×40.
Не стоит забывать о том, что от размера зависит и вес. Кроме этого, при производстве изделий определенных размеров применяются различные сплавы. Размер соединительного элемента выбирается в зависимости от того, какая будет оказываться нагрузка. Кроме этого, на размер оказывает влияние габариты соединяемых изделий.
На момент выпуска продукта проводится контроль качества при применении несколько различных методов, среди которых также визуальный осмотр.
От области применения рассматриваемого изделия во многом зависит и форма. Выделяют следующие виды:
- Клиновые.
- Призматические.
- Сегментные.
- Тангенциальные.
- Цилиндрические.
Сталь характеризуется достаточно высокой податливостью к механической обработке. В большинстве случае изделие получают из заготовки, в качестве которой выступает пруток.
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:
- Металлическая шпонка производится зачастую при применении металла, который отвечает ГОСТу 8787-68.
- Зарубежные производители учитывают стандарт DIN
- В большинстве случаев используется шпоночный прокат, представленный конструкционной углеродистой сталью.
- Особенностью можно назвать то, что поверхностный слой обладает лучшими эксплуатационными характеристиками.
- Повысить основные характеристики можно за счет проведения различного рода термической обработки. Часто твердость повышается путем закалки или выполнения отпуска.
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:
- Твердость поверхностного слоя.
- Устойчивость материала от воздействия окружающей среды.
- Степень обрабатываемости.
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:
Примером можно назвать марку 40Х, которая характеризуется следующими особенностями:
- Твердость варьируется в пределе 35-45 HRC. Для повышения этого показателя проводится термическая обработка, а также отпуск для снижения вероятности появления внутренних напряжений.
- Внесение хрома позволяет несколько повысить степень защиты материала от воздействия повышенной влажности. Этот момент определяет то, что коррозия на поверхности не появляться в течение длительного периода применения изделия.
- Концентрация углерода в районе 0,4% обеспечивает требуемую прочность и твердость изделия. При этом в состав могут включаться и другие вещества в небольшой концентрации, за счет чего обеспечиваются требуемые эксплуатационные характеристики.
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.
Шпонки DIN
Шпонка DIN – соединительный крепеж
Шпонка – это специальный крепеж, с помощью которого осуществляется соединение валов и ступиц с маховиками или колесами цилиндрической формы.
Шпонка используется для крепления деревянных элементов конструкции, и она принимает на себя сдвигающие усилия.
Мы готовы предложить нашим клиентам шпонку разных видов и шпоночную сталь, вам лишь надо указать размеры изделий, и мы быстро выполним ваш заказ.
От типоразмера каждой шпонки зависят ее эксплуатационные свойства. Применение той или иной шпонки зависит от соединяемых деталей, а также от диаметра посадочного отверстия. На сайте нашей компании вы можете найти перечень реализуемых нами крепежных элементов и их типоразмеров.
Фрикционная шпонка является разновидностью клиновых шпонок. Чаще ее используют как предохранительное звено при значительных перегрузках. Отличительной особенностью данного вида шпонки является возможность регулирования положения ступицы не только в угловом, но и осевом направлении. Данное качество нередко используется на практике.
Клиновые шпонки всех видов относят к группе напряженных соединений. Размеры данных шпонок стандартизированы подобно и допускам на них. Использование клиновой шпонки может вызвать некоторые трудности.
В виду конструкции и формы этой шпонки может возникнуть перекос детали, что приведет к сбою положения плоскости относительно оси вала (не перпендикулярное). Дабы избежать этого, порой необходима индивидуальная пригонка шпонки, что недопустимо в условиях масштабного производства.
Именно по этой причине в настоящее время крупные предприятия, занимающиеся объемным производством, отказываются от клиновых шпонок.
Соединение призматическими и сегментными шпонками называют ненапряженным соединением. Использование сегментной и призматической шпонок ведет к выполнению ряда требований.
Так, например, необходимо точное изготовление вала и соответственно отверстий в ступице. Часто посадка ступицы на вал осуществляется с большим натягом.
Посредством боковых узких граней шпонки с вала момент передается на ступицу.
Сегментная шпонка является разновидностью призматической.
Глубокий паз делает вал слабее, по этой причине сегментные шпонки применяют чаще для крепления деталей на тех участках, которые менее нагружены.
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.
Скачать ГОСТ 8787-68
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.
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:
- Крутящий момент на валу – 300 Н/м.
- Диаметр вала – 45 мм.
- Глубина паза на валу – 5,5 мм.
- Высота шпонки – 9 мм. Выбирается по справочной таблице, которая имеется в программе.
- Ширина шпонки – 14 мм.
- Длину шпонки – 63 мм.
- Вариант исполнения – 1. С прямыми углами, или закругленными торцами с одной или двух сторон. Выбираем с полукруглыми торцами. По классификации они обозначаются 1.
- Величина допускаемого при смятии напряжения – 90 Мпа.
- Напряжение среза – 54 Мпа. Значение берется как 60% от величины смятия.
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/{δсм} | 86,40% |
Нагруженность по срезу | Sср=TСР/{Tср} | 36,00% |
Расчет на смятие и срез производится приблизительный, поскольку не учитывается целый ряд факторов, влияющих на фактический размер нагрузки:
- неравномерное соединение по всей плоскости;
- наличие фасок на детали, уменьшающих площадь;
- не прилегание на скругленных торцах втулки на зубчатом колесе.
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.
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.
Шпонка. Шпоночный паз. Виды, размеры и предельные отклонения.
Призматические шпонки по ГОСТ 23360-78.
Рис 1. Основные обозначения призматических шпонок и шпоночных пазов.
Таблица 1. Размеры и предельные отклонения призматических шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 23360-78.
Диаметр вала d | Сечение шпонки bхh | Шпоночный паз | Длина l мм | ||||||||||
Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | |||||||||||
Свободное соединение | Номинальное соединение | Плотное соед. | Вал t1 | Втулка t2 | |||||||||
Вал (Н9) | Втулка (D10) | Вал (N9) | Втулка (JS9) | Вал и втулка (Р9) | Ном.. | Ном. | Пред. откл. | не более | не менее | ||||
Cв.12 до 17 » 17 » 22 | 5×5 6×6 | +0,030 | +0,078 +0,030 | 0 -0,030 | ±0,015 | -0,012 -0,042 | 3,0 3,5 | +0,1 | 2,3 2,8 | +0,1 | 0,25 0,25 | 0,16 0,16 | 10-56 14-70 |
Св. 22 до 30 » 30 » 38 | 8×7 | +0,036 | +0,098 +0,040 | 0 -0,036 | ±0,018 | -0,015 -0,051 | 4,0 5,0 | +0,2 | 3,3 3,3 | +0,2 | 0,25 0,4 | 0,16 0,25 | 18-90 |
10×8 | 22-110 | ||||||||||||
Св. 38 до 44 » 44 » 50 » 50 » 58 » 58 » 65 | 12×8 | +0,043 | +0,120 +0,050 | 0 -0,043 | ±0,021 | -0,018 -0,061 | 5,0 | 3,3 | 0,4 | 0,25 | 28-140 | ||
14×9 | 5,5 | 3,8 | 36-160 | ||||||||||
16×10 | 6,0 | 4,3 | 45-180 | ||||||||||
18×11 | 7,0 | 4,4 | 50-200 | ||||||||||
Св. 65 до 75 » 75 » 85 » 85 » 95 | 20×12 | +0,052 | +0,149 +0,065 | 0 -0,052 | ±0,026 | -0,022 -0,074 | 7,5 | 4,9 | 0,6 | 0,4 | 56-220 | ||
22×14 | 9,0 | 5,4 | 63-250 | ||||||||||
24×14 | 9,0 | 5,4 | 70-280 |
Таблица 2. Предельные отклонения размеров (d + t1) и (d + t2).
Высота шпонок | Предельное отклонение размеров | |
d + t1 | d + t2 | |
От 2 до 6 | 0 -0,1 | +0,1 0 |
Св. 6 до 18 | 0 -0,2 | +0,2 0 |
Св. 18 до 50 | 0 -0,3 | +0,3 0 |
Призматические шпонки с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.
Рис 2. Основные обозначения призматических шпонок с креплением на валу и шпоночных пазов.
Таблица 3. Размеры призматических шпонок с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.
Ширина b (h9) | Высота h (h11) | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | Диаметр d0 | Длина l2 | Длина l (h14) | Винты по ГОСТ 1491-80 | ||
не менее | не более | от | до | |||||
8 | 7 | 0 25 | 0,40 | М3 | 7 | 25 | 90 | М3×8 |
10 | 8 | 0,40 | 0,60 | 8 | 25 | 110 | М3×10 | |
12 | М4 | 10 | 28 | 140 | М4×10 | |||
14 | 9 | М5 | 36 | 160 | М5×12 | |||
16 | 10 | М6 | 11 | 45 | 180 | М6×14 | ||
18 | 11 | 50 | 200 | |||||
20 | 12 | 0,60 | 0,80 | 56 | 220 | |||
22 | 14 | М8 | 16 | 63 | 250 | М8×20 | ||
25 | 70 | 280 | ||||||
28 | 16 | 80 | 320 | |||||
32 | 18 | М10 | 18 | 90 | 360 | М10×25 | ||
36 | 20 | 1,00 | 1,20 | 100 | 400 | |||
40 | 22 | М12 | 22 | 100 | 400 | М12×30 | ||
45 | 25 | 125 | 450 |
Сегментные шпонки по ГОСТ 8786-68.
Рис 3. Основные обозначения сегментных шпонок и шпоночных пазов.
Таблица 4. Размеры и предельные отклонения сегментных шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 8786-68.
Диаметр вала d | Размеры шпонки b×h×D | Шпоночный паз | |||||||
Передающих вращающий момент | Фиксирующих элементы | Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | |||||
Вал t1 | Втулка t2 | ||||||||
Номин. | Пред. откл. | Номин. | Пред. откл. | не менее | не более | ||||
От 3 до 4 Св. 4 » 5 | От 3 до 4 Св. 4 » 6 | 1×1,4×4 1,5×2,6×7 | 1,0 1,5 | 1,0 2,0 | +0,1 0 | 0,6 0,8 | +0,1 | 0,08 | 0,16 |
Св. 5 » 6 » 6 » 7 | Св. 6 » 8 » 8 » 10 | 2×2,6×7 2×3,7×10 | 2,0 | 1,8 2,9 | 1,0 1,0 | ||||
Св. 7 до 8 | Св. 10 до 12 | 2,5×3,7×10 | 2,5 | 2,7 | 1,2 | ||||
Св. 8 до 10 » 10 » 12 | Св. 12 до 15 » 15 » 18 | 3×5×13 3×6,5×16 | 3,0 | 3,8 5,3 | +0,2 0 | 1,4 1,4 | |||
Св. 12 до 14 » 14 » 16 | Св. 18 до 20 » 20 » 22 | 4×6,5×16 4×7,5×19 | 4,0 | 5,0 6,0 | 1,8 1,8 | 0,16 | 0,25 | ||
Св. 16 до 18 » 18 » 20 | Св. 22 до 25 » 25 » 28 | 5×6,5×16 5×7,5×19 | 5,0 | 4,5 5,5 | 2,3 2,3 | ||||
Св. 20 до 22 | Св. 28 до 32 | 5×9×22 | 7,0 | +0,3 | 2,3 | ||||
Св. 22 до 25 » 25 » 28 | Св. 32 до 36 » 36 » 40 | 6×9×22 6×10×25 | 6,0 | 6,5 7,5 | 2,8 2,8 | ||||
Св. 28 до 32 | Св. 40 | 8×11×28 | 8,0 | 8,0 | 3,3 | +0,2 | 0,25 | 0,40 | |
Св. 32 до 38 | Св. 40 | 10×13×32 | 10,0 | 10,0 | 3,3 |
Клиновые шпонки по ГОСТ 24068-80.
Рис 4. Основные обозначения клиновых шпонок и шпоночных пазов.
Таблица 5.1 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.
Ширина b (h9) | Высота h (h11) | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | Длина l (h14) | Высота шпоночной головки | ||
не менее* | не более | от | до | |||
2 | 2 | 0,16 | 0,25 | 6 | 20 | — |
3 | 3 | 6 | 36 | — | ||
4 | 4 | 8 | 45 | 7 | ||
5 | 5 | 0,25 | 0,40 | 10 | 56 | 8 |
6 | 6 | 14 | 70 | 10 | ||
8 | 7 | 18 | 90 | 11 | ||
10 | 8 | 0,40 | 0,60 | 22 | 110 | 12 |
12 | 8 | 28 | 140 | 12 | ||
14 | 9 | 36 | 160 | 14 | ||
16 | 10 | 45 | 180 | 16 | ||
18 | 11 | 50 | 200 | 18 | ||
20 | 12 | 0,60 | 0,80 | 56 | 220 | 20 |
22 | 14 | 63 | 250 | 22 | ||
25 | 14 | 70 | 280 | 22 | ||
28 | 16 | 80 | 320 | 25 | ||
32 | 18 | 90 | 360 | 28 | ||
36 | 20 | 1,00 | 1,20 | 100 | 400 | 32 |
40 | 22 | 100 | 400 | 36 | ||
45 | 25 | 110 | 450 | 40 | ||
50 | 28 | 125 | 500 | 45 | ||
56 | 32 | 1,60 | 2,00 | 140 | 500 | 50 |
63 | 32 | 160 | 500 | 50 | ||
70 | 36 | 180 | 500 | 56 | ||
80 | 40 | 2,50 | 3,00 | 200 | 500 | 63 |
90 | 45 | 220 | 500 | 70 | ||
100 | 50 | 250 | 500 | 80 |
Продолжение.
Таблица 5.2 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.
Диаметр вала | Сечение шпонки bхh | Шпоночный паз | ||||||
Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | ||||||
Вал и втулка (D10) | Вал t1 | Втулка t2 | ||||||
Номин. | Пред. откл. | Номин. | Пред. откл. | не менее | не более | |||
От 6 до 8 | 2х2 | 2 | 1,2 | +0,1 0 | 0,5 | +0,1 0 | 0,08 | 0,16 |
Св. 8 до 10 | 3х3 | 3 | 1,8 | 0,9 | ||||
Св. 10 до 12 | 4х4 | 4 | 2,5 | 1,2 | ||||
Св. 12 до 17 | 5х5 | 5 | 3,0 | 1,7 | 0,16 | 0,25 | ||
Св. 17 до 22 | 6х6 | 6 | 3,5 | 2,2 | ||||
Св. 22 до 30 | 8х7 | 8 | 4,0 | +0,2 0 | 2,4 | +0,2 0 | ||
Св. 30 до 38 | 10х8 | 10 | 5,0 | 2,4 | 0,25 | 0,40 | ||
Св. 38 до 44 | 12х8 | 12 | 5,0 | 2,4 | ||||
Св. 44 до 50 | 14х9 | 14 | 5,5 | 2,9 | ||||
Св. 50 до 58 | 16х10 | 16 | 6 | 3,4 | ||||
Св. 58 до 65 | 18х11 | 18 | 7 | 3,4 | ||||
Св. 65 до 75 | 20х12 | 20 | 7,5 | 3,9 | 0,40 | 0,60 | ||
Св. 75 до 85 | 22х14 | 22 | 9 | 4,4 | ||||
Св. 85 до 95 | 25х14 | 25 | 9 | 4,4 | ||||
Св. 95 до 110 | 28х16 | 28 | 10 | 5,4 | ||||
Св. 110 до 130 | 32х18 | 32 | 11 | 6,4 | ||||
Св. 130 до 150 | 36х20 | 36 | 12 | +0,3 0 | 7,1 | +0,3 0 | 0,70 | 1,00 |
Св. 150 до 170 | 40х22 | 40 | 13 | 8,1 | ||||
Св. 170 до 200 | 45х25 | 45 | 15 | 9,1 | ||||
Св. 200 до 230 | 50х28 | 50 | 17 | 10,1 | ||||
Св. 230 до 260 | 56х32 | 56 | 20 | 11,1 | 1,20 | 1,60 | ||
Св. 260 до 290 | 63х32 | 63 | 20 | 11,1 | ||||
Св. 290 до 330 | 70х36 | 70 | 22 | 13,1 | ||||
Св. 330 до 380 | 80х40 | 80 | 25 | 14,1 | 2,00 | 2,50 | ||
Св. 380 до 440 | 90х45 | 90 | 28 | 16,1 | ||||
Св. 440 до 500 | 100х50 | 100 | 31 | 18,1 |
Понятие шпонки
Соединительный узел состоит из вала, ступицы и самой шпонки. Соединительным элементом двигателя и машины может быть ступица колеса, звездочка, шестеренки или другая деталь. Шпонка — это металлический брус, который устанавливается в соединительные пазы входного или выходного валов и ступицу двигателя или машины. Она предназначена для передачи силы вращения со ступицы двигателя на валы редуктора, с них — на ступицу машины.
Для изготовления паза под соединитель, применяют дисковую или концевую фрезу. Паз в ступице изготавливают методом протягивания резца.
Типы шпонок, их размеры, формы и варианты установки определены соответствующими стандартами и нормативами.
Шпонки и шпоночные пазы в редукторах. Типы и назначение.
Изготовить общепромышленный редуктор, как, впрочем, и любое другое оборудование, без шпонок и шпоночных пазов невозможно. Основное назначение шпоночных соединений – передача вращения и тяги от вала к ступице или втулке и наоборот. Немаловажная функция, про которую мало упоминается в каталогах – шпонка является своеобразным предохранителем в редукторе. При критической нагрузке должна разрушаться именно шпонка, а не более дорогостоящие детали и узлы механизма.
В промышленности существует множество различных типов шпонок и шпоночных соединений – призматические, сегментные, клиновые, цилиндрические и пр. Их размеры и допускаемые отклонения регламентируются следующими стандартами:
- ГОСТ 24071-97 – сегментные шпоночные пазы и шпонки;
- ГОСТ 24068-80 – клиновые шпоночные пазы и шпонки;
- ГОСТ 23360-78 – призматические шпоночные пазы и шпонки;
- ГОСТ 10748-79 – призматические высокие шпоночные пазы и шпонки;
- ГОСТ 24069-80 – тангенциальные нормальные шпоночные пазы и шпонки;
- ГОСТ 12207-79 – цилиндрические шпоночные пазы и шпонки;
- ГОСТ 8790-79 – призматические шпоночные пазы и шпонки с креплением на валу.
Однако в редукторостроении наибольшее распространение получили призматические и сегментные шпонки. Их мы и рассмотрим.
Размеры призматических шпонок и шпоночных пазов в зависимости от длины вала по ГОСТ 23360-78
Диаметр вала, D | Сечение шпонки, b x h | Глубина паза | Длина шпонки, l | Радиус закругления | Фаска | |||
на валу, t1 | на втулке, t2 | Шпоночного паза, r1 | Шпонки, r | Шпоночного паза, с1 | Шпонки, с | |||
от 6 до 8 | 2 x 2 | 1,2 | 1 | 6 – 20 | 0,08 | 0,16 | 0,16 | 0,25 |
свыше 8 до 10 | 3 x 3 | 1,8 | 1,4 | 6 – 36 | ||||
свыше 10 до 12 | 4 x 4 | 2,5 | 1,8 | 8 – 45 | ||||
свыше 12 до 17 | 5 x 5 | 3 | 2,3 | 10 – 56 | 0,16 | 0,25 | 0,25 | 0,4 |
свыше 17 до 22 | 6 x 6 | 3,5 | 2,8 | 14 – 70 | ||||
свыше 22 до 30 | 8 x 7 | 4 | 3,3 | 18 – 90 | ||||
свыше 30 до 38 | 10 x 8 | 5 | 3,3 | 22 – 110 | 0,25 | 0,4 | 0,4 | 0,6 |
свыше 38 до 44 | 12 x 8 | 5 | 3,3 | 28 – 140 | ||||
свыше 44 до 50 | 14 x 9 | 5,5 | 3,8 | 36 – 160 | ||||
свыше 50 до 58 | 16 x 10 | 6 | 4,3 | 45 – 180 | ||||
свыше 58 до 65 | 18 x 11 | 7 | 4,4 | 50 – 200 | ||||
свыше 65 до 75 | 20 x 12 | 7,5 | 4,9 | 56 – 200 | 0,4 | 0,6 | 0,4 | 0,6 |
свыше 75 до 85 | 22 x 14 | 9 | 5,4 | 63 – 250 | ||||
свыше 85 до 95 | 25 x 14 | 9 | 5,4 | 70 – 280 | ||||
св. 95 до 110 | 28 x 16 | 10 | 6,4 | 80 – 320 | ||||
св. 110 до 130 | 32 x 18 | 11 | 7,4 | 90 – 360 | ||||
св. 130 до 150 | 36 x 20 | 12 | 8,4 | 100 – 400 | 0,7 | 1 | 0,7 | 1 |
св. 150 до 170 | 40 x 22 | 13 | 9,4 | 100 – 400 | ||||
св. 170 до 200 | 45 x 25 | 15 | 10,4 | 110 – 450 | ||||
св. 200 до 230 | 50 x 28 | 17 | 11,4 | 125 – 500 | ||||
св. 230 до 260 | 56 x 32 | 20 | 12,4 | 140 – 500 | 1,2 | 1,6 | 1,2 | 1,6 |
св. 260 до 290 | 63 x 32 | 20 | 12,4 | 160 – 500 | ||||
св. 290 до 330 | 70 x 36 | 22 | 14,4 | 180 – 500 | ||||
св. 330 до 380 | 80 x 40 | 25 | 15,4 | 200 – 500 | 2 | 2,5 | 2 | 2,5 |
св. 380 до 440 | 90 x 45 | 28 | 17,4 | 220 – 500 | ||||
св. 440 до 500 | 100 x 50 | 31 | 19,5 | 250 – 500 |
Примечания:
- Допускаются для ширины паза и втулки любые сочетания полей допусков, указанных в таблице.
- Для термообработанных деталей допускаются предельные отклонения размера ширины паза вала Н11, если это не влияет на работоспособность соединения.
- В ответственных шпоночных соединениях сопряжение дна паза с боковыми сторонами выполняются по радиусу, величина и предельные отклонения которого должны указываться на рабочем чертеже.
- Допускается в обоснованных случаях (пустотелые и ступенчатые валы, передачи пониженных вращающих моментов и т.п .) применять меньшие размеры сечений стандартных шпонок на валах больших диаметров, за исключением выходных концов валов.
- Длину l (мм) призматической шпонки выбирают из ряда в указанных пределах: 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250; 280мм.
- Поле допуска на ширину шпонки b h9, на высоту шпонки h11 (h9 до 6 мм), на длину шпонки h14.
Пример обозначения шпонки
исполнение 1, размеры b=18 мм, h=11 мм и l=100 мм:
Шпонка 2-18x11x100 ГОСТ 23360-78
Материал шпонок – сталь с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа.
Предельные отклонения размеров (d + t1) и (d + t2)
Высота, мм | Предельное отклонение размеров шпонки, мм | |
d + t1 | d + t2 | |
От 2 до 6 | 0 -0,1 | 0,1 0 |
Свыше 6 до 18 | 0 -0,2 | 0,2 0 |
Свыше 18 до 50 | 0 -0,3 | 0,3 0 |
Размеры сегментных шпонок и шпоночных пазов (ГОСТ 24071-80), мм
Диаметр вала, D | Шпонка* | Шпоночный паз | |||||
b | h | d | c или r | Вал t1 | Втулка t2 | c1 или r1 | |
От 5 до 6 | 2,0 | 2,6 | 10 | 0,16 – 0,25 | 1,8 | 1,0 | 0,008 – 0,16 |
Свыше 6 до 7 | 2,0 | 3,7 | 10 | 2,9 | 1,0 | ||
Свыше 7 до 8 | 2,5 | 3,7 | 10 | 2,7 | 1,2 | ||
Свыше 8 до 10 | 3 | 5 | 13 | 3,8 | 1,4 | ||
Свыше 10 до 12 | 3 | 6,5 | 16 | 5,3 | 1,4 | ||
Свыше 12 до 14 | 4 | 6,5 | 16 | 0,25 – 0,4 | 5,0 | 1,8 | 0,16 – 0,25 |
Свыше 14 до 16 | 4 | 7,5 | 19 | 6,0 | 1,8 | ||
Свыше16 до 18 | 5 | 6,5 | 16 | 4,5 | 2,3 | ||
Свыше 18 до 20 | 5 | 7,5 | 19 | 5,5 | 2,3 | ||
Свыше 20 до 22 | 5 | 9 | 22 | 7,0 | 2,3 | ||
Свыше 22 до 25 | 6 | 9 | 22 | 6,5 | 2,8 | ||
Свыше 25 до 28 | 6 | 10 | 25 | 7,5 | 2,8 | ||
Свыше 28 до 32 | 8 | 11 | 28 | 0,4 – 0,6 | 8,0 | 3,3 | 0,25 – 0,4 |
Свыше 32 до 38 | 10 | 13 | 32 | 10 | 3,3 |
*Шпонки предназначены для передачи крутящего момента.
сегментная шпонка исполнения 1 для вала диаметром d = 30 мм:
Шпонка. Шпоночный паз. Виды, размеры и предельные отклонения.
Призматические шпонки по ГОСТ 23360-78.
Рис 1. Основные обозначения призматических шпонок и шпоночных пазов.
Таблица 1. Размеры и предельные отклонения призматических шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 23360-78.
Диаметр вала d | Сечение шпонки bхh | Шпоночный паз | Длина l мм | ||||||||||
Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | |||||||||||
Свободное соединение | Номинальное соединение | Плотное соед. | Вал t1 | Втулка t2 | |||||||||
Вал (Н9) | Втулка (D10) | Вал (N9) | Втулка (JS9) | Вал и втулка (Р9) | Ном.. | Ном. | Пред. откл. | не более | не менее | ||||
Cв.12 до 17 » 17 » 22 | 5×5 6×6 | +0,030 | +0,078 +0,030 | 0 -0,030 | ±0,015 | -0,012 -0,042 | 3,0 3,5 | +0,1 | 2,3 2,8 | +0,1 | 0,25 0,25 | 0,16 0,16 | 10-56 14-70 |
Св. 22 до 30 » 30 » 38 | 8×7 | +0,036 | +0,098 +0,040 | 0 -0,036 | ±0,018 | -0,015 -0,051 | 4,0 5,0 | +0,2 | 3,3 3,3 | +0,2 | 0,25 0,4 | 0,16 0,25 | 18-90 |
10×8 | 22-110 | ||||||||||||
Св. 38 до 44 » 44 » 50 » 50 » 58 » 58 » 65 | 12×8 | +0,043 | +0,120 +0,050 | 0 -0,043 | ±0,021 | -0,018 -0,061 | 5,0 | 3,3 | 0,4 | 0,25 | 28-140 | ||
14×9 | 5,5 | 3,8 | 36-160 | ||||||||||
16×10 | 6,0 | 4,3 | 45-180 | ||||||||||
18×11 | 7,0 | 4,4 | 50-200 | ||||||||||
Св. 65 до 75 » 75 » 85 » 85 » 95 | 20×12 | +0,052 | +0,149 +0,065 | 0 -0,052 | ±0,026 | -0,022 -0,074 | 7,5 | 4,9 | 0,6 | 0,4 | 56-220 | ||
22×14 | 9,0 | 5,4 | 63-250 | ||||||||||
24×14 | 9,0 | 5,4 | 70-280 |
Таблица 2. Предельные отклонения размеров (d + t1) и (d + t2).
Высота шпонок | Предельное отклонение размеров | |
d + t1 | d + t2 | |
От 2 до 6 | 0 -0,1 | +0,1 0 |
Св. 6 до 18 | 0 -0,2 | +0,2 0 |
Св. 18 до 50 | 0 -0,3 | +0,3 0 |
Призматические шпонки с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.
Рис 2. Основные обозначения призматических шпонок с креплением на валу и шпоночных пазов.
Таблица 3. Размеры призматических шпонок с креплением на валу по ГОСТ 8790-79.
Ширина b (h9) | Высота h (h11) | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | Диаметр d0 | Длина l2 | Длина l (h14) | Винты по ГОСТ 1491-80 | ||
не менее | не более | от | до | |||||
8 | 7 | 0 25 | 0,40 | М3 | 7 | 25 | 90 | М3×8 |
10 | 8 | 0,40 | 0,60 | 8 | 25 | 110 | М3×10 | |
12 | М4 | 10 | 28 | 140 | М4×10 | |||
14 | 9 | М5 | 36 | 160 | М5×12 | |||
16 | 10 | М6 | 11 | 45 | 180 | М6×14 | ||
18 | 11 | 50 | 200 | |||||
20 | 12 | 0,60 | 0,80 | 56 | 220 | |||
22 | 14 | М8 | 16 | 63 | 250 | М8×20 | ||
25 | 70 | 280 | ||||||
28 | 16 | 80 | 320 | |||||
32 | 18 | М10 | 18 | 90 | 360 | М10×25 | ||
36 | 20 | 1,00 | 1,20 | 100 | 400 | |||
40 | 22 | М12 | 22 | 100 | 400 | М12×30 | ||
45 | 25 | 125 | 450 |
Сегментные шпонки по ГОСТ 8786-68.
Рис 3. Основные обозначения сегментных шпонок и шпоночных пазов.
Таблица 4. Размеры и предельные отклонения сегментных шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 8786-68.
Диаметр вала d | Размеры шпонки b×h×D | Шпоночный паз | |||||||
Передающих вращающий момент | Фиксирующих элементы | Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | |||||
Вал t1 | Втулка t2 | ||||||||
Номин. | Пред. откл. | Номин. | Пред. откл. | не менее | не более | ||||
От 3 до 4 Св. 4 » 5 | От 3 до 4 Св. 4 » 6 | 1×1,4×4 1,5×2,6×7 | 1,0 1,5 | 1,0 2,0 | +0,1 0 | 0,6 0,8 | +0,1 | 0,08 | 0,16 |
Св. 5 » 6 » 6 » 7 | Св. 6 » 8 » 8 » 10 | 2×2,6×7 2×3,7×10 | 2,0 | 1,8 2,9 | 1,0 1,0 | ||||
Св. 7 до 8 | Св. 10 до 12 | 2,5×3,7×10 | 2,5 | 2,7 | 1,2 | ||||
Св. 8 до 10 » 10 » 12 | Св. 12 до 15 » 15 » 18 | 3×5×13 3×6,5×16 | 3,0 | 3,8 5,3 | +0,2 0 | 1,4 1,4 | |||
Св. 12 до 14 » 14 » 16 | Св. 18 до 20 » 20 » 22 | 4×6,5×16 4×7,5×19 | 4,0 | 5,0 6,0 | 1,8 1,8 | 0,16 | 0,25 | ||
Св. 16 до 18 » 18 » 20 | Св. 22 до 25 » 25 » 28 | 5×6,5×16 5×7,5×19 | 5,0 | 4,5 5,5 | 2,3 2,3 | ||||
Св. 20 до 22 | Св. 28 до 32 | 5×9×22 | 7,0 | +0,3 | 2,3 | ||||
Св. 22 до 25 » 25 » 28 | Св. 32 до 36 » 36 » 40 | 6×9×22 6×10×25 | 6,0 | 6,5 7,5 | 2,8 2,8 | ||||
Св. 28 до 32 | Св. 40 | 8×11×28 | 8,0 | 8,0 | 3,3 | +0,2 | 0,25 | 0,40 | |
Св. 32 до 38 | Св. 40 | 10×13×32 | 10,0 | 10,0 | 3,3 |
Клиновые шпонки по ГОСТ 24068-80.
Рис 4. Основные обозначения клиновых шпонок и шпоночных пазов.
Таблица 5.1 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.
Ширина b (h9) | Высота h (h11) | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | Длина l (h14) | Высота шпоночной головки | ||
не менее* | не более | от | до | |||
2 | 2 | 0,16 | 0,25 | 6 | 20 | — |
3 | 3 | 6 | 36 | — | ||
4 | 4 | 8 | 45 | 7 | ||
5 | 5 | 0,25 | 0,40 | 10 | 56 | 8 |
6 | 6 | 14 | 70 | 10 | ||
8 | 7 | 18 | 90 | 11 | ||
10 | 8 | 0,40 | 0,60 | 22 | 110 | 12 |
12 | 8 | 28 | 140 | 12 | ||
14 | 9 | 36 | 160 | 14 | ||
16 | 10 | 45 | 180 | 16 | ||
18 | 11 | 50 | 200 | 18 | ||
20 | 12 | 0,60 | 0,80 | 56 | 220 | 20 |
22 | 14 | 63 | 250 | 22 | ||
25 | 14 | 70 | 280 | 22 | ||
28 | 16 | 80 | 320 | 25 | ||
32 | 18 | 90 | 360 | 28 | ||
36 | 20 | 1,00 | 1,20 | 100 | 400 | 32 |
40 | 22 | 100 | 400 | 36 | ||
45 | 25 | 110 | 450 | 40 | ||
50 | 28 | 125 | 500 | 45 | ||
56 | 32 | 1,60 | 2,00 | 140 | 500 | 50 |
63 | 32 | 160 | 500 | 50 | ||
70 | 36 | 180 | 500 | 56 | ||
80 | 40 | 2,50 | 3,00 | 200 | 500 | 63 |
90 | 45 | 220 | 500 | 70 | ||
100 | 50 | 250 | 500 | 80 |
Продолжение.
Таблица 5.2 Размеры и предельные отклонения клиновых шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 24068-80.
Диаметр вала | Сечение шпонки bхh | Шпоночный паз | ||||||
Ширина b | Глубина | Радиус закругления r или фаска s1 x 45° | ||||||
Вал и втулка (D10) | Вал t1 | Втулка t2 | ||||||
Номин. | Пред. откл. | Номин. | Пред. откл. | не менее | не более | |||
От 6 до 8 | 2х2 | 2 | 1,2 | +0,1 0 | 0,5 | +0,1 0 | 0,08 | 0,16 |
Св. 8 до 10 | 3х3 | 3 | 1,8 | 0,9 | ||||
Св. 10 до 12 | 4х4 | 4 | 2,5 | 1,2 | ||||
Св. 12 до 17 | 5х5 | 5 | 3,0 | 1,7 | 0,16 | 0,25 | ||
Св. 17 до 22 | 6х6 | 6 | 3,5 | 2,2 | ||||
Св. 22 до 30 | 8х7 | 8 | 4,0 | +0,2 0 | 2,4 | +0,2 0 | ||
Св. 30 до 38 | 10х8 | 10 | 5,0 | 2,4 | 0,25 | 0,40 | ||
Св. 38 до 44 | 12х8 | 12 | 5,0 | 2,4 | ||||
Св. 44 до 50 | 14х9 | 14 | 5,5 | 2,9 | ||||
Св. 50 до 58 | 16х10 | 16 | 6 | 3,4 | ||||
Св. 58 до 65 | 18х11 | 18 | 7 | 3,4 | ||||
Св. 65 до 75 | 20х12 | 20 | 7,5 | 3,9 | 0,40 | 0,60 | ||
Св. 75 до 85 | 22х14 | 22 | 9 | 4,4 | ||||
Св. 85 до 95 | 25х14 | 25 | 9 | 4,4 | ||||
Св. 95 до 110 | 28х16 | 28 | 10 | 5,4 | ||||
Св. 110 до 130 | 32х18 | 32 | 11 | 6,4 | ||||
Св. 130 до 150 | 36х20 | 36 | 12 | +0,3 0 | 7,1 | +0,3 0 | 0,70 | 1,00 |
Св. 150 до 170 | 40х22 | 40 | 13 | 8,1 | ||||
Св. 170 до 200 | 45х25 | 45 | 15 | 9,1 | ||||
Св. 200 до 230 | 50х28 | 50 | 17 | 10,1 | ||||
Св. 230 до 260 | 56х32 | 56 | 20 | 11,1 | 1,20 | 1,60 | ||
Св. 260 до 290 | 63х32 | 63 | 20 | 11,1 | ||||
Св. 290 до 330 | 70х36 | 70 | 22 | 13,1 | ||||
Св. 330 до 380 | 80х40 | 80 | 25 | 14,1 | 2,00 | 2,50 | ||
Св. 380 до 440 | 90х45 | 90 | 28 | 16,1 | ||||
Св. 440 до 500 | 100х50 | 100 | 31 | 18,1 |
ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное). Дополнительные требования, отражающие потребности экономики страны
ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное)
А.1 Предельные отклонения угла уклона по ГОСТ 8908
А.2 Размеры и допуски шпонок и шпоночных пазов для диаметра вала свыше 630 мм указаны в таблице А.1
Таблица А.1
мм | |||||||||||||
Диаметр вала | Шпонка | Шпоночный паз | |||||||||||
Толщина | Расчетная ширина | Фаска | Глубина | Расчетная ширина | Радиус | ||||||||
Номи- нал | Пред. откл. h11 | не менее | не более | во втулке | во втулке | на валу | не более | не менее | |||||
Номи- нал | Пред. откл. | Номи- нал | Пред. откл. | ||||||||||
670 | 46 | 0 -0,160 | 169,4 | 4,0 | 5,0 | 46 | 0 -0,4 | 46,5 | +0,4 0 | 169,4 | 170,2 | 4,0 | 3,0 |
710 | 50 | 181,6 | 4,0 | 5,0 | 50 | 50,5 | 181,6 | 182,3 | 4,0 | 3,0 | |||
750 | 50 | 187,1 | 4,0 | 5,0 | 50 | 50,5 | 187,1 | 187,8 | 4,0 | 3,0 | |||
800 | 54 | 0 -0,190 | 200,7 | 4,0 | 5,0 | 54 | 54,5 | 200,7 | 201,4 | 4,0 | 3,0 | ||
850 | 58 | 214,3 | 4,0 | 5,0 | 58 | 58,5 | 214,3 | 215,2 | 4,0 | 3,0 | |||
900 | 62 | 227,9 | 4,0 | 5,0 | 62 | 62,5 | 227,9 | 228,7 | 4,0 | 3,0 | |||
950 | 66 | 241,5 | 4,0 | 5,0 | 66 | 66,5 | 241,5 | 242,4 | 4,0 | 3,0 | |||
1000 | 66 | 248,3 | 4,0 | 5,0 | 66 | 66,5 | 248,3 | 249,2 | 4,0 | 3,0 |
А.3 Параметры шероховатости поверхности элементов шпоночных соединений приведены в приложении Б.
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.