Шероховатости поверхностей шпоночного соединения

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 17Следующая ⇒

Шпоночное соединение – один из видов соединений вала со втулкой, в котором использован дополнительный конструктивный элемент (шпонка), предназначенный для предотвращения их взаимного поворота. Чаще всего шпонка используется для передачи крутящего момента в соединении вала с зубчатым колесом или со шкивом, неподвижных по отношению друг к другу.

Однако возможны и другие соединения (подвижные), например, такие, в которых зубчатое колесо (блок зубчатых колес), полумуфта или другая деталь могут перемещаться в осевом направлении, а шпонка вместе с валом служит направляющей продольного перемещения и передает крутящий момент. Длинные направляющие шпонки обычно крепят к валу винтами.

Шпонки в подвижных соединениях могут быть закреплены на втулке и служат для передачи крутящего момента или для предотвращения поворота втулки в процессе ее перемещения вдоль неподвижного вала, как это сделано у кронштейна тяжелой стойки для измерительных головок типа микрокаторов. В этом случае направляющей является вал со шпоночным пазом.

В отличие от соединений «вал – втулка» с натягом, которые обеспечивают взаимную неподвижность деталей без дополнительных конструктивных элементов, шпоночные соединения являются разъемными. Они позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке. Поперечное сечение шпоночного соединения с призматической шпонкой представлено на рис. 20.

Рис. 20. Сечение шпоночного соединения с призматической шпонкой

Из рис. 20 видно, что для размещения шпонки необходимы соответствующие конструктивные элементы (в данном случае – пазы) на валу и во втулке. На поперечном сечении шпоночного соединения показаны три посадки: центрирующее соединение вал – втулка (Ø20 Н 7/ j_s 6) и два соединения по ширине шпонки: шпонка – паз вала (6 N 9/ h 9) и шпонка – паз втулки (6 J_s 9/ h 9).

В размерной цепи по высоте шпонки специально предусмотрен зазор по номиналу (суммарная глубина пазов втулки и вала больше высоты шпонки). Если призматическую шпонку с закругленными торцами закладывают в глухой паз на валу, по длине шпонки образуется соединение с нулевым гарантированным зазором Н 15/ h 14 (на рисунке не показано).

Точность центрирования деталей в шпоночном соединении обеспечивается посадкой втулки на вал. Это гладкое цилиндрическое соединение, которое можно назначить с очень малыми зазорами или с небольшими натягами, следовательно, предпочтительно использование переходных посадок.

По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные. Сегментные и клиновые шпонки обычно используют в неподвижных соединениях. Призматические шпонки дают возможность получать как подвижные, так и неподвижные соединения. Основные размеры, характеризующие призматическое шпоночное соединение, показаны на рис. 21.

Размеры сечений шпонок и пазов стандартизованы и выбираются по соответствующим стандартам в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями его работы. В стандартах на шпонки некоторых видов предусмотрены разные исполнения, например, призматические шпонки с двумя закругленными торцами, с одним закругленным торцом и с незакругленными торцами, сегментные шпонки «полные» и со срезанным краем сегмента.

Рис. 21. Основные размеры соединения c призматической шпонкой, где

h – высота шпонки; t ₁ – глубина паза вала; t ₂ – глубина паза втулки;

b – ширина шпонки и пазов втулки; d – диаметр сопряжения;

l – длина шпонки и паза вала

Длины призматических шпонок l по ГОСТ 23360-78 «Основные нормы взаимозаменяемости. Соединения шпоночные с призматическими шпонками. Размеры шпонок и сечений пазов. Допуски и посадки» выбирают из ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16,

18 и далее до 500 мм с полем допуска h 14. Для длины L шпоночного паза установлено поле допуска Н 15.

Предельные отклонения глубин пазов на валу t ₁ и во втулке t ₂ приведены в табл. 19.

Таблица 19

Предельные отклонения глубин шпоночных пазов

Стандарт устанавливает следующие поля допусков размеров шпонок:

· ширины b h 9;

· высоты h h 9, а при высоте h свыше 6 мм h 11.

Стандартом установлены три вида шпоночных соединений (нормальное, свободное и плотное) и соответствующие поля допусков ширины шпоночных пазов (табл. 20).

Таблица 20

Поля допусков ширины пазов в шпоночных соединениях

с призматическими шпонками

Свободное соединение используют для обеспечения неответственных конструкций, а также для подвижных соединений со шпоночными соединениями, работающими как направляющие продольного перемещения. Нормальные шпоночные соединения применяют в большинстве изделий, если к ним не предъявляются особые функциональные требования. Плотное соединение назначают для предотвращения больших динамических нагрузок при выборке зазоров в соединениях по ширине шпонки с ударами. Такие условия работы встречаются в изделиях со старт-стопными режимами или с частым реверсированием направления вращения валов.

Для обеспечения качества шпоночного соединения, которое зависит от точности расположения пазов вала и втулки, назначают допуски симметричности и параллельности плоскости симметрии паза относительно плоскости, проходящей через ось посадочной цилиндрической поверхности. Допуски указывают в соответствии с ГОСТ 2.308-79 «Единая система конструкторской документации. Указание на чертежах допусков формы и расположения поверхностей».

Числовые значения допусков расположения определяют из соотношений:

Т _парал = 0,6 Т _шп;

Т _сим = 4,0 Т _шп,

где Т _шп – допуск ширины шпоночного паза b;

Т _парал – допуск параллельности;

Т _сим – допуск симметричности в диаметральном выражении.

Полученные расчетные значения допусков расположения округляют до стандартных по ГОСТ 24643.

Сегментные шпонки применяют, как правило, для передачи небольших крутящих моментов. Поля допусков ширины паза сегментного шпоночного соединения в зависимости от характера шпоночного соединения представлены в табл. 21.

Таблица 21

Поля допусков ширины пазов в шпоночных соединениях

с сегментными шпонками.

Для термообработанных деталей допускаются предельные отклонения ширины паза вала по Н 11, ширины паза втулки по D 10.

Стандарт устанавливает поля допусков размеров шпонки по ширине b h 9, по высоте h h 11 и по диаметру D h 12.

Шероховатость поверхностей шпоночного паза выбирается в зависимости от полей допусков размеров шпоночного соединения. Рекомендуемые значения параметров шероховатости поверхностей шпоночных пазов (Ra 3,2 или 6,3 мкм, не более) представлены в табл. 22.

Таблица 22

Параметры шероховатости поверхности элементов

шпоночного соединения

При назначении высотных параметров шероховатости поверхностей следует обратить внимание на согласованность их с наиболее жесткими допусками макрогеометрии (см. п. 2.2.7).

Пример расчёта посадок шпоночного соединения.

Условия могут быть представлены в виде задачи с указанием основных параметров и вида соединения. Если параметры шпоночного соединения представлены на чертеже общего вида, там же в технических требованиях может быть указан вид соединения. При отсутствии таких указаний вид шпоночного соединения разработчик чертежей выбирает самостоятельно, исходя из функционирования изделия.

Рассмотрим пример расчета соединения зубчатого колеса и вала (см. рис. 15) с использованием призматической шпонки по ГОСТ 23360 (для вала Ø34 мм b × h = 10 × 8 мм, длина шпонки l = 25 мм). Условное обозначение:

Шпонка 10×8×25 ГОСТ 23360-78.

Так как к заданному узлу не предъявляются особые требования, выбираем для посадки шпонки нормальное соединение.

По размеру b:

· паз вала B ₁ = 10 N 9

ES = 0,

EI = – 36 мкм,

B _1max = 10,000 + 0 = 10,000 мм,

B _1min = 10,000 – 0,036 = 9,964 мм;

· ширина шпонки b ₂ = 10h9

es = 0,

ei = – 36 мкм,

b _2max= 10,000 + 0 = 10,000 мм,

b _2min = 10,000 – 0,036 = 9,964 мм;

· паз втулки B ₃ = 10 J_s 9

ES = + 18 мкм,

EI = – 18 мкм,

B _3max = 10,000 + 0,018 = 10,018 мм,

B _3min = 10,000 – 0,018 = 9,982 мм.

Рис. 22. Схема расположения полей допусков шпоночного соединения

Рассчитываем табличные зазоры (натяги) по размеру b:

· соединение шпонки b ₂ = 10 h 9 с пазом вала B ₁ = 10 N 9:

S _1max = B _1max – b _2min = 10,000 – 9,964 = 0,036 мм,

N _1max = b _2max – B _1min = 10,000 – 9,964 = 0,036 мм;

Рис. 23. Схема расположения полей допусков ширины шпонки

и ширины паза вала

· соединение шпонки b ₂ = 10 h 9 с пазом втулки B ₃ = 10 J_s 9

S _2max = B _3max – b _2min = 10,018 – 9,964 = 0,054 мм,

N _2max = b _2max – B _3min = 10,000 – 9,982 = 0,018 мм.

Рис. 24. Схема расположения полей допусков ширины шпонки

и ширины паза втулки

По высоте шпонке h:

· глубина паза вала

t ₁ = 5^+0,2 мм (ГОСТ 23360),

t _1max = 5,200 мм,

t _1min= 5,000 мм;

· высота шпонки

h = 8 h 11,

h _max = 8,000 мм,

h _min= 7,910 мм;

· глубина паза втулки

t ₂ = 3,3^+0,2 мм (ГОСТ 23360),

t _2max = 3,500 мм,

t _2min = 3,300 мм.

Тогда

S _max = t _1max + t _2max – h _min = 5,200 + 3,500 – 7,910 = 0,790 мм,

S _min = t _1min + t _2min – h _max = 5,000 + 3,300 – 8,000 = 0,300 мм.

По длине шпонки l = 25 мм:

· длина шпонки

l ₁ = 25 h 14 (ГОСТ 23360),

l _1max = 25,000 мм,

l _1min = 24,480 мм (ГОСТ 25346);

· длина паза вала

L ₂ = 25 Н 15 (ГОСТ 23360),

L _2max= 25,840 мм,

L _2min= 25,000 мм (ГОСТ 25346);

S _max = L _2max – l _1max = 25,840 – 24,480 = 1,360 мм,

S _min = L _2min – l _1min = 25,000 – 25,000 = 0,000 мм.

Рис. 25. Схема расположения полей допусков по длине шпоночного паза

На чертежах деталей проставляются следующие точностные требования, относящиеся к шпоночным соединениям:

· номинальный размер вала d и номинальный размер отверстия втулки D с предельными отклонениями;

· для паза вала – размер t ₁ (предпочтительный вариант) или d – t ₁ с предельными отклонениями;

· для паза втулки – размер d + t ₂ с предельным отклонением;

· номинальные размеры ширины паза вала и паза втулки с соответствующими отклонениями;

· допуски расположения плоскости симметрии паза относительно оси посадочной цилиндрической поверхности (Т _парали Т _сим);

· параметры шероховатости поверхности элементов шпоночного соединения, устанавливаемые в зависимости от номинального размера и допуска (см. табл.22).

Шероховатость дна шпоночного паза рекомендуется нормировать параметром Ra не более 6,3 мкм.

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии