Нормирование точности шпоночных соединений
Шпоночные соединения (рис.1) предназначены для передачи крутящего момента. Их принимают, главным образом, в малонагруженных тихоходных передачах (кинематические цепи подач станков), в крупногабаритных соединениях (шестерни-маховики, шкивы кузнечно-прессовых машин), во всех ответственных неподвижных конических соединениях, при единичном и мелкосерийном производстве изделий.
По форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные.
Форма и размеры сечений шпонок и пазов стандартизированы и выбираются в зависимости от диаметра вала, а вид шпоночного соединения определяется условиями работы соединяемых деталей.
Призматические шпонки дают возможность получать как подвижные соединения (при использовании направляющих шпонок с креплением на вал ГОСТ 8790-79), так и неподвижные соединения (ГОСТ 23360-78). Соединения с сегментной шпонкой (ГОСТ 24071-80) и клиновой (ГОСТ 24068-80) служат для образования только неподвижных соединений.
В таблице 1 приведены размеры элементов призматических шпонок и шпоночных пазов (рис.2).
Таблица 1
Размеры призматических шпонок и шпоночных пазов
| d | b | h | t1 | t2 | l |
| от 6 до 8 | 2 | 2 | 1,2 | 1,0 | 6…20 |
| Св.8 до 10 | 3 | 3 | 1,8 | 1,4 | 6…36 |
| Св. 10 до 12 | 4 | 4 | 2,5 | 1,8 | 8…45 |
| Св. 12 до 17 | 5 | 5 | 3,0 | 2,3 | 10…56 |
| Св. 17 до 22 | 6 | 6 | 3,5 | 2,8 | 14…70 |
| Св. 22 до 30 | 7 | 7 | 4,0 | 3,3 | 16…63 |
| Св. 22 до 30 | 8 | 7 | 4,0 | 3,3 | 18…90 |
Длины шпонок 1 выбирают из ряда 5, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 28, 32, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90 и далее до 500.
Особенностью шпоночных сопряжений является использование при их организации трех деталей (рис 1,2): шпоночного вала 1, шпонки 2 и шпоночной втулки 3 с образованием двух посадок в системе вала вал – шпонка и втулка – шпонка (рис 3).
Рис.2. Размеры элементов шпоночного соединения
Сопряжение шпоночного вала и шпоночной втулки является сопряжением двух «гладких» цилиндрических деталей и не относится к шпоночному сопряжению. Однако правильное назначение посадки для этого соединения существенно влияет на условия работы шпоночного сопряжения. Рекомендуемые поля допусков для соединений вал – втулка приведены в таблице 2.
Таблица 2
Рекомендуемые поля допусков для соединения вал – втулка
| Условия работы пары вал - втулка | Характер сопряжения | Рекомендуемые поля допусков | |
| отверстия | вала | ||
| Возможность осевого перемещения втулки по валу | С зазором | Н6 | h6 |
| Р7 | h7, g6, f6 | ||
| Обеспечение высокой точности центрирования, минимальное радиальное биение | Переходные | H6 | js6, k6, m6, n6 |
| Наличие больших динамических нагрузок, возможность реверсного движения | С натягом | H6 | s7 |
| H7 | s8 | ||
Работоспособность шпоночных соединений определяется в основном точностью посадок по ширине шпонки b. Поэтому размер b является сопрягаемым. Остальные размеры задаются так, чтобы максимально облегчить процесс сборки при сохранении необходимой надежности соединения. Допуски других элементов в шпоночных соединениях приведены в таблицах 3 и 4.
Таблица 3
| № п/п | Наименование элемента детали шпоночного сопряжения | Условное обозначение | Поле допуска |
| 1 | Высота шпонки: | h | |
| до 6 мм | h9 | ||
| свыше 6 мм | h11 | ||
| 2 | Длина шпонки | l | h14 |
| 3 | Длина паза на валу | lпаз | H15 |
| 4 | Длина паза во втулке | Lвт | H15 |
| 5 | Исполнительная глубина паза | ||
| вала | t1 | H12 | |
| втулки | t2 | H12 | |
| 6 | Диаметр сегментой шпонки | d | h12 |
Таблица 4
| Высота шпонки h, мм | Глубина паза на валу t1, мм | Предельные отклонения размеров, мм | |
| t1 или ( d - t1) | d + t2 | ||
| От 2 до 6 | От 1,2 до3,5 | +0,1 или (-0,1) | +0,1 |
| Св. 6 до 18 | Св. 3,5 до 11 | +0,2 или (-0,2) | +0,2 |
| Св. 18 до 50 | Св. 11 до 31 | +0,3 или (-0,3) | +0,3 |
Рис.3. Схема расположения полей допусков шпоночного соединения вида с призматической шпонкой:
По сопрягаемому размеру – ширине для призматических шпонок предусмотрено три варианта соединения: свободное, нормальное и плотное (рис. 3). Для сегментных шпонок применяется главным образом нормальное и плотное соединения; для термообработанных деталей допускается использование предельных отклонений ширины вала по Н11, ширины паза втулки по D10. Остальные поля допусков для обоих типов шпонок одинаковы. Посадки выполняются в системе вала.
Наибольшее распространение в общем машиностроении имеет нормальное соединение; свободное соединение применяют главным образом для направляющих шпонок, иногда при наличии объемной термообработки; плотное соединение – в случае реверсного движения шпоночного вала.
Для обеспечения собираемости шпоночного соединения к шпоночным пазам вала и втулки предъявляются определенные требования точности их расположения. Устанавливаются допуски на параллельность шпоночного паза TPA Относительно оси детали и на его симметричность TPS. Допуск на ширину шпоночного паза: для параллельности определяется по классу относительной геометрической точности А и составляет 60% от допуска шпоночного паза, а для симметричности, принимается диаметральном выражении, зависимым и равным нулю (рис.4). Заметим, что реально допуск симметричности не будет нулевым т.к. зависимый допуск формируется из допусков элементов составляющих посадку.
Расчетные значения округляются до стандартных по ГОСТ 24643-81.
Рис.4. Вал со шпоночным пазом
Шероховатость поверхностей шпоночного паза выбирается в зависимости от полей допусков размеров шпоночного соединения и лежит в интервале Ra= 3,2…6,3 мкм.