Гост 23360-78 основные нормы взаимозаменяемости. соединения шпоночные с призматическими шпонками. размеры шпонок и сечений пазов. допуски и посадки (с изменениями n 1, 2)

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.

Врезные клиновые шпонки.

Врезные клиновые шпонки (рис. 1) характеризуются следующими положениями:

• свободной посадкой ступицы на вал (с зазором);
• расположением шпонки в пазе с зазорами по боковым граням∗ (рабочими являются широкие грани шпонки);
• передачей вращающего момента от вала к ступице в основном за счет сил трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки.

∗ Необходимость этих зазоров связана с технологическими трудностями посадки шпонки по всем четырем граням.

Рис. 1

Запрессовка шпонки смещает центры вала и ступицы на некоторую величину Δ (см. рис. 1), равную половине зазора посадки и деформации деталей. Это смещение вызывает дебаланс и неблагоприятно сказывается на работе механизма при больших скоростях вращения.

Клиновая форма шпонки может вызвать перекос детали, при котором ее торцовая плоскость не будет перпендикулярна к оси вала. Обработка паза в ступице с уклоном, равным уклону шпонки, создает дополнительные технологические трудности и часто требует индивидуальной пригонки шпонки по пазу. Такая пригонка совершенно недопустима в условиях массового производства.

Эти недостатки послужили причиной того, что применение клиновых шпонок резко сократилось в условиях современного производства, которое без больших затруднений может обеспечить точную посадку ступицы на вал. В прежнее время, когда было трудно обеспечить посадку ступицы на вал без больших зазоров, клиновая шпонка являлась средством исправления дефектов производства, так как она выбирала зазор и создавала натяг в соединении∗.

∗ Значительное сокращение применения клиновых шпонок позволяет не рассматривать в данной статье все их разновидности и не давать подробного анализа напряженного состояния в соединении.

Еще до приложения нагрузки в соединении образуются напряжения σ₁ и σ₂ (см. рис. 1).

Для решения задачи о прочности соединения рассмотрим условия равновесия вала под нагрузкой моментом Т (рис. 2). В расчетной схеме по (рис. 2) действие напряжений σ₁ и σ₂ (см. рис. 1) заменено равнодействующими N. Момент стремится повернуть вал в отверстии ступицы. Этому повороту препятствует пара сил трения F=Nf и защемление шпонки. При защемлении левая половина шпонки дополнительно нагружается, а правая разгружается. Эпюра напряжений на гранях шпонки из равномерной преобразуется в трапецеидальную с максимальным напряжением σ. За расчетную принимают треугольную эпюру, соответствующую границе раскрытия стыка с правой стороны шпонки, т. е. такую, при которой напряжения смятия еще распространяются на всю ширину шпонки, но у правой кромки уже близки к нулю. При этом точка приложения равнодействующей N смещается от центральной оси на величину

σ

σ

Рис. 2

В настоящее время нет данных о величине σ₁ которую можно получить при запрессовке шпонки. Поэтому расчет производят по последнему условию, в котором [σ_см] устанавливают на основании опыта:

[σ_см]=800÷1000 кгс/см2. При этом σ₁≈400÷500 кгс/см2. Рекомендуют также принимать f≈0,13÷0,18.

Шпонки клиновые

Они момент передают с использованием сил трения.

Плюсы указанной детали:

— Шпоночное соединение в данном случае выдерживает небольшую осевую нагрузку.

— Отмечена хорошая работа при действии переменных нагрузок.

— Не надо использовать дополнительные детали, которые будут удерживать от осевого перемещения ступицу.

Минусами данной шпонки являются:

— Сложность в разборке при ремонте.

— Сильное смещение от центра ступицы по отношению оси вала. Это существенный факт.

— При наличии малой длины ступицы возможен ее существенный перекос, а также не исключено осевое биение детали, которая закрепляется (шкив, зубчатое колесо).

Виды шпонок

Основные виды шпонок делят на два типа: напряженные и ненапряженные. Среди которых выделяются такие типы шпонок:

1. 1. Клиновые. Особый тип, который отличаются углом наклона верхней грани. В общем разделение на виды происходит исходя из классификации шпоночных соединений. Устанавливается в паз с помощью физической силы, ударным методом. Применение такого типа соединения позволяет добиться необходимого напряжения. Нарезанный клин, находясь в пазе, распирает его изнутри. За счет силы прижатия, вал и ступица совместно вращаются.Используется довольно редко, так как ее использование предусматривает индивидуальный подгон. Это можно считать недостатком для массового производства механизмов. Основное назначение — применение в тихоходных передачах и узлах неподвижного соединения.
      Среди клиновых шпонок выделяют:
      • врезные;
      • на лыске;
      • фрикционные;
      • без головки и с головкой.
   2. Сегментные. Производятся в виде сегментной пластины, загоняемой в паз. Производиться методом фрезерования. Широко применяются в производстве, так как просты в изготовлении, не требуют особой точности при нарезании и легко устанавливается. Отличается установкой в боле глубокий паз, в сравнении с аналогами. Глубокий паз не подходит для больших нагрузок, так как значительно снижает прочность вала, поэтому используется при небольших крутящих моментов.
      На длинных ступицах может устанавливаться несколько шпонок, так как они имеют фиксированную длину. Выполняют предохранительную функцию на срез и смятие.

   3. Призматические. Отличаются параллельными гранями, которые устанавливаются в паз и фиксируют ступицу. Рабочими гранями в таки случаях являются боковые. Относятся к ненапряженному типу шпоночных соединений, поэтому существует вероятность возникновения коррозии в месте соединения. Для исключения коррозии, муфта и вал соединяются с натягом. Концы производятся обычно со скругленными или плоскими концами. Для скругленного типа рабочей поверхностью считается длина прямых краев. Паз нарезается с помощью фрезы.Передача усилия происходит путем давления поверхности паза на шпонку, которая передает крутящий момент на паз ступицы. Данный тип соединения призматической шпонкой часто используется для подвижных соединений, поэтому используют дополнительное крепление с помощью винтов. Как и многие другие типы выполняет функцию предохранителя при смятии и срезе.

   4. Цилиндрические. Штифты в таких шпонках изготавливаются в виде цилиндров. Работаю в натяжении с отверстием на торце вала, которое высверливается под соответствующие размеры шпонок. Используется в тех случаях, когда ступица устанавливается на конце вала. Требует особого подхода к монтажу шпоночных соединений.Позволяют работать на срез и смятие. Поэтому выбор шпонки производят исходя из прочности на смятие.

Исходя из типа посадки выделяются:

1. Свободная – применяется в случаях, когда выполнять сварочные работы довольно сложно и есть необходимость подвижного сцепления деталей во время работы.
2. Плотная – нужна для создания сцеплений, движение которых во время работы выполняется в одном пространственном положении.

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.

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:

1. Металлическая шпонка производится зачастую при применении металла, который отвечает ГОСТу 8787-68.
2. Зарубежные производители учитывают стандарт DIN
3. В большинстве случаев используется шпоночный прокат, представленный конструкционной углеродистой сталью.
4. Особенностью можно назвать то, что поверхностный слой обладает лучшими эксплуатационными характеристиками.
5. 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:

1. Твердость поверхностного слоя.
2. Устойчивость материала от воздействия окружающей среды.
3. 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.

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:

1. Твердость варьируется в пределе 35-45 HRC. Для повышения этого показателя проводится термическая обработка, а также отпуск для снижения вероятности появления внутренних напряжений.
2. 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.
3. 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.

Допуски шпоночных соединений

Данное определение является немалозначимым. Для обеспечения качества работы назначают допуски шпоночных соединений

Это важно знать. Определяет шпоночные соединения ГОСТ 2.308–79 «Единая система конструкторской документации

Указание на чертежах допусков формы и расположения поверхностей». Это соответствующая документальная база.

Числовые параметры допусков расположения устанавливают с учетом следующих соотношений: Т (пар) = 0,6 Т (ш); Т (сим0) = 4,0 Т (ш).

Где указанные обозначения предусматривают:

— Т (ш) – допуск ширины паза шпоночного b.

— Т (пар) – указанный параметр параллельности.

— Т (сим) – значение допуска симметричности в диаметральном выражении.

Полученные расчетные параметры данных определений приближают к стандартным. Ориентируются для этого на ГОСТ 24643.

Шпонки сегментные и призматические

Призматические шпонки бывают нескольких видов и конструкций, но в общем и целом, их можно разделить на следующие типы:

• обыкновенные, предназначенные для неподвижных соединений ступиц с валами.
• направляющие, с креплением на валу, применяемые при необходимости перемещения ступицы вдоль вала.
• скользящие (ГОСТ 12208-66), перемещающиеся вдоль вала вместе со ступицей, с которой соединены посредством цилиндрического выступа.

Для обеспечения посадок призматических шпонок предусмотрены поля допусков:

• на ширину паза вала — Н9, N9 и Р9;
• на высоту шпонки 2-6 мм — h9 и свыше 6 мм – h11;
• на длину шпонки h14 и на длину паза — H15.

Сегментные шпонки по ГОСТ 24071-80 применяют при необходимости частого демонтажа узла.

Клиновые шпонки по ГОСТ 24068-80 представляют собой самотормозящийся клин с уклоном 1 : 100; они крепят ступицу также и в осевом направлении, из-за возникающих при эксплуатации перекосов эти шпонки применяют только для тихоходных, неответственных деталей.

Это интересно:

Возможно Вам будет полезна статья «Билеты и ответы по программе обучения слесарей 2-3 разряда.» В ней приведены вопросы и ответы по программе обучения на производстве слесарей-ремонтников 2-3 разряда.

Технические требования к шпоночным соединениям предусматривают:

1. правильность формы и размеров шпонки и пазов вала и ступицы по всей длине;
2. отсутствие заусенцев и забоин на рабочих поверхностях шпонки и пазов;
3. параллельность оси шпонки и осей вала или отверстия ступицы;
4. симметричность боковых поверхностей пазов вала и ступицы относительно диаметральной плоскости;
5. тщательную пригонку рабочих поверхностей шпонки и пазов; наличие зазоров по высоте для призматических и сегментных шпонок и по ширине для клиновых шпонок.

Порядок сборки соединений с обыкновенной призматической шпонкой представляет собой подготовку нужной шпонки (из чистотянутого прутка). Далее следует пригонка шпонки по пазу вала (припиливание или шабрение по краске). Затем делается запрессовка шпонки в вал прессом, струбцинами или ударами медного молотка. В конце на особо ответственных деталях проводится проверка щупом на предмет отсутствия зазора между боковыми сторонами шпонки и паза. Также возможна пригонка ступицы к боковым сторонам шпонки с минимальным зазором для неподвижных соединений и с гарантированным зазором для подвижных.

Черчение

§ 33. Чертежи шпоночных и штифтовых соединений

33.1. Изображение шпоночных соединений. Одно из наиболее распространенных разъемных соединений деталей — шпоночное (см. рис. 209).

Шпонка предназначена для соединения вала с посаженной на него деталью: шкивом, зубчатым колесом, маховиком и др.

Чтобы шкив вращался вместе с валом, в них прорезают пазы (шпоночные канавки), в которые закладывают шпонку.

Рис. 222. Детали шпоночного соединения

На рисунке 222 даны наглядные изображения деталей шпоночного соединения. Стрелками показано, как они соединяются. На наглядном изображении соединения призматической шпонкой (рис. 223) втулка показана в разрезе, чтобы ясно была видна шпонка. На полках линий-выносок нанесены цифры. Они соответствуют номерам, которые присвоены деталям.

Рис. 223. Соединение шпонкой

Чертежи деталей, входящих в соединение, приведены на рисунке 224, а сборочный чертеж — на рисунке 225. Заметьте, что на сборочном чертеже шпонка показана нерассеченной. Как вам известно, так поступают в том случае, когда секущая плоскость проходит вдоль сплошной (непустотелой) детали.

Рис. 224. Чертежи деталей шпоночного соединения

На чертеже соединения призматической шпонкой показывают небольшой промежуток — зазор между верхней плоскостью шпонки и дном канавки во втулке.

Рис. 225. Сборочный чертеж шпоночного соединения: 1 — вал; 2 втулка; 3 — шпонка

Каждая шпонка на сборочном чертеже имеет условное обозначение. Например, запись Шпонка 12х8×60 означает, что призматическая шпонка имеет следующие размеры: ширина 12 мм, высота 8 мм, длина 60 мм. Запись Шпонка сегм. 8×15 читают так: шпонка сегментная, толщина 8 мм, высота 15 мм. Так как размеры шпонок стандартизованы, то, следовательно, стандартизованы форма и размеры шпоночных канавок (пазов) на вале и во втулке. Выбирают эти размеры в зависимости от диаметра вала, входящего в соединение.

В таблице 4 (выписки из ГОСТ 23360—78) указаны диаметр D вала, соответствующие ему размеры шпонок (ширина b, высота h) и глубина шпоночных пазов (t для вала, t₁ для втулки).

Таблица 4. Шпонки призматические (в мм)

Например, диаметр вала равен 18 мм. Пользуясь таблицей, находим размеры шпонки. Ее ширина б = 6 мм, высота h=6 мм. Длину шпонки l выбирают в необходимых пределах. Возьмем ее равной 30 мм. Глубина паза на валу t = 3,5 мм, глубина паза во втулке t₁ =2,8 мм.

Рис. 226. Чертеж для чтения

1. Пользуясь таблицей 4, напишите, какие размеры будут иметь шпонка и пазы соединения призматической шпонкой, если диаметр вала 42 мм.
2. На рисунке 226 изображено соединение рычага (дет. 1) с валом (дет. 2) при помоши шпонки (дет. 3). Ответьте на вопросы:
   1. Что означают две концентрические окружности, указанные цифрой 1 (в кружке)?
   2. Что означают две горизонтальные линии, между которыми проходит стрелка цифры 3 (в кружке)?
   3. К каким деталям относится поверхность, обозначенная цифрой 2 (в кружке)?
   4. Почему поверхности, обозначенные цифрами 4 и 5 (в кружках), не заштрихованы? К каким деталям они относятся?
   5. К какой детали относится поверхность, обозначенная цифрой 6 (в кружке)?

33.2. Изображение штифтовых соединений. На рисунке 209 показан штифт Н, препятствующий смещению деталей, скрепленных винтом.

Чертежи штифтов цилиндрических и конических приведены на рисунке 227.

Рис. 227. Чертежи штифтов

На рисунке 228 показано наглядное изображение, а на рисунке 229 сборочный чертеж штифтового соединения. Штифт (дет. 3) находится в отверстии, одновременно просверленном в корпусе (дет. 1) и в вале (дет. 2).

Рис. 228. Наглядное изображение соединения штифтом

Заметьте, что на сборочных чертежах штифты в разрезе показывают, как и другие непустотелые детали, нерассеченнымн, если секущая плоскость проходит вдоль их оси.

Рис. 229. Сборочный чертеж соединения

В обозначение штифта входит его название, размеры и номер стандарта, например: Штифт цилиндрический 5×30. Это значит, что цилиндрический штифт имеет следующие размеры: диаметр 5 мм, длина 30 мм.

Запись Штифт конический 10х70 означает, что у конического штифта меньший диаметр 10 мм, а длина 70 мм.

Соединение штифтом иногда применяют, чтобы предотвратить продольное перемещение деталей, соединенных шпонкой (рис. 230).

Рис. 230. Чертеж для чтения

Рассмотрите чертеж (рис. 230) и ответьте на вопросы:

1. Сколько деталей входит в соединение?
2. Почему детали 3 и 4 не заштрихованы?
3. Каковы размеры детали 3, если она имеет такое обозначение «Шпонка 14х9х35». Выполните ее чертеж и технический рисунок (см. рис. 224).

Применение

Основным применением шпоночных соединений является монтаж на вал с помощью пазового соединения. В большинстве своем шпоночный паз напоминает клин. Такой тип соединения деталей позволяет валу и ступице не проворачиваться относительно оси друг друга. Фиксированное положение ступицы к валу со шпонкой позволяет добиться высокого КПД при передаче усилия.

Наиболее часто шпоночное соединение можно встретить в машиностроении, при строительстве станков. Часто она используется при производстве автомобилей и других механизмов, где требуется повышенная надежность фиксации деталей машин. Высокая надежность достигается благодаря функции предохранительного узла вала со шпоночным пазом.

Шпонка выступает предохранителем в случаях превышения максимального уровня крутящего момента. В подобных случаях происходит срез шпонки, поглощая чрезмерную нагрузку она снимает ее из вала и ступицы.

Благодаря своим свойствам она стала широко распространенной в машиностроении, она отличается высокой эффективностью, простотой изготовления и монтажа, а также низкой стоимостью. Подобные характеристики особо важны в промышленном производстве, особенно в сельском хозяйстве. В разгар сезона часто возникают случаи поломок отдельных узлов, которые нужно заменить максимально быстро. Чаще всего можно встретить в узлах пресс-подборщиков.

Учитывая все вышесказанное, выделяются основные позиции, для чего нужна шпонка:

1. Обеспечение безопасность соединяемых узлов при повышенных нагрузках.
2. Достижение высокой степени фиксации отдельных элементов механического узла.
3. Выполняет функцию предупреждения проворачивания узла и ступицы.
4. Надежность подобного соединения превышает надежность аналогов при фиксации вала с деталями.

В общем, встретить шпоночное соединение можно практически в любом сложном механизме, что обусловлено его техническими характеристиками.

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:

1. 4×4.
2. 5×5.
3. 22×22.
4. 25×25.
5. 32×18.
6. 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:

1. Клиновые.
2. Призматические.
3. Сегментные.
4. Тангенциальные.
5. Цилиндрические.

Сталь характеризуется достаточно высокой податливостью к механической обработке. В большинстве случае изделие получают из заготовки, в качестве которой выступает пруток.

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:

1. Допускаются для ширины паза и втулки любые сочетания полей допусков, указанных в таблице.
2. Для термообработанных деталей допускаются предельные отклонения размера ширины паза вала Н11, если это не влияет на работоспособность соединения.
3. В ответственных шпоночных соединениях сопряжение дна паза с боковыми сторонами выполняются по радиусу, величина и предельные отклонения которого должны указываться на рабочем чертеже.
4. 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.
5. 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.
6. 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:

Разновидности

Шпоночное соединение подразделяют на несколько групп:

1. В зависимости от степени подвижности. Это немаловажная характеристика. В этом плане различают:

• Подвижное соединение. В данном случае с направляющей или скользящей шпонкой.
• Неподвижное соединение.

2. Во второй группе рассматривают усилие, которое действует в соединении. Здесь выделяют два вида:

• Напряженные. В таком соединении усилие создается при сборке. Оно существует отдельно от самой рабочей нагрузки.
• Ненапряженные. В таком соединении усилие создается только при наличии рабочей нагрузки.

3. Соединения разделяют по виду используемых шпонок. А именно:

• Призматическая.
• Сегментная.
• Цилиндрическая.
• Клиновая.
• Тангенциальная.

Далее охарактеризуем каждый вид шпонки отдельно. Однако сначала необходимо сказать, что данные детали в основном изготавливаются из качественных, прочных сталей среднеуглеродистых: 45, 50, 55. Это достоверный факт. Для того чтобы повысить прочность шпонок, заготовки для их изготовления обычно подвергаются термической обработке. Она улучшает их качество.

3.1. Обработка шпоночных пазов

Шпоночные
пазы (канавки) на валах изготавливаются
для призматических и сегментных шпонок.
Шпоночные пазы для призматических
шпонок могут быть закрытыми с двух
сторон (глухие), закрытыми с одной стороны
и сквозными.

Шпоночные
пазы изготавливаются различными
способами в зависимости от конфигурации
паза и вала, применяемого инструмента.
Они выполняются на горизонтально-фрезерных
либо вертикально-фрезерных станках
общего назначения или на специальных
станках.

Сквозные
и открытые с одной стороны шпоночные
пазы изготавливаются фрезерованием
дисковыми фрезами (рис. 22, а).

Рис.
22. Методы фрезерования шпоночных пазов
валов:
а
– дисковой фрезой с продольной подачей;
б
– концевой фрезой с продольной подачей;
в
– концевой фрезой с маятниковой подачей;

г
– дисковой фрезой с вертикальной подачей

Фрезерование
паза осуществляется за один-два прохода.
Этот способ наиболее производителен и
обеспечивает достаточную точность
ширины паза, но его применение
ограничивается конфигурацией пазов:
закрытые пазы с закруглениями на концах
не могут выполняться этим способом.
Такие пазы изготовляются концевыми
фрезами с продольной подачей за один
или несколько проходов (рис. 22, б).

Фрезерование
концевой фрезой за один проход производится
таким образом, что сначала фреза при
вертикальной подаче проходит на полную
глубину канавки, потом включается
продольная подача, с которой шпоночный
паз фрезеруется на полную длину. При
этом способе требуется мощный станок,
прочное крепление фрезы и обильное
охлаждение эмульсией. Вследствие того,
что фреза работает в основном периферийной
частью, диаметр которой уменьшается от
переточки к переточке, по мере увеличения
числа переточек точность обработки (по
ширине паза) ухудшается.

Для
получения точных по ширине пазов
применяются специальные шпоночно-фрезерные
станки с «маятниковой подачей», работающие
концевыми двуспиральными фрезами с
лобовыми режущими кромками. При этом
способе фреза врезается на глубину
0,1–0,3 мм и фрезерует паз на всю длину,
затем опять врезается на ту же глубину,
как и в предыдущем случае, и фрезерует
паз на всю длину, но в обратном
направлении (рис. 22, в).
Отсюда происходит название «маятниковая
подача».

Этот
метод является наиболее рациональным
для изготовления шпоночных пазов в
серийном и массовом производстве, так
как точность изготовления паза
обеспечивает взаимозаменяемость в
шпоночном соединении. Кроме того,
поскольку фреза работает лобовой частью,
она будет долговечнее, так как изнашивается
лобовая, а не периферийная часть фрезы.
Недостатком этого способа является
низкая производительность. Из этого
следует, что метод маятниковой подачи
надо применять при изготовлении пазов,
требующих взаимозаменяемости, а метод
фрезерования за один проход следует
использовать в тех случаях, когда
допускается пригонка шпонок по пазу.

Шпоночные
пазы под сегментные шпонки изготавливаются
фрезерованием при помощи дисковых фрез
(рис. 22, г).
Сквозные шпоночные пазы валов можно
обрабатывать на строгальных станках
(длинные пазы – на продольно-строгальных,
а короткие пазы – на поперечно-строгальных
станках).

Шпоночные
пазы в отверстиях втулок зубчатых колес,
шкивов и других деталей, надевающихся
на вал со шпонкой, обрабатываются в
индивидуальном и мелкосерийном
производстве на долбежных станках, в
крупносерийном и массовом производстве
– на протяжных станках.