ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ К.т.н., доцент Орленко Е.О. К.т.н., доцент Орленко Л.В

для передачи вращающего момента от вала к ступице и наоборот
ДОСТОИНСТВА:

Простота и надежность конструкции
Легкость сборки и разборки соединения
Невысокая стоимость

НЕДОСТАТКИ:
Снижение нагрузочной способности сопрягаемых деталей из-за ослабления их поперечных сечений шпоночными пазами и значительной концентрации напряжений в зоне этих пазов

клиновых шпонок
С помощью
тангенциальных шпонок

осевого смещения вдоль вала

обработки и измерения на рабочем чертеже должен указываться один размер

для вала (предпочтительный вариант) или , для втулки

мм (из ГОСТ 23360-78)
Длина шпонки выбирается из ряда: 10, 12,

14, 16, 18, 20, 22, 25, 28…..

Условное обозначение: Шпонка b x h x l ГОСТ 23360-78
Шпонка 18 х 11 х 100 ГОСТ 23360-78
Шпонка 2 – 38 x 12 x 125 ГОСТ 23360-78

Глубокий шпоночный паз значительно ослабляет вал
Применяют для передачи небольших вращающих

моментов или для фиксации деталей на осях

на рабочем чертеже должен указываться один размер для вала

(предпочтительный вариант) или , для втулки

Исполнение 1

Исполнение 2

мм (из ГОСТ 24071-80)
Условное обозначение: Шпонка b

x h ГОСТ 24071-80
Шпонка 5 х 9 ГОСТ 24071-80
Шпонка 2 – 5 x 6,5 ГОСТ 24071-80

шпонки на срез
Прочность соединения на смятие
Расчеты на

срез и смятие основаны на предположении, что соответствующие напряжения распределены по сечениям равномерно

Условие прочности на срез:

вращающий момент
диаметр вала
площадь среза шпонки

длина шпонки
для шпонок исполнения 1
для шпонок исполнения

2
для шпонок исполнения 3
для сегментных шпонок

сортамента среднеуглеродистой стали с
Допускаемые напряжения на срез:
(Меньшие значения при

динамических нагрузках)

Допускаемые напряжения на смятие:

при стальной ступице
при чугунной ступице

Создаваемое напряженное соединение передает вращающий момент и воспринимает осевую силу

Соединения хорошо воспринимают ударные и знакопеременные нагрузки
При забивании клиновой шпонки в соединении возникают распорные радиальные усилия, которые нарушают центрирование детали на валу, вызывая биение
Применяют в тихоходных передачах

Натяг между валом и ступицей создается в касательном (тангенциальном)

направлении
Применяются для валов диаметром выше 60 мм при передаче больших вращающих моментов с переменным режимом работы
В соединении ставят 2 пары тангенциальных шпонок под углом 120 град
Применяют ограниченно

(шлицев) и выступов.
Бывают: подвижные и неподвижные
Достоинства:
Меньшее

число деталей в соединении
Значительно большая нагрузочная способность за счет большей площади
контакта рабочих поверхностей вала и ступицы
Меньшая концентрация напряжений в материале вала и ступицы
Лучшее центрирование соединяемых деталей и более точное
направление при осевом перемещении
Высокая надежность при реверсивных и динамических нагрузках

Недостатки:
Сложная технология изготовления
Высокая стоимость

давления), или червячной шлицевой фрезой на шлицефрезерном станке (метод обкатки)
Отделочные

операции выполняют на шлицешлифовальных станках

Шлицевание отверстий в ступицах деталей выполняют шлицевыми протяжками на протяжных станках

d
По боковым
поверхностям зубьев
Центрирование по боковым сторонам зубьев обеспечивает более

равномерное распределение нагрузки между зубьями и применяют при ударных и реверсивных нагрузках

Центрирование по D и d обеспечивает более высокую соосность вала и ступицы

и подвижных соединениях
- Имеют постоянную
толщину зубьев и
выполняются с

различными
способами центрирования
ступицы на валу

- Применяют в неподвижных и подвижных соединениях
- Выполняют чаще с центрированием по боковым поверхностям зубьев, реже
по наружному диаметру
- По сравнению с прямобочными имеют повышенную точность, поэтому применяются
для передачи больших вращающих моментов

постоянную толщину зубьев и выполняются с различными способами центрирования ступицы

на валу

Центрирование
по боковым
сторонам зубьев

По наружному
диаметру D

По внутреннему
диаметру d

Целесообразно, когда втулка
имеет высокую твердость
и ее нельзя обработать
чистовой протяжкой
Используется для
подвижных соединений

Рекомендуется выполнять,
когда втулку термически не
обрабатывают
Способ технологически прост
и экономичен
Применяют при
неподвижных соединениях
или при подвижных
соединениях и
небольших нагрузках

Применяют когда
не требуется высокая
соосность вала и
ступицы, но
требуется высокая
прочность соединения

диаметром d=36 мм, наружным диаметром D=40 мм, шириной зуба b=7

мм, с центрированием по внутреннему диаметру с посадкой по диаметру
центрирования , по нецентрирующему диаметру и по размеру
b

Пример условного обозначения втулки (ступицы) того же соединения при центрировании по внутреннему диаметру

боковым поверхностям зубьев, реже по наружному диаметру
Угол профиля зубьев шлицевых

соединений 30 град
Диаметр делительной окружности d=mz
Высота зубьев при центрировании по наружному диаметру h=1,1m

Применяют в неподвижных и подвижных соединениях
По сравнению с прямобочными:
- более технологичны,
- имеют повышенную прочность и точность, поэтому применяются для передачи больших вращающих моментов

центрировании по боковым сторонам зубьев, с посадкой по боковым
поверхностям

зубьев

Пример условного обозначения втулки (ступицы) того же соединения

ступицах, пустотелых валах, стесненных габаритах деталей и сравнительно небольших вращающих

моментах

Центрирование выполняется по боковым поверхностям зубьев

и изнашиванию
1. Расчет на смятие:

передаваемый вращающий момент, Нмм
= 0,7…0,8 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по рабочим поверхностям зубьев
число зубьев
расчетная площадь поверхности смятия, кв. мм
средний радиус шлицевого соединения, мм
допускаемое напряжение на смятие рабочих поверхностей зубьев, МПа

диаметр, мм
d - внутренний диаметр, мм
c - размер фаски, мм
L

- длина поверхности контакта зубьев, мм
m - модуль зубьев, мм

Средний радиус шлицевого соединения:
- для прямобочных соединений

- для эвольвентных соединений

допускаемое напряжение на смятие принимается в зависимости от характера соединения (подвижное, неподвижное), условий эксплуатации и выполнения термообработки рабочих поверхностей зубьев
(для подвижных соединений 3…70 МПа, для неподвижных 35…200 МПа)

поверхностей соединения относительно оси вала (значения приводятся в ГОСТ 21425-75),

длина ступицы, мм
допускаемое давление из расчета на износ (определяется по таблицам ГОСТ 21425-75)