Для чего нужны шпонки
Среди большого количества разнообразных видов соединений очень часто встречается именно такой вид, как шпоночное соединение. Исходя из такого названия, можно понять, что выполняется оно, непосредственно, с помощью шпонок. Но для чего нужны шпонки в этом виде соединения? Насколько важную роль они играют в механизмах? Какие характеристики и свойства имеют шпонки, и что вообще это изделие представляет из себя?
Обычно под шпонкой подразумевается стальная продолговатая деталь в форме бруска. В более редких случаях упоминают деревянные шпонки, использующиеся при изготовлении разной мебели и фурнитуры. Мы же рассмотрим изделия, материалом изготовления которых служит сталь чистотянутая для шпонок из разных марок стали, например, Ст45, Ст50, Ст55. Это сырье так же называют шпоночный материал ГОСТ 8787-68.
Шпонка предназначена для установки в паз на валу и поверхности детали. При этом со стороны такое соединение может напоминать небольшой клин. Кстати говоря, с польского языка шпонка переводится именно как клин. Такое название она получила благодаря тому, что попросту не позволяет валу и ступице проворачиваться, надежно фиксируя вращающиеся по отношению друг к другу детали механизма, и передавая момент силы.
Сферой применения шпонок являются практически все отрасли машиностроения, а также станкостроения. Шпоночные соединения используют в разной технике, автомобилях, а также в механизмах, станках и различном оборудовании благодаря очень высокой степени надежности этих изделий. Одной из наиболее отличительных особенностей шпонок является возможность их функционирования как некого предохранителя узлов.
Заключается подобная возможность, в том, что если предел крутящего момента будет превышен, то шпонка под нагрузкой попросту срежется в месте разграничения вала и детали. Замена испорченной шпонки для опытного мастера не составит никакого труда, да и цена на новую деталь совсем не высока. При чем под большой нагрузкой срезается только шпонка, а вот другие дорогостоящие части конструкции остаются в целости.
Таким образом, шпонка является достаточно дешевым и эффективным изделием, что крайне важно для производств в промышленных масштабах и для частных владельцев разной техники, в том числе тракторов, комбайнов и подборщиков сена, так как заменить шпонку в разгар уборочного сезона можно в кратчайшие сроки. Подводя итоги, можно выделить пару-тройку важных пунктов, объясняющих для чего нужны шпонки:
- Выполняют надежное соединение вала и деталей
- Обеспечивают высокую степень фиксации
- Позволяют избежать проворачивания деталей
- Сохраняют детали в целости при больших нагрузках.
Какие есть шпонки
С тем, зачем нужна шпонка, мы уже разобрались, однако очень важно будет отметить тот факт, что существуют различные варианты исполнения шпонок, каждый из которых будет иметь свои стандарты изготовления, следовательно, уникальные параметры, характеристики и предназначение для применения. Именно по этой причине мы так же рассмотрим, какие есть шпонки и какие у них эксплуатационные свойства.
Обратите внимание, что шпонки одной и той же формы и конструкции могут обладать различными размерами. Основные параметры и допуски изготовления, само собой, написаны в соответствующих нормативах ГОСТ, но зачастую очень многие предприятия осуществляют изготовление шпонок на заказ по чертежам заказчика. А в некоторых случаях, заказчик может сделать шпонку из шпоночной стали самостоятельно.
Таким образом, у потенциального клиента всегда есть возможность купить шпонку в соответствии с представленным модельным рядом или же заказать индивидуальный образец. Как правило, при изготовлении шпонки проходят процесс термообработки, позволяющий им выдерживать прочность в 600МПа, после чего им придается определенная конструкционная форма, подразделяющая их по виду соединения на:
- призматические
- сегментные
- цилиндрические
- тангенциальные.
- клиновые.
Призматические шпонки, в свою очередь, так же подразделяют на 3 дополнительных вида исходя из их принципа действия: на закладные, на направляющие и на скользящие. Так как установка данного типа шпонок достаточно проблематична в плане их индивидуального подгона в пазы, а при полном износе они могут опрокидываться, то в большом производстве этот вид продукции используется достаточно редко.
В отличии от предыдущего варианта конструкции, сегментные шпонки не требуют в момент установки никакой подгонки, и не имеют свойства опрокидываться, что сказывается на их достаточно частом использовании. Однако применение такого типа шпонок ограничено на деталях с большим сечением вала, поэтому сегментную разновидность невозможно будет встретить на участках со множеством изгибов вала.
Цилиндрические шпонки по принципу работы схожи с призматическими. Они тоже редкий гость в крупномасштабном производстве из-за того, что они требуют одинаковой степени плотности и твердости соединяемых изделий. Во многом именно эта особенность и мешает их частому применению. Собственно, основным местом установки цилиндрических шпонок являются именно концевые участки вала.
Тангенциальная шпонка представляет собой конструкцию из двух элементов, которые напоминают призматический клин с сечением прямоугольного поперечного типа. Такой вид шпонок монтируется попарно под наклоном от 120° до 180°. Одним из главных достоинств у такого типа изделия является то, что их материал осуществляет работу на сжатие. Основной их сферой применения является тяжелое машиностроение.
Наконец, разбирая то, какие есть шпонки, мы подошли к последней разновидности, а именно к клиновым шпонкам. Такой тип по праву считается наиболее эффективным и очень распространенным ввиду множества своих неоспоримых преимуществ. Например, изделия клинового вида могут выдерживать незначительную осевую нагрузку, и при этом отлично функционировать при нагрузках переменного типа.
Что такое шпонка для чего нужна, где используется в строительстве? Что такое шпоночное соединение?
Шпонка что это такое, где используется в строительстве зачем нужна шпонка.
комментировать
в избранное бонус
alian aviol et [5.1K]
4 года назад
Шпонка является деталью, соединяющей узлы механизмов путем установки в пазы. А шпоночное соединение – это вид соединения, который состоит из шпонки на валу и ступицы. Из вкратце данного объяснения понятно, для чего нужна шпонка.
Паз под шпонку напоминает клин. Данный тип соединения позволяет ступице и валу относительно оси друг друга не проворачиваться. Это обеспечивает высокий КПД при передаче усилия фиксированному положению ступицы к валу со шпонкой.
Наиболее частые сферы применения шпоночных соединений – это машиностроение, строительство станков, автомобилей и прочих механизмов, требующих повышенной надежности фиксации деталей.
Шпонка в механизмах машин выступает в роли предохранителя в случаях превышения максимального уровня крутящего момента. И если и происходит срез шпонки, она все же поглощает и снимает чрезмерную нагрузку с вала и ступицы.
Выделим главные пункты, для чего нужна шпонка:
• Обеспечение безопасности соединяемых узлов при повышенных нагрузках;
• Предупреждение проворачивания узла и ступицы;
• Шпоночное соединение по надежности превышает аналоги при фиксации вала с деталями;
• Высокий уровень фиксации отдельных элементов механического узла.
Что такое шпонка?
В этой статье расскажем о том, что такое шпонка, какие существуют шпоночные соединения и дадим несколько рекомендаций по проектированию шпоночного соединения. Также к этой статье прилагаются несколько дополнительных публикаций, с которыми вы можете ознакомиться, перейдя по ссылкам.
Шпонка – это деталь, сцепляющая между собой два компонента — вал и ступицу. Она монтируется в пазовые углубления обоих, формируя шпоночное соединение. Деталь необходима для передачи крутящего момента от ступицы к валовому компоненту и наоборот. Пазы для ее монтажа на валу получают способом фрезеровки, а в ступицах – способом долбления или протяжки. Изготавливается из качественной углеродистой стали, а чтобы улучшить показатели прочности заготовка подвергается термообработке.
Плюсы шпоночного соединения (комбинации) — это несложная в исполнении конструкция, с низкой себестоимостью, удобная для сборки и разборки, поэтому такие сцепления используют машиностроительной отрасли.
К минусам относят, то что соединительные пазовые углубления, уменьшают прочностные характеристики обоих элементов. И их не желательно использовать в валовых элементах, испытывающих повышенное напряжение.
Какие существуют шпоночные соединения?
Комбинации бывают напряженные и ненапряженные.
Напряженные — образуются при использовании клиновых и тангенциальных шпонок, напряжение появляется уже при сборке, вне зависимости от внешнего воздействия в процессе работы.
Ненапряженные возникают при установке сегментных и призматических видов, при сборке компонентов внутри самого сцепления напряжения не образуется, а проявляется оно только при нагружаемых работах.
Проектные рекомендации
В процессе проектирования необходимо соблюдать ряд рекомендаций:
- для одного валового элемента желательно использовать одинаковые по сечению, а лучше, и по длине ш., ориентиром служит меньший по сечению вал;
- при небольшом вращающем моменте желательно монтировать ш. меньшего сечения, по отношению к размерам сечения вала, чем это указано в госстандарте;
- если есть несколько шпоночных пазов, то их размещают на одной образующей;
- если необходимо монтировать две сегментные ш., то их устанавливают вдоль вала в одном пазовом углублении ступицы. Если установить несколько ш. в одном соединении, то это ослабит сцепление. Если есть такая необходимость, то лучше использовать шлицевое (зубчатое) сцепление.
- лучше избегать шпоночное сцепление при тонкостенных полых валах.
Статьи по шпонке:
В этом разделе написано о статьях про шпонки, которые опубликованы на нашем сайте.
Какие бывают виды шпонок?
В статье рассказано о существующих видах шпонок, которые применяются в инженерной практике: призматические, сегментные, цилиндрические, клиновые, тангенциальные. По каждому виду приведён ГОСТ, по которому определяются их характерные особенности и размеры. Также указанно, где применяются каждый конкретный вид шпонки.
Как выполнить расчёт шпонки?
В этом материале показано на простом примере, как рассчитывается шпонка, а ,точнее, шпоночное соединение. В примере для шпонки задаётся в качестве исходных данных: размеры вала и ступицы, материал из которого изготовлена шпонка и крутящий момент.
Что надо знать о шпонках
Шпонка – это деталь, которая используется в соединениях, включающих вал и ступицу. Благодаря шпонке детали соединяются надежно и не смещаются в сторону. Это дает возможность для передачи момента вращения от ступицы к валу либо в обратную сторону. Предприятия производят шпонки разных видов, основываясь на требованиях ГОСТа.
Характеристики и области применения
Шпонка устанавливается в пазах деталей. При ее производстве используется сталь высокой прочности. Благодаря этому она не срезается даже от больших нагрузок. Конфигурацию элемента подбирают индивидуально. Самой распространенной формой является прямоугольный параллелепипед либо полусфера.
Также шпонка может защищать узел от чересчур высоких нагрузок. Если усилие слишком большое, происходит выход детали из строя, благодаря чему обеспечивается защита механизма от перегрузок.
Шпонки нашли применение в разных сферах. Автомобили, станки, бытовая техника, специальные механизмы – их производство и сборка не обходятся без этого изделия. Нередко их используют в блоках с ременным или шестеренчатым приводом. Автомобильные силовые агрегаты и трансмиссия – это места, в которых шпонка тоже применяется.
Классификация
В зависимости от формы изделие может относиться к нескольким группам. Это дает возможность использовать их в разных устройствах. Шпонки могут быть:
- Клиновыми. Они вбиваются в пазы. Подобный вид подходит для соединений, испытывающих незначительную нагрузку. В этом случае вращающий момент передается шкиву либо ступице.
- Сегментными. Делаются в виде полусфер. Чтобы установить такую шпонку, требуется обустройство глубокого паза подходящей формы. Если прорезь у изделия большая, вал становится менее устойчивым к механическим нагрузкам.
- Призматическими. Их выпускают в виде прямоугольных параллелепипедов. С их помощью получают соединения, которые передают вращающий момент. Наибольшая нагрузка испытывается боковыми поверхностями. Как и остальные виды шпонок, призматические защищают устройства от перегрузок. Изделие этой разновидности нуждается в идеальной подгонке габаритов.
- Цилиндрическими. Нужны в том случае, если шкив расположен на конце детали. Заводы выпускают изделия этого вида цилиндрической конфигурации. Отверстия в них высверливаются.
Используемый материал
Предприятия при изготовлении шпонок используют специальную чистотянутую сталь (госстандарт 8787-68). Чаще всего берется стальной сплав 45. Этот материал придает детали высокую прочность.
Иногда используется марка 50. Подобная углеродистая сталь дает возможность выпускать еще более прочные изделия. Их ставят в механизмах, испытывающих самые высокие нагрузки.
Мебельные компании и предприятия, выпускающие бытовую технику, пользуются полимерными и деревянными шпонками. Их допустимо применять в соединениях с маленькими нагрузками. Если превысить допустимый вращающий момент, заготовка из пластика ломается. Располагая подходящим материалом, есть возможность изготовить шпонку несложной формы своими силами.
Сильные стороны
Главный плюс шпонки в том, что она надежно фиксирует комплектующие друг с другом. А еще этот элемент:
- просто монтируется;
- не допускает того, чтобы детали устройства проворачивались;
- обеспечивает защиту узла от перегрузок.
Перед тем как производить замену шпонки, нужно подобрать изделие такой же формы. Только в этом случае получится надежно соединить детали. Если установить шпонку, которая плохо вписывается в паз, узел выйдет из строя.
Таблица размеров стальных призматических шпонок
| Ширина (мм) | Высота (мм) | Размер фаски, не более (мм) | Размер фаски, не менее (мм) | Длина (мм) |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 2 | 0.25 | 0.16 | от 6 до 20 |
| 3 | 3 | 0.25 | 0.16 | от 6 до 36 |
| 4 | 4 | 0.25 | 0.16 | от 8 до 45 |
| 5 | 5 | 0.40 | 0.25 | от 10 до 56 |
| 6 | 6 | 0.40 | 0.25 | от 14 до 70 |
| 7 | 7 | 0.40 | 0.25 | от 16 до 63 |
| 8 | 7 | 0.40 | 0.25 | от 18 до 90 |
| 10 | 8 | 0.60 | 0.40 | от 22 до 110 |
| 12 | 8 | 0.60 | 0.40 | от 28 до 140 |
| 14 | 9 | 0.60 | 0.40 | от 36 до 160 |
| 16 | 10 | 0.60 | 0.40 | от 45 до 180 |
| 18 | 11 | 0.60 | 0.40 | от 50 до 200 |
| 20 | 12 | 0.80 | 0.60 | от 56 до 220 |
| 22 | 14 | 0.80 | 0.60 | от 63 до 250 |
| 24 | 14 | 0.80 | 0.60 | от 63 до 250 |
| 25 | 14 | 0.80 | 0.60 | от 70 до 280 |
| 28 | 16 | 0.80 | 0.60 | от 80 до 320 |
| 32 | 18 | 0.80 | 0.60 | от 90 до 360 |
| 36 | 20 | 1.20 | 1.00 | от 100 до 400 |
| 40 | 22 | 1.20 | 1.00 | от 100 до 400 |
| 45 | 25 | 1.20 | 1.00 | от 110 до 450 |
| 50 | 28 | 1.20 | 1.00 | от 125 до 500 |
| 56 | 32 | 2.00 | 1.60 | от 140 до 500 |
| 63 | 32 | 2.00 | 1.60 | от 160 до 500 |
| 70 | 36 | 2.00 | 1.60 | от 180 до 500 |
| 80 | 40 | 3.00 | 2.50 | от 200 до 500 |
| 90 | 45 | 3.00 | 2.50 | от 220 до 500 |
| 100 | 50 | 3.00 | 2.50 | от 250 до 500 |