Література: 1, с.160-165; 2, с.190-200; заняття № 23, с. 200-213

1 Класифікація шпонкових і шліцьових з’єднань,

експлуатаційні вимоги до них

Шпонкові з'єднання призначені для з'єднання валів між со­бою за допомогою спеціальних пристроїв (муфт), для з'єднан­ня з валами та осями різних тіл обертання (зубчастих коліс, ексцентриків, шківів, маховичків тощо).

Шпонкові з'єднання з призматичними, сегментними та кли­новими шпонками стандартизовані і поділяються на:

- ненапружені з призматичними та сегментними шпонками;

- напружені з клиновими шпонками.

Шпонка- це з'єднувальна деталь, що встановлюється в па­зах вала та отвору і призначається для передачі обертання або взаємного зміщення під дією зовнішніх сил. Переважно шпон­ки розраховуються "на зріз".

Основні розміри шпонкових з'єднань за допомогою приз­матичних, клинових та сегментних шпонок зображені на рисунку 1:

а) призматичними шпонками;

б) клиновими шпонками;

в) сегментними шпонками.

Рисунок 1 - Розміри шпонкових з'єднань

Приклади встановлення цих типів шпонок в пазах валів і втулок зображені на рисунку 2:

а) - призматичними шпонками;

б) - клиновими шпонками;

в) - сегментними шпонками.

Рисунок 2 - Приклади з'єднання деталей за допомогою шпонок

Основні розміри шпонок і шпонкових пазів у з'єднаннях з призматичними шпонками регламентує ГОСТ 23360-78. Для шпонкових з'єд­нань з сегментними шпонками розміри елементів з'єднань згі­дно з ГОСТ 24071-80.

Для шпонкових з'єднань з клиновими шпонками, розміри яких встановлює ГОСТ 24068-80.

Допуски, посадки і контроль призматичних шпонкових з’єднань

Номінальним розміром, за яким відбувається з'єднання вала і корпусу шпонкою, прийнятий розмір шпонки b. Для всіх стандартизованих шпонкових з'єднань на нього встановле­не поле допуску h9.

Граничні відхилення по ширині b шпонки, пазів отвору та вала представлені в таблиці 1.

Граничні відхилення розмірів з'єднань, що не спряжуються, з призматичними шпонками представлені в таблиці 2.

Згідно з номінальним розміром b встановлено 3 види з'єднань:

- вільне — для отримання нерухомих посадок, які застосо­вуються при утруднених умовах складання (вільне з'єднання для сегментних шпонок не передбачається);

- нормальне - для отримання нерухомих розбірних з'єднань при сприятливих умовах складання;

- щільне — для отримання нерухомих з'єднань з запресуванням при складанні, що працюють при реверсивних наванта­женнях.

Шпонки переважно з'єднуються з валами по ширині шпон­ки нерухомою посадкою, а з втулкою - однією з рухомих по­садок.

Натяг потрібний для фіксування положення шпонки при експлуатації, а зазор - для компенсації неминучих похибок пазів та їхнього перекосу.

Для шпонкових з єднань із сегментними шпонками гра­ничні відхилення розмірів та рекомендації по вибору посадок дані в таблиці 3.

Дані про з'єднання з клиновими шпонками представлені в таблиці 4.

Контроль шпонкових з'єднань відбувається за допомогою спеціальних граничних калібрів; ширина пазів вала і втулки b перевіряється пластинами, які мають прохідний та непрохід­ний бік (рисунок 3а); розмір d + t2 отвору - пробками зі сту­пінчастою шпонкою (рисунок 3б); глибина паза вала (розмір t1) перевіряється кільцевими калібрами, які мають стрижень з прохідним та непрохідним степенем.

Допуски цих типів калібрів приймаються рівними з допус­ками гладких калібрів (маючи на увазі залежні допуски розта­шування) - див. ГОСТ 24109.

Симетричність пазів відносно осьової площини перевіряють комплексними калібрами: отвору - пробкою із шпонкою (рисунок 3в); а вала - накладною призмою з контрольним стрижнем (рисунок 3г).

Рисунок 3 - Калібри для контролю шпонкових деталей

Таблиця 1- Граничні відхилення по ширині b та орієнтовне призначення посадок у з'єднаннях з призматичними шпонками

Елемент з'єднання

Граничні відхилення розміруb при з'єднанні

будь-якому

вільному

нормальному

щільному

на валу

у втулці

на валу

у втулці

на валу

у втулці

Шпонка

h9

-

-

-

-

Паз

-

Н9

D10

N9

Js9

Р9

Для ширини пазів вала і втулки допускаються будь-які сполучення вказаних вище полів допусків

Ширина шпонки

h9

h9

h9

Ширина паза на валу

Р9

N9

Н9* ; N9

Ширина паза у втулці

Js9

D10* ; Js9

D10

Призна­чення посадок

Для одиничного та серійного вироб­ництва

Для серійного та масового виробництва

Для направляючих шпонок

Примітка. Для термооброблених деталей допускаються граничні відхилення розміру ширини паза вала Н11, якщо це не впливає на працездатність з'єднання. * Рекомендується для з'єднань з довгими шпонками (1 > 2·d). Перед використанням бажана дослідна перевірка.

Таблиця 2 - Граничні відхилення розмірів, що не спряжуються, в з'єднаннях з призматичними шпонками

Таблиця 3 - Граничні відхилення розмірів та орієнтовне призначення посадок в з'єднаннях із сегментними шпонками

Таблиця 4 - Граничні відхилення розмірів, що не спряжуються, з'єднань

з клиновидними шпонками

Елемент з'єднання	Граничні відхилення розміру
Висота h	Довжина l	Глибина (або розмір, який ставиться на кресленні) на валу t1(або d - t1)*** і на втулці t2 (або d + t1) при h, мм
від 2 до 6	понад 6 до 18	понад 18 до 50
Шпонка	h11, h9*	h14	-	-	-
Паз	-	Н15**	+0.1 0	+0,2	+0.3
Примітки. 1 Граничні відхилення ширини шпонкиb при будь-якому з'єднанні - по h9 Граничні відхилення кута ухилу . ____________ * При висоті шпонки h від 2 до 6 мм. **Для шпонки виконання 1. ***Для вказаного розміру ті ж граничні відхилення призначаються із знаком мінус

Класифікація шліцьових з’єднань, експлуатаційні вимоги до них

Шліцьові з'єднання мають таке ж призначення, що і шпон­кові, але мають перед останніми значні переваги:

- внаслідок зминання та зрізу шпонок, послаблення перері­зів валів і втулок пазами і утворення концентраторів напру­жень шпонкові з'єднання не можуть передавати великі крутні моменти;

- в результаті перекосів і зміщення пазів, а також кон­тактних деформацій від радіальних сил в шпонкових з'єднан­нях можливий перекіс втулки на валу.

Шліцьові з'єднання передають великі крутні моменти, мають великий опір у втомі, високу точність центрування та на­правлення. Для забезпечення концентричності поверхні втул­ки відносно осі обертання вала у шліців деталей, що спряжуються, передбачена центрувальна поверхня.

В залежності від профілю зубів шліцьові з'єднання поділя­ються на прямобічні, евольвентні, трапецеїдальні та трикутні (рисунок 1).

Шліцьові з'єднання з евольвентним профілем (рисунок 1б) мають широке використання. Вони:

- здатні передавати значні крутні моменти;

- мають концентрацію напружень біля основи зубів на
10-40 % меншу, ніж при прямобічному (рисунок 1а) профілі;

- мають підвищену циклічну довготривалість;

- забезпечують краще центрування і направлення деталей при з'єднанні;

- більш прості у виготовленні.

Шліцьові з'єднання з трапецеїдальним (рисунок 1в) та трикутним (рисунок 1г) профілем не стандартизовані, переважно їх використовують замість посадок з натягом, а також при тонкостінних втулках для передачі невеликих крутних моментів.

Рисунок 1 - Види шліцьових з'єднань

3 Шліцьові з’єднання з прямобічним профілем зуба: їх розміри і допуски (ГОСТ 1139). Способи центрування.

Рисунок 2 - Схеми центрування прямобічних з'єднань

Центрування по D рекомендується при підвищених вимогах до точності співвісності елементів з'єднання, коли втулку тер­мічно не обробляють, або коли твердість її матеріалу після термічної обробки дозволяє використовувати метод чистового протягування, а для обробки вала - використовувати метод фрезерування до отримання кінцевих розмірів зубів.

Такий спосіб простий і економічний, використовується для нерухомих з'єднань, а також для рухомих, які передають не­значний крутний момент, тобто для з'єднань з малим зношен­ням поверхонь.

Центрування по d використовується в випадках підвищених вимог до співпадання геометричних осей; якщо втулка має ви­соку твердість після термічної обробки, і це не дозволяє обро­бити отвір чистовим протягуванням (отвір шліфують на зви­чайному внутрішньошліфувальному верстаті); коли можуть виникнути значні короблення довгих валів після термічної об­робки.

Спосіб забезпечує точне центрування і використовується пе­реважно для рухомих з'єднань, але значно дорожчий за інші.

Центрування по b використовується при передаванні знако-перемінних навантажень, великих крутних моментів, а також при реверсивному русі.

Цей метод сприяє більш рівномірному розподіленню на­вантаження між зубами, але не забезпечує високої точності центрування. Метод простий і економічний, але застосовуєть­ся рідко.

Допуски і посадки прямобічних шліцьових з’єднань

Для різних способів центрування ГОСТ 1139 встановлює поля допусків і рекомендовані посадки для валів і втулок (таблиця 1).

Посадки шліцьових з'єднань призначають в системі отвору для центруючої циліндричної поверхні та бокових поверхонь впадин втулки і зубів вала (тобто по D і b при центруванні по D ; по d і b і b при центруванні по d; по b при центруванні по b).

Числові значення допусків і основних відхилень для роз­мірів D, d, b, шліцьового з'єднання призначають згідно з ГОСТ 25346.

Сполучення посадок по або по d і b стандартом не рег­ламентовано (встановлюється конструктором).

Допуск і посадки шліцьових з’єднань з евольвентним профілем зуба (ГОСТ 6033) і галузь їх застосування.

Допуски і посадки встановлені в ГОСТ 6033.

При центруванні по бокових поверхнях встановлено два види допусків ширини е впадин втулки і товщини S зуба вала (рисунок 5):

- Т_е(Тs) - допуск власне ширини впадини втулки (товщи­ни зуба вала);

- Т - сумарний допуск, до якого входить також відхилення форми і розташування елементів профілю впадин (зуба).

Відхилення розмірів е та S відраховують від їхнього загаль­ного номінального розміру за дугою ділильної окружності.

Рисунок 4 - Форма зубів і способи центрування евольвентних шліцьових з'єднань

Рисунок 5 - Посадки шліцьових евольвентних з'єднань при центруванні по бокових сторонах зубів b

Для ширини е впадини втулки встановлене одне основне відхилення Н і степені точності 7, 9, 11.

Для товщини S зуба вала встановлені десять основних відхи­лень: а, с, d, f, g, h, k, n, p, r і степені точності 7, 8, 9, 10, 11.

Посадки по бокових поверхнях зубів передбачені тільки в системі отвору.

При центруванні за зовнішнім діаметром встановлені два ряди полів для діаметрів, по яких центрують. Перший ряд є переважним:

- І ряд: для Df- Н7; для d_а - n6;‫ js6; h6; g6; f6

- II ряд: для Df- Н8; для d_а– n6;‫ h6; f6

де Df - діаметр окружності впадин втулки;

d_а- діаметр окружності вершин зубів вала.

4Позначення допусків і посадок шпонкових і шліцьових з’єднань на кресленнях.

Позначення шпонкових з'єднань

На рисунку 4а показаний приклад позначення шпонково­го пазу на кресленні вала, на рисунку 4б - приклад позначен­ня шпонкового вільного з'єднання призматичною шпонкою.

Умовне позначення шпонок призматичних регламентує ГОСТ 23360, наприклад:

1 Шпонка призматична виконання 1, розміри (мм) b х h = 18 х 11, довжина l = 100:

Шпонка 18 х 11 х 100 ГОСТ 23360;

те ж саме 2 (3) виконання:

Шпонка 2 (3) - 18 х 11 х 100 ГОСТ 23360.

Умовне позначення сегментних шпонок:

Сегментна шпонка 1 виконання, перерізом (мм) b х h = 4х 6,5:

Шпонка 4 х 6,5 ГОСТ 24071;

Рисунок 4 - Приклади позначення шпонкових деталей та з'єднань

те ж саме 2 виконання, перерізом: b х h1 = 4 х 5,2 (h1 = 0,8·h):

Шпонка 2 – 4 х 5,2 ГОСТ 24071.

Умовне позначення клинових шпонок виконують за ГОСТ 24068 клинова шпонка 1 виконання (з голівкою) та розмірами b = 18 мм, h = 11 мм,

1 =100 мм:

Шпонка 18 х 11 х 100 ГОСТ 24068;

те ж саме 2 виконання:

Шпонка 2-18 х 11 х100 ГОСТ 24068.

Приклад

Визначити граничні розміри всіх елементів шпонкового з'єднання, накреслити схему розташування полів допусків по ширині шпонки b. Шпонка призматична 50 x 28 х 160, тип з'єднання - вільне, діаметр вала - ǿ220 мм.

1 По ГОСТ для вала вибираємо номінальні розміри елементів шпонкового з’єднання:

розмір шпонки bхhх1_ш= 50x28х 160 мм;

глибина паза: вала t1 = 17,0 мм;

втулки t2 = 11,4 мм.

2 За таблицями визначаємо поля допусків для посадочних розмірів: ширина шпонки b = 50h9(-0,062),

ширина паза: вала b = 50Н9^(+0,062) мм;

втулки b = 50D10 мм.

3 Визначаємо граничні розміри:

ширина шпонки bmax = 50,000; bmin = 49,938 мм;

ширина паза вала Вmax =50,062 мм; Вmin = 50,000 мм;

ширина паза втулки Вmax = 50,270 мм; Вmin 50,170 мм.

4 Визначаємо граничні зазори між шпонкою та пазом вала:

Smax= 50,062 - 49,938 = 0,124 мм; Smin= 50,000 - 50,000 = 0 мм.

5 Визначаємо граничні зазори між шпонкою та пазом втулки:

Smax= 50,270 - 49,938 = 0,332 мм; Smin= 50,170 - 50,000 = 0,170 мм.

6 Вибираємо граничні відхилення непосадочних розмірів:

висота шпонки h = 28h 11(- 0,130) мм;

глибина паза вала t1= 17,0^(+0,2)мм; розмір d - t1= 203,0(-0,2) мм;

глибина паза втулки t2 = 11,4 ' мм; розмір d + t2 = 231,4 ^(+0,2) мм;

довжина шпонки 1 = 160 h 14(-1,00) мм; довжина паза вала 1 = 160Н15 ^(+1,60)

7 Викреслюємо схему розміщення полів допусків (рисунок 5).

Позначення прямобічних шліцьових з'єднань

Шліцьові поверхні зображуються на кресленнях двома ліні­ями: лінія номінального профілю - основною лінією, лінія впа­дин шліців - суцільною тонкою лінією, розташованою з боку матеріалу, на відстані, встановленій масштабом креслення.

Позначення шліцьового з'єднання вказується на поличці лі­нії—виноски, як показано на рисунку 3.

Позначення шліцьових з'єднань складаються:

- з літери, яка позначає поверхню центрування;

- з числа зубів та номінальних розмірів D, d, b з'єднання вала і втулки;

- позначення полів допусків (для деталей) або посадок (для з'єднання) за розмірами D, d, b.

Приклади умовного позначення з'єднання вала і втулки:

- для шліцьового з'єднання з параметрами z=6, d=23мм, D= 26 м b= 6 мм з центруванням по d , з посадками по ; ;

- для отвору цього з'єднання:

d- 6 х 23Н7 х 26Н12 х 6F8,

- для вала:

d- 6 х 23f7 х 26а11 х 6f7.

При центруванні по D і d, поля допусків нецентруючих діа­метрів не вказують, наприклад:

- при центруванні по D з посадками для і

для з'єднання: ;

- те ж саме при центруванні по b: .

Рисунок 3 – Приклад умовного позначення шліцьового валу

Позначення евольвентних шліцьових з'єднань

За стандартом поля допусків розмірів шліцьових евольвен­тних з'єднань при центруванні по бокових поверхнях зубів по­значають цифрою (квалітетом), а за нею - літерою (основне відхилення) для того, щоб відрізнити ці з'єднання від гладких, в яких цифра стоїть після літери.

Позначення евольвентного з'єднання включає:

- номінальний діаметр з'єднання D;

- модуль m;

- позначення посадки з'єднання, розміщене після розмірів центруючих елементів;

- номер стандарту.
Приклади позначення:

1) при центруванні по бокових поверхнях зубів при D= 40 мм, m= 3 мм, посадці

- з'єднання 40хЗх ГОСТ 6033;

- вала 40хЗх7g ГОСТ 6033;

- втулки 40x3x7Н ГОСТ 6033;

2) при центруванні за зовнішнім діаметром при Df= 60 мм,

m = 1,25 мм, посадка :

- з'єднання 60x1,25- ГОСТ 6033;

- вала 60x1,25-f7 ГОСТ 6033;

- втулки 60х1,25-Н7 ГОСТ 6033.

Контроль шліцьових з'єднань

Шліцьові з'єднання контролюють комплексними прохідни­ми калібрами (рисунок 6) та поелементними непрохідними калібрами або на універсальних вимірювальних приладах.

Контроль шліцьового вала або втулки комплексним каліб­ром є достатнім в одному положенні, без переустановлення ка­лібру.

Рисунок 6 - Калібри для контролю шліцьових з'єднань

На рисунку 6а) показані калібри для контролю прямобічних з'єднань; на рисунку 6б) - для контролю евольвент-них з'єднань.

Контроль поелементним непрохідним калібром необхідно виконувати не менше, як в трьох різних положеннях. Якщо калібр проходить хоча б в одному з цих положень, контрольо­вану деталь вважають бракованою.

Допуски калібрів для контролю шліцьових прямобічних з’єднань регламентовані ГОСТ 7951, допуски і види калібрів для контролю шліцьових евольвентних з’єднань ГОСТ24969.

Контрольні запитання для самоаналізу

1 Як вибирають допуски шпонкових з'єднань у залежно­сті від характеру роботи?

2 Зобразити графічно схеми розташування полів допусків шпонкової посадки і показати найбільші і найменші за­зори і натяги між шпонкою і пазами вала і втулки.

3 Чим і як контролюється ширина і глибина пазів дета­лей шпонкового з'єднання ?

4 У залежності від яких факторів вибирають спосіб цент­рування шліцьових сполучень з прямобічним профілем?

5 Перелічити основні елементи шліцьового профілю.

6 Які поля допусків валів і втулок застосовують для шлі­цьових сполучень?

7 Зобразити поля допусків будь-якої шліцьової посадки при центруванні за зовнішнім діаметром і шириною шлі­ців і показати найбільші і найменші зазори (натяги).

8 Особливості центрування і посадки шліцьових сполу­чень з евольвентним профілем.

9 Як умовно позначають шліцьові з'єднання на складаль­ному і робочому кресленнях?

10 Методи контролю шліцьових поверхонь.