Навигация по таблицам
- Таблица 1. Поля допусков для призматических шпонок
- Таблица 2. Поля допусков для сегментных шпонок
- Таблица 3. Рекомендуемые посадки по типам соединений
- Таблица 4. Предельные отклонения для ширины шпонок
- Таблица 5. Допуски на глубину шпоночных пазов
Таблица 1. Поля допусков для призматических шпонок
| Элемент соединения | Размер | Поле допуска | Применение |
|---|---|---|---|
| Шпонка | Ширина b | h9 | Все типы соединений |
| Шпонка | Высота h | h11 (h9 при h=2-6мм) | Все типы соединений |
| Паз вала | Ширина b | H9 | Свободное соединение |
| Паз вала | Ширина b | N9 | Нормальное соединение |
| Паз вала | Ширина b | P9 | Плотное соединение |
| Паз втулки | Ширина b | D10 | Свободное соединение |
| Паз втулки | Ширина b | Js9 | Нормальное соединение |
| Паз втулки | Ширина b | P9 | Плотное соединение |
Таблица 2. Поля допусков для сегментных шпонок
| Элемент соединения | Размер | Поле допуска | Применение |
|---|---|---|---|
| Шпонка | Ширина b | h9 | Все типы соединений |
| Шпонка | Высота h | h11 | Все типы соединений |
| Шпонка | Диаметр D | h12 | Все типы соединений |
| Паз вала | Ширина b | Js9 | Нормальное соединение |
| Паз вала | Ширина b | P9 | Плотное соединение |
| Паз втулки | Ширина b | N9 | Нормальное соединение |
| Паз втулки | Ширина b | P9 | Плотное соединение |
Таблица 3. Рекомендуемые посадки по типам соединений
| Тип соединения | Посадка шпонка-вал | Посадка шпонка-втулка | Условия применения |
|---|---|---|---|
| Свободное | H9/h9 | D10/h9 | Затрудненная сборка, подвижные соединения |
| Нормальное | N9/h9 | Js9/h9 | Стандартные условия работы |
| Плотное | P9/h9 | P9/h9 | Большие нагрузки, реверсивное вращение |
Таблица 4. Предельные отклонения для ширины шпонок (мкм)
| Ширина шпонки, мм | h9 (es/ei) | N9 (ES/EI) | P9 (ES/EI) | Js9 (ES/ei) |
|---|---|---|---|---|
| 3 | 0/-25 | 0/-25 | +17/-8 | +12/-13 |
| 4 | 0/-30 | 0/-30 | +20/-10 | +15/-15 |
| 5 | 0/-30 | 0/-30 | +20/-10 | +15/-15 |
| 6 | 0/-30 | 0/-30 | +20/-10 | +15/-15 |
| 8 | 0/-36 | 0/-36 | +23/-13 | +18/-18 |
| 10 | 0/-36 | 0/-36 | +23/-13 | +18/-18 |
| 12 | 0/-43 | 0/-43 | +27/-16 | +21/-22 |
| 14 | 0/-43 | 0/-43 | +27/-16 | +21/-22 |
| 16 | 0/-43 | 0/-43 | +27/-16 | +21/-22 |
| 18 | 0/-43 | 0/-43 | +27/-16 | +21/-22 |
Таблица 5. Допуски на глубину шпоночных пазов
| Ширина шпонки, мм | Высота шпонки, мм | Глубина паза вала t1, мм | Глубина паза втулки t2, мм | Допуск на t1 | Допуск на t2 |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 | 3 | 1.8 | 1.4 | +0.1/-0 | +0.1/-0 |
| 4 | 4 | 2.5 | 1.8 | +0.1/-0 | +0.1/-0 |
| 5 | 5 | 3.0 | 2.3 | +0.1/-0 | +0.1/-0 |
| 6 | 6 | 3.5 | 2.8 | +0.1/-0 | +0.1/-0 |
| 8 | 7 | 4.0 | 3.3 | +0.2/-0 | +0.2/-0 |
| 10 | 8 | 5.0 | 3.3 | +0.2/-0 | +0.2/-0 |
| 12 | 8 | 5.0 | 3.3 | +0.2/-0 | +0.2/-0 |
| 14 | 9 | 5.5 | 3.8 | +0.2/-0 | +0.2/-0 |
| 16 | 10 | 6.0 | 4.3 | +0.2/-0 | +0.2/-0 |
| 18 | 11 | 7.0 | 4.4 | +0.2/-0 | +0.2/-0 |
Оглавление статьи
- Основные понятия и классификация шпонок
- Системы допусков и посадок в шпоночных соединениях
- Призматические шпонки: допуски и применение
- Сегментные шпонки: особенности и допуски
- Рекомендации по выбору посадок
- Расчеты и примеры определения допусков
- Контроль качества и измерения
Основные понятия и классификация шпонок
Шпоночные соединения представляют собой разъемные соединения деталей машин, предназначенные для передачи крутящего момента между валом и установленной на нем деталью (шкив, зубчатое колесо, муфта и другие). Шпонка служит связующим элементом, который предотвращает относительное проворачивание соединяемых деталей и обеспечивает передачу нагрузки через боковые грани.
По конструктивному исполнению шпонки подразделяются на призматические и сегментные. Призматические шпонки имеют прямоугольное поперечное сечение и являются наиболее распространенным типом благодаря простоте изготовления и надежности в работе. Сегментные шпонки характеризуются полукруглой формой и применяются в случаях, когда требуется упростить изготовление шпоночного паза или когда глубина паза ограничена конструктивными особенностями вала.
Качество шпоночного соединения определяется точностью изготовления сопрягаемых поверхностей, правильностью выбора посадок и соблюдением требований по шероховатости поверхностей. Рабочими поверхностями шпонки являются ее боковые грани, которые передают крутящий момент, тогда как верхняя и нижняя поверхности не несут рабочих нагрузок.
Системы допусков и посадок в шпоночных соединениях
Система допусков для шпоночных соединений основана на принципах единой системы допусков и посадок (ЕСДП) и регламентируется ГОСТ 25347-2013 (действует с 2015 г.), а также ГОСТ Р 55147-2012. Для шпонок применяются поля допусков H9, N9, P9, Js9, которые обеспечивают различные типы соединений в зависимости от условий эксплуатации.
Поле допуска H9 применяется для пазов валов в свободных соединениях и обеспечивает гарантированный зазор с шпонкой. Это поле используется при затрудненной сборке, когда требуется возможность свободного перемещения деталей, а также в соединениях с небольшими нагрузками и низкими требованиями к точности центрирования.
Для посадки H9/h9 при ширине шпонки 14 мм:
- Максимальный зазор: Smax = ES(H9) - ei(h9) = 0 - (-43) = 43 мкм
- Минимальный зазор: Smin = EI(H9) - es(h9) = 0 - 0 = 0 мкм
Поле допуска N9 предназначено для нормальных соединений и создает переходную посадку с шпонкой. Данное поле обеспечивает оптимальное сочетание надежности фиксации и относительной простоты сборки, что делает его наиболее распространенным в машиностроении.
Поле допуска P9 используется для плотных соединений и обеспечивает переходную посадку с возможными небольшими натягами. Такие соединения применяются при больших нагрузках, реверсивном вращении и когда требуется исключить любое перемещение шпонки в процессе эксплуатации.
Поле допуска Js9 является симметричным относительно номинального размера и применяется для пазов втулок в нормальных соединениях. Симметричность поля обеспечивает равновероятность получения зазоров и натягов при сборке, что способствует лучшему центрированию деталей.
Призматические шпонки: допуски и применение
Призматические шпонки регламентируются ГОСТ 23360-78 и представляют собой прямоугольные призмы с закругленными торцами. Стандарт устанавливает три исполнения призматических шпонок, различающихся по высоте при одинаковой ширине, что позволяет выбирать оптимальное соотношение прочности соединения и глубины ослабления вала.
По ширине все призматические шпонки изготавливаются с полем допуска h9, что обеспечивает их взаимозаменяемость и возможность централизованного производства из калиброванного проката. Высота шпонки выполняется с полем допуска h11, за исключением малых шпонок высотой от 2 до 6 мм, для которых применяется более точное поле h9.
Шпонка 16×10×80 ГОСТ 23360-78
где: 16 — ширина, 10 — высота, 80 — длина в миллиметрах
Для призматических шпонок предусмотрены три типа соединений. Свободные соединения (H9/h9 для вала, D10/h9 для втулки) обеспечивают легкую сборку и возможность осевого перемещения деталей. Такие соединения применяются при переменных нагрузках, когда требуется компенсация температурных деформаций или когда сборка производится в неудобных условиях.
Нормальные соединения (N9/h9 для вала, Js9/h9 для втулки) являются основным типом для большинства применений в машиностроении. Они обеспечивают надежную передачу крутящего момента при относительной простоте сборки и представляют оптимальный компромисс между точностью и технологичностью.
Плотные соединения (P9/h9 для обоих пазов) применяются в ответственных узлах при больших нагрузках, ударном характере работы и реверсивном вращении. Такие соединения требуют более точной обработки и могут потребовать применения специальных приспособлений при сборке.
Сегментные шпонки: особенности и допуски
Сегментные шпонки, регламентируемые ГОСТ 24071-97, имеют полукруглую форму и характеризуются тем, что паз под них выполняется простым концевым фрезерованием. Это значительно упрощает технологию изготовления пазов, особенно в условиях мелкосерийного и единичного производства.
Конструктивной особенностью сегментных шпонок является то, что глубина паза в валу значительно больше высоты самой шпонки, что несколько снижает прочность вала на кручение по сравнению с призматическими шпонками. Однако простота изготовления и возможность использования стандартных концевых фрез делают их привлекательными для многих применений.
По ширине сегментные шпонки также изготавливаются с полем допуска h9, обеспечивая единообразие системы допусков для всех типов шпонок. Высота выполняется с полем допуска h11, а диаметр исходного контура — с полем h12, что учитывает большую сложность контроля этого размера.
Выбор размеров сегментных шпонок производится на основании диаметра вала по специальным таблицам, приведенным в стандарте. Предусмотрены две серии размеров: первая — для передачи крутящего момента, вторая — для фиксации положения деталей при передаче момента за счет сил трения в посадке.
Контроль размеров сегментных шпонок требует специальных измерительных средств, особенно для проверки диаметра исходного контура. В производственных условиях часто применяются специальные шаблоны и контрольные приспособления, обеспечивающие быструю и точную проверку соответствия размеров требованиям стандарта.
Рекомендации по выбору посадок
Выбор посадки для шпоночного соединения определяется характером нагрузки, условиями эксплуатации, требованиями к точности центрирования и технологическими возможностями производства. Правильный выбор посадки обеспечивает надежность работы соединения и исключает преждевременный износ или поломку элементов.
Свободные соединения рекомендуются при действии равномерных нереверсивных нагрузок, когда требуется возможность осевого перемещения деталей или когда условия сборки затруднены. Такие соединения также применяются в подвижных соединениях при легких режимах работы, например, в механизмах ручного управления или вспомогательном оборудовании.
- Величина передаваемого момента
- Характер нагрузки (постоянная, переменная, ударная)
- Частота вращения
- Требования к точности центрирования
- Условия сборки и эксплуатации
Нормальные соединения являются основным типом для большинства механических передач в машиностроении. Они обеспечивают надежную передачу крутящего момента при умеренных и средних нагрузках, характерных для редукторов, коробок передач, насосов и другого промышленного оборудования. Посадка N9/h9 для вала обеспечивает надежное закрепление шпонки, а Js9/h9 для втулки — относительную легкость сборки.
Плотные соединения применяются в тяжелонагруженных узлах, где действуют большие крутящие моменты, ударные нагрузки или происходит реверсивное вращение. Такие условия характерны для главных передач транспортных машин, приводов прокатных станов, дробильного оборудования и других механизмов с тяжелыми условиями эксплуатации.
При выборе посадки необходимо учитывать также материалы сопрягаемых деталей. Если втулка изготовлена из мягких материалов (алюминиевые сплавы, пластмассы), рекомендуется применение более свободных посадок во избежание деформации материала при сборке. Наоборот, для высокопрочных материалов можно применять более плотные посадки.
Расчеты и примеры определения допусков
Расчет допусков в шпоночных соединениях основывается на определении предельных отклонений размеров согласно ГОСТ 25347-2013 и ГОСТ Р 55147-2012, а также ГОСТ 25346-89 (общие положения ЕСДП), и последующем вычислении зазоров или натягов в соединении. Правильный расчет обеспечивает предсказуемую работу соединения и возможность контроля качества изготовления.
Исходные данные:
- Ширина шпонки: 14 мм
- Поле допуска шпонки: 14h9
- Поле допуска паза вала: 14N9
- Поле допуска паза втулки: 14Js9
Предельные отклонения:
- Шпонка 14h9: es = 0, ei = -43 мкм
- Паз вала 14N9: ES = 0, EI = -43 мкм
- Паз втулки 14Js9: ES = +21, EI = -22 мкм
Расчет посадки шпонка-вал (N9/h9):
- Smax = ES(N9) - ei(h9) = 0 - (-43) = 43 мкм
- Nmax = es(h9) - EI(N9) = 0 - (-43) = 43 мкм
Результат: переходная посадка с возможными зазорами до 43 мкм или натягами до 43 мкм
При расчете посадок необходимо учитывать влияние шероховатости поверхностей и отклонений формы на фактические зазоры и натяги. Микронеровности поверхности могут составлять значительную долю от расчетных зазоров, особенно в точных соединениях, поэтому требования к шероховатости устанавливаются в зависимости от класса точности соединения.
Расчет допусков на глубину пазов производится отдельно и зависит от ширины шпонки. Глубина паза вала t1 и втулки t2 определяется из условия обеспечения необходимой площади контакта для передачи заданного крутящего момента при допустимых напряжениях смятия материала.
Для контроля качества изготовления используются предельные калибры, размеры которых рассчитываются с учетом допусков на изготовление самих калибров. Исполнительные размеры проходных и непроходных калибров определяются по специальным формулам, обеспечивающим надежное разделение годных и бракованных деталей.
Контроль качества и измерения
Контроль качества шпоночных соединений включает проверку размеров шпонок, размеров и формы шпоночных пазов, а также контроль шероховатости рабочих поверхностей. Для каждого типа контролируемого параметра применяются специфические измерительные средства и методы.
Размеры шпонок контролируются универсальными измерительными инструментами: штангенциркулями, микрометрами, измерительными машинами. Особое внимание уделяется контролю ширины шпонки, которая является основным посадочным размером. Для массового производства применяются предельные скобы, обеспечивающие быстрый и надежный контроль.
Контроль шпоночных пазов осуществляется специальными калибрами-пластинами для проверки ширины паза и глубиномерами для контроля глубины. Калибры-пластины изготавливаются как проходные и непроходные, что позволяет надежно контролировать размеры паза в условиях производства.
- Рабочие грани пазов: Ra = 2.5...3.2 мкм
- Дно паза: Ra = 6.3 мкм
- Поверхности шпонки: Ra = 2.5...6.3 мкм
Контроль формы и расположения шпоночных пазов включает проверку параллельности боковых стенок паза, перпендикулярности дна паза к оси вала, симметричности паза относительно диаметральной плоскости. Для этих целей применяются специальные приспособления и измерительные устройства, обеспечивающие требуемую точность измерений.
В условиях автоматизированного производства широко применяются координатно-измерительные машины, позволяющие комплексно контролировать все параметры шпоночного соединения. Современные измерительные системы обеспечивают не только контроль размеров, но и статистическую обработку результатов измерений для управления технологическим процессом.
Приемочный контроль готовых изделий включает проверку сборки шпоночного соединения, отсутствия заеданий при относительном перемещении деталей (для подвижных соединений), а также испытания на передачу номинального крутящего момента без проскальзывания или разрушения элементов соединения.
