Как сделать шпоночный паз на валу

Вал со шпонкой чертеж

Шпоночное соединение – разновидность соединения, состоящего из шпонки на валу и ступицы. Шпонкой называется деталь, которая соединяет узлы путем установки в пазы. Основной ее функцией является передача вращающего момента между узлами. Существует определенная стандартизация их разновидностей. Шпонка имеет специальные пазы, вырезанные путем фрезерования.

Шпонка. Шпоночный паз. Виды, размеры и предельные отклонения.

Шпоночный материал предназначен для передачи крутящего момента с одной детали на другую. Препятствует вращению одной детали относительно другой. В зависимости от диаметра вала, на которые подгоняется шпонка, будет меняться её ширина и высота, а на валу – глубина шпоночного паза.
Шпоночные пазы на валу делают на фрезерном станке, а на другой детали, которая садится на вал (зубчатое колесо, втулка, полумуфта, муфта и т.д.) на долбежном станке (смотрите видео). Также возможно изготовление шпоночного паза на токарном станке (смотрите видео).

Существует несколько видов шпонок: призматические, клиновые, сегментные, цилиндрические и тангенциальные. Они могут быть как открытого, так и закрытого типа. Все они изготавливаются согласно стандартам ГОСТ, которые устанавливают размеры и предельные отклонение шпоночных пазов и шпонок:

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.

Материалом для шпонок могут служить различные сорта стали, чаще всего это углеродистые стали (Ст45, Ст60). Одним из главных условий, предъявляемых к шпонкам, является симметричность всех её боковых стенок, а также недопустима подгонка шпонки с заусеницами и забоинами.

Одним из главных плюсов шпонки является простота конструкции, надёжность и небольшая стоимость. Сборка такого рода соединения не занимает много времени.

Ниже вы можете ознакомится с таблицами размеров и предельных отклонение шпоночных пазов и шпонок.

Из чего сделать шпонку на вал

Шпоночное соединение – разновидность соединения, состоящего из шпонки на валу и ступицы. Шпонкой называется деталь, которая соединяет узлы путем установки в пазы. Основной ее функцией является передача вращающего момента между узлами. Существует определенная стандартизация их разновидностей. Шпонка имеет специальные пазы, вырезанные путем фрезерования.

Фрезерование пазов – как качественно выполнить операцию?

Фрезерование пазов – ответственная процедура, точность и правильность ее выполнения напрямую влияет на надежность и качество сопряжений в различных механических устройствах, где используются шпонки.

Технология фрезерования пазов, канавок, уступов и разрезания заготовок фрезой

Для обработки пазов фрезерованием подбирают инструмент, форма которого соответствует форме будущего паза: как правило, это фасонные, концевые, дисковые фрезы (рис. 1).

Рис. 1. Схемы фрезерования прямоугольных и фасонных пазов:

а – дисковые трехсторонние фрезы; б – дисковые пазовые или концевые фрезы; г – концевые фрезы; D_r – направление вращения фрезы

Точность при фрезеровании пазов имеет немаловажное значение – пазы являются важным соединительным элементом при различных способах крепления деталей в узлах машин и механизмов. Пазы-выемки могут иметь различную форму (плоскую, фасонную, сквозную, замкнутую, внутреннюю и др.), а также в сечении представлять собой:

• прямоугольник;
• сегмент;
• «ласточкин хвост»;
• Т-образную геометрическую фигуру и др.

Вертикальные фрезерные станки относятся к категории универсальных, обладающих широкими возможностями обработки поверхностей плоской и фасонной формы. Замкнутые пазы на станках этого типа обрабатываются с применением концевых фрез с цилиндрическим или коническим хвостовиком, в зависимости от патрона станка. На заготовке выполняется разметка будущего паза, после этого ее закрепляют в тисках, установленных на столе станка. Диаметр фрезы не должен превышать ширину паза. Параметры резания обеспечиваются за счет продольного и вертикального перемещения стола станка, на котором установлена обрабатываемая деталь. Обработка паза по длине происходит при продольном движении стола. Обеспечение заданной чистоты поверхности боковых сторон выемки-паза происходит в несколько проходов фрезы.

Наиболее простая форма пазов – сквозная прямоугольная. Для их обработки лучше использовать дисковые пазовые и трехсторонние (рис. 1, а), а также концевые фрезы (рис. 1, б). Точность резания обеспечивается за счет правильного подбора ширины дисковой фрезы (диаметра концевой фрезы). Фрезерование проводится в несколько проходов, указанные параметры инструментов не должны превышать размеров паза. Следует учитывать, что для осуществления резания необходимо, чтобы винтовые канавки концевой фрезы имели направление, противоположное направлению ее вращения.

Криволинейные профили пазов обрабатывают за один проход фрезы, регулируя направление движения рабочего стола станка в соответствии с вырезаемым профилем. Для повышения точности обработки следует выбирать минимальную скорость подачи, работая при максимальной глубине посадки инструмента.

Пазы со специальным профилем «Т-образным» и «ласточкин хвост» обрабатываются на вертикальных и горизонтальных фрезерных станках. Для обработки применяют фасонные фрезы соответствующего профиля (Т-образные и угловые). Скорость подачи инструмента при этом невелика – не более 0,03 мм/зуб, при скорости резания от 20 до 25 м/мин. В первом случае для обработки достаточно трех проходов инструмента, во втором – двух.

Шпоночный паз: размеры по ГОСТ

Как средство для передачи вращения шпонка используется повсеместно. На первый взгляд здесь нет ничего сложного: вырезал шпоночный паз, вставили, узел готов. Почему шпоночное соединение, несмотря на довольно устаревшую технологию, не потеряло своей актуальности?

Как сделать шпоночный паз в глухом отверстии

Прежде чем определять разновидности шпонок стоит отметить, что при изготовлении данного продукта используют следующие виды марок металла:

• сталь 45
• сталь 50
• сталь 60

Итак, выделяют 5 разновидностей шпонок:

1. клиновая
2. призматическая
3. сегментная
4. цилиндрическая
5. тангенциальная

Далее, уже продолжим рассматривать конструкцию, назначение и применение вышеуказанных разновидностей стального материала.

4.1. Сборка и разборка шпоночных, шлицевых соединений

Шпоночные соединения передают вращающий момент от вала к колесу и служат для закрепления на валах и осях различных деталей машин – зубчатых колёс, муфт, шкивов. Образуются посредством шпонки, установленной в сопряжённые пазы вала и колеса.

Шпонка имеет вид призмы, клина или сегмента, реже применяются шпонки других форм. Шпоночные соединения:

• просты;
• надёжны;
• удобны в сборке и разборке;
• дёшевы.

• ослабляют сечение валов и ступиц колёс;
• концентрируют напряжения в углах пазов;
• нарушают центрирование колеса на валу (для этого приходится применять две противоположные шпонки).

Виды шпоночных соединений:

• ненапряжённые – призматические или сегментные шпонки, передают момент боковыми гранями;
• напряжённые – клиновые шпонки, передают момент за счёт сил трения по верхним и нижним граням;
• тангенциальные – состоят из двух клиньев с одинаковым уклоном, составленных так, что рабочие грани их взаимнопараллельны.

Шпонки всех основных типов стандартизованы.

Для призматических шпонок стандарт указывает ширину и высоту сечения. Глубина шпоночного паза в валу принимается как 0,6 от высоты шпонки. Призматические и сегментные шпонки всех форм испытывают смятие боковых поверхностей и срез по средней продольной плоскости:

σ_смят = 2 × M_вращ / (0,4 × h × d × l ≤ [σ]_смят;
τ_срез = 2 × M_вращ / (b × d × l ≤ [τ]_срез,

где h – высота сечения шпонки, d – диаметр вала, b – ширина сечения шпонки, l – рабочая длина шпонки (участок, передающий момент).

Исходя из статистики поломок, расчёт на смятие проводится как проектный. По известному диаметру вала задаются стандартным сечением призматической шпонки и рассчитывают рабочую длину. Расчёт на срез – проверочный. При невыполнении условий прочности увеличивают рабочую длину шпонки.

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.

1 Виды шпоночных пазов и требования к их обработке

Соединения шпоночного типа можно встретить в самых разных устройствах. Чаще всего они применяются в машиностроительной отрасли. Шпонки для таких сопряжений бывают клиновыми, сегментными и призматическими, реже встречаются изделия с другими видами сечений.

Шпоночные пазы принято подразделять на следующие типы:

• с выходом (иначе говоря – открытые);
• сквозные;
• закрытые.

Любые из этих пазов необходимо фрезеровать максимально точно, так как от качества проведенной операции зависит надежность посадки изделий, сопрягаемых с валом, на шпонку. Квалитет точности пазов после обработки должен иметь такие показатели:

• 8 класс точности – длина;
• 5 класс – глубина;
• 3 либо 2 класс – ширина.

Квалитет точности должен соблюдаться неукоснительно. В противном случае после фрезерования придется выполнять трудоемкие и очень сложные работы по подгонке, в частности, подпиливание сопрягаемых элементов конструкции либо непосредственно шпонок.

Нормативные документы выдвигают строгие требования к точности расположения шпоночного паза, а также величине шероховатости его поверхности.

Квалитет шероховатости стенок (боковых) паза не может быть ниже пятого класса, а его грани обязаны размещаться абсолютно симметрично по отношению к проходящей через ось вала плоскости.

Обработка канавок

Особую сложность представляют собой операции фрезерования угловых канавок при изготовлении режущего инструмента. В каждом отдельном случае – при расположении канавок в торце, на цилиндрической или конической части заготовок – следует выбирать специальную конфигурацию фрез (одно- или двухугловых).

Перед фрезерованием канавок, расположенных на цилиндрической части заготовки с передним углом γ= 0°, положение одноугловой фрезы выставляют по угольнику (рис. 2, а). Вершины зубьев фрезы должны касаться наружной диаметральной поверхности заготовки. После этого вершины зубьев инструмента смещают в поперечном направлении на расстояние, равное половине диаметра заготовки. Можно предварительно отметить на торце заготовки эту линию, находящуюся на вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось заготовки (рис. 2, б).

Рис. 2. Схема установок фрез при фрезеровании канавок режущих инструментов:

а, б, в, г – переходы при наладке станка; D – диаметр заготовки; h – глубина фрезерования; x – смещение торца фрезы относительно осевой плоскости заготовки

Если предстоит обработка угловых канавок с передним углом γ˃0, торец одноугловой фрезы располагают на удалении x от диаметральной плоскости (рис. 2, в). Искомое удаление определяется по формуле, где D – диаметр заготовки:

где D – диаметр заготовки

При обработке угловых канавок двухугловой фрезой, инструмент устанавливают по угольнику аналогично вышеизложенному, затем смещают вершины его зубьев на расстояние x (рис. 2, г), формула которого:

x = D/(2sin(γ+δ) – hsinδ/cosγ),

где D – диаметр заготовки, h – глубина канавки, δ – угол рабочей фрезы, γ – передний угол фрезы. Для нулевого значения γ формула выглядит:

Для осуществления обработки двухугловой фрезой используют закрепление заготовки:

• на оправке – в центрах станка, с использованием делительной головки;
• непосредственно в центрах станка, с использованием делительной головки.

Таким же образом, при помощи двухугловых фрез нарезаются канавки на конической поверхности заготовок. Для закрепления заготовок используют трехкулачковые патроны. Возможно также крепление заготовок, установленных в оправке, в делительной головке шпинделя станка, или в центрах делительной головки и задней бабки (если задана небольшая конусность).

Шпоночные соединения

Шпонка представляет собой некую деталь, являющуюся промежуточным звеном для передачи вращательного момента вала ступице. Данный процесс осуществляется за счет образования напряжения смятия шпоночных пазов. Именно по этой причине шпоночные соединения относят к группе жесткого способа передачи вращения.

В большинстве случаев шпонками пользуются в низко нагруженных изделиях. Преимущественно для деталей мелкой серии. Происходит это из-за малой несущей нагрузки шпонок, причина которой кроется в наличии следующих недостатков:

• Шпоночные пазы уменьшают поперечную площадь вала, что отрицательно влияет на его прочностные характеристики. Особенно это имеет сильный эффект на пустотелых валах с отношением внутреннего и наружного радиусов 0,6. Изготовление шпоночных пазов в таких условиях является неприемлемым.
• Форма паза отличается резкими переходами, что служит причиной образования концентраторов напряжения. Все это заметно снижает устойчивость соединения к циклическим нагрузкам.
• Достаточно низкая технологичность.

Несмотря на все вышеуказанные недочеты шпонки все равно активно применяются в отраслях машиностроения из-за упрощенной конструкции и низкой стоимости. Но на массовом и крупносерийном производстве высоко ответственных деталей шпонки уступили более совершенным во всех планах шлицевым соединениям.

Обработка шпоночных пазов

Для нарезки шпоночных пазов (сквозных, открытых, полузакрытых или закрытых) заготовки устанавливаются в призмах (в зависимости от длины детали выбираются одна или две призмы для крепления). В конструкции основания призмы предусмотрен специальный шип, который фиксирует призму в пазу стола станка (рис. 3). Форма пазов может быть различной, в соответствии с формой шпонок, в том числе:

• призматической;
• клиновой;
• сегментной и пр.

Рис. 3. Установка призмы на столе станка

Открытые пазы, расположенные по окружности, удобно нарезать с помощью дисковых фрез. Радиус дисковой фрезы подбирается в соответствии с радиусом вырезаемой канавки-паза.

При расположении паза вдоль оси детали используют пазовые затылованные, концевые (шпоночные) фрезы. При необходимости нарезания сегментных пазов работы ведутся при помощи концевых и насадных фрез, с использованием вертикальных и горизонтальных фрезерных станков. Движение заготовки – продольное, фрезы – радиальное, по направлению к центру детали (рис. 4).

Рис. 4. Фрезерование шпоночных пазов:

а – дисковыми фрезами с вертикальным или поперечным движение подачи; б – шпоночными фрезами с маятниковым движением подачи; D_r – направление движения резания; h – глубина фрезерования; Da – диаметр концевой фрезы; t- припуск, снимаемый за один проход инструмента

Расстояние S, преодолеваемое шпоночной фрезой, должно быть не более чем 0,02-0,04 мм/зуб при скорости V не более 15-20 м/мин Для дисковых пазовых фрез, соответственно, 0,03-0,06 мм/зуб и 25-40 м/мин.

Точное фрезерование шпоночных пазов может быть получено с использованием шпоночно-фрезерных станков. Глубина фрезерования при обработке на таком специальном оборудовании составляет от 0,2 до 0,4 мм. Обработка паза ведется в два прохода при одинаковой глубине резания, в прямом и обратном направлении. Такой способ фрезерования получил название маятникового.

Обозначения на чертежах

На чертежах обозначение призматических шпонок происходит исходя из нормативного документа ГОСТ. Они делятся на шпоночные пазы: высокие, нормальной высоты и направляющие. Рабочими гранями у них являются боковые.

На сборочном чертеже обозначение выполняется с учетом диаметра вала, крутящего момента, сечения и длины.

Шпонка 3–20Х12Х120 ГОСТ 23360-78;
Где 3 – исполнение, 20Х12 – сечение, 120 – длина.

Обозначение остальных типов шпонок на изображениях выполняется таким же образом, исходя из соответствующих ГОСТов, разработанных для каждой отдельной модели.
Указанное обозначение должно четко характеризировать деталь, что очень важно для получения надежного соединение. Ведь даже малейший зазор может стать причиной быстрого износа рабочих узлов и потери эффективности во время работы.

3 Особенности обработки шпоночных уступов и пазов

Фрезерование элементов шпоночного соединения производится на валах. Для удобного крепления заготовок валов используют призму – специальное приспособление, облегчающее процесс обработки. Если вал имеет большую длину, применяют две призмы, если небольшую – достаточно и одной.

Призматическое приспособление для уступов и пазов должно располагаться максимально точно. Этого добиваются за счет наличия в его основании шипа, который вводится в паз рабочего стола. Для закрепления валов используют прихваты. Они опираются непосредственно на вал, что исключает вероятность прогиба последнего. Обычно под прихваты укладывают латунную либо медную (небольшую по толщине) пластинку. Она предохраняет готовую поверхность изделия от повреждений.

Крепление валов выполняют в обычных тисках, которые монтируют на стол так, чтобы их можно было развернуть на 90 градусов. За счет возможности поворота тиски без проблем устанавливают на вертикально- и горизонтально-фрезерные агрегаты.

На призме вал фиксируется губками (посредством маховичка его зажимают), вращающимися вокруг пальцев. Описываемое приспособление для обработки уступов и шпоночного паза имеет в своей конструкции упор. Он позволяет монтировать вал по длине.

Чаще всего применяются призмы с магнитом (оксидно-бариевым) постоянного действия. Призматический корпус сделан из двух частей. Между этими половинками и устанавливается магнит. Как видим, приспособление для фрезерования уступов и шпоночных соединений выполнено достаточно просто, но при этом гарантирует эффективную обработку изделий.

Как фрезеровать уступы

Формирование уступов на заготовках различных деталей может успешно выполняться на вертикальных и горизонтальных фрезерных станках. Технологической картой изготовления деталей могут быть предусмотрено использование различных видов фрез, в зависимости от требуемой формы и размеров детали, площади ее поверхности. При значительных размерах обрабатываемой поверхности предпочтение отдается торцовым фрезам (рис. 5, г). В остальных случаях применяют дисковые, а также концевые фрезы. Для одновременной обработки двух уступов на одной детали используют комплект из дисковых фрез, установленных на одной цилиндрической оправке (рис. 5, а-в).

Дисковую фрезу необходимо подбирать таким образом, чтобы ширина обрабатываемого уступа была меньше ширины фрезы на 5-6 мм, это облегчит обработку и обеспечит расчетную точность поверхности.

Рис. 5. Схема обработки уступов:

а – дисковыми фрезами; б – концевыми фрезами; в – набором фрез; г – торцовыми фрезами; D_r – направление движения резания

Дисковую фрезу с крупными (или нормальными) зубьями используют для фрезерования материалов, легко поддающихся обработке. В этом случае можно задавать большую глубину резания. Детали из труднообрабатываемых материалов фрезеруют с использованием инструмента с мелкими или нормальными зубьями.

В случаях, когда два уступа расположены на детали симметрично, их можно обработать поочередно, используя станки с двухпозиционными поворотными столами. Для этого, обработав первый уступ, стол разворачивают вместе с закрепленной на нем деталью на 180° и обрабатывают следующий уступ.

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.

4 Как фрезеруют закрытые пазы?

Обработка пазов закрытого типа осуществляется на горизонтально-фрезерных агрегатах. Для работы используется описанное выше приспособление, которое снабжается призмами либо самоцентрирующимися тисками. Установка валов на них производится стандартным образом.

Кроме того, существует еще один вариант установки валов. Специалисты называют его “монтажом по яблочку”. В этом случае вал размещается по отношению к рабочему инструменту (концевая либо шпоночная фреза для уступов и пазов) на глаз. Затем запускают режущее приспособление и аккуратно подводят его к валу до момента их взаимодействия.

При контакте фрезы и вала на последнем остается слабый след рабочего инструмента. Когда след получается в виде неполного круга, стол требуется слегка сместить. Если же рабочий видит перед собой полный круг, никаких дополнительных действий производить не нужно, можно начинать фрезерование.

Закрытые пазы, которые впоследствии слегка пригоняются, обрабатывают по двум разным схемам:

1. Врезанием фрезы (ручная операция) на всю глубину уступа и механической подачей в продольном направлении.
2. Ручным врезанием инструмента на заданную глубину и механической продольной подачей в одну сторону, а затем еще одним врезанием и подачей, но уже в противоположную сторону.

Первая методика обработки уступов и пазов используется для фрез сечением 12–14 мм. В остальных случаях рекомендована вторая схема.

Отрезка заготовок. Нарезание глубоких пазов

Отрезку частей заготовок и нарезание глубоких пазов проводят с использованием отрезных (прорезных) фрез. При выполнении этих операций следует помнить, что выбор тонкой фрезы большого диаметра может привести к искривлению и нарушению формы отрезаемой заготовки. Это связано с уменьшенной жесткостью фрезы, поэтому при подборе отрезного (прорезного) инструмента следует отдавать предпочтение инструменту с минимально возможным диаметром. Учитывается при этом и скорость резания, различная для разрезания заготовок из различных материалов. Так, для резки стальных деталей скорость резания составляет от 24 до 60м/мин, для серого чугуна – от 12 до 65 м/мин, для ковкого чугуна – от 27 до 75 м/мин.

Крепят детали при разрезании, как правило, в тисках. Листовой металл разрезают с использованием подачи S от 0,01 до 0,08 мм/зуб. Материал фрезы – быстрорежущая сталь.

Маркировка

Обозначение шпоночного крепления вала на ступице покажем на примерах. Шпонка призматическая с шириной 18 мм, высотой 11 мм и длиной 50 мм маркируется:

Шпонка 18х11х50 ГОСТ 8789-68

Стоит заметить, что посадочные размеры пазов отличаются. Их значения находятся в соответствующих стандартах шпоночных соединений.

Таблица 1. Размеры и предельные отклонения призматических шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 23360-78.

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.

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.

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.

5 Тонкости обработки открытых и сквозных пазов и уступов

Такие элементы фрезеруют только после того, как все работы по их цилиндрической поверхности полностью завершены. Дисковый инструмент применяют в ситуациях, когда радиусы фрезы и канавки одинаковые.

Обратите внимание – эксплуатация фрез допускается до некоторого момента. При каждой новой заточке инструмента его ширина становится меньше на определенную величину. После нескольких таких операций фрезы становятся негодными для работы с пазами, их можно использовать для выполнения других операций, которые не выдвигают высоких требований к геометрическим параметрам по ширине.

Рассмотренное ранее приспособление подходит для обработки уступов и пазов сквозного и открытого типа. Здесь важно обеспечить правильную установку режущего инструмента на оправку. Монтаж нужно производить так, чтобы биение фрезы по торцу было как можно меньшим. Заготовка фиксируется в тисках с накладками (латунь, медь) на губках.

Точность монтажа фрезы проверяют штангенциркулем и угольником. Процесс выглядит следующим образом:

• инструмент ставят поперечно со стороны конца вала, который выступает из тисков, на заданную заранее дистанцию;
• при помощи штангенциркуля проверяют правильность выставленной дистанции;
• с другого конца вала устанавливают угольник и опять выполняют проверку.

Совпадение результатов замеров говорит о том, что фреза смонтирована правильно.

Добавим, что сегментные шпонки обрабатываются специальными фрезами (насадными либо хвостовыми). Двойной радиус канавок таких шпонок определяет диаметр инструмента, который можно использовать для фрезерования. При выполнении таких работ подача выполняется вертикально (по отношению к оси вала – в перпендикулярном направлении).

6 Шпоночно-фрезерные агрегаты для обработки валов

Если пазы должны иметь максимально точную ширину, их обработку следует выполнять на специальных шпоночных станках. Они работают шпоночным двузубым режущим инструментом, а подача на таких агрегатах выполняется по маятниковой схеме.

Шпоночно-фрезерное станочное оборудование обеспечивает обработку паза по всей его протяженности при врезании рабочего инструмента на глубину от 0,2 до 0,4 миллиметров. Причем фрезерование проводится дважды (врезание и подача в одну сторону, затем – те же операции в обратную сторону).

Описываемые станки оптимальны для массового и серийного изготовления шпоночных валов. Работают они в автоматическом режиме – после обработки изделия подача бабки в продольном направлении отключается автоматически и шпиндельный узел перемещается в начальное положение.

Кроме того, данные агрегаты гарантируют высокую точность получаемого паза, а фреза по периферии почти совсем не изнашивается, так как фрезерование ведется ее торцовыми частями. Минусом применения такой технологии считается ее длительность. Стандартная обработка пазов за два или один проход осуществляется в несколько раз быстрее.

Размеры пазов при использовании шпоночно-фрезерного оборудования контролируется либо калибрами, либо измерительным штрих-инструментом. В качестве калибров применяют круглые пробки. Замеры при помощи штангенглубиномера и штангенциркуля выполняются стандартно (устанавливается сечение, ширина, длина, толщина паза).

На современных предприятиях активно эксплуатируются два шпоночных станка: 6Д92 – для обработки концевым немерным инструментом закрытых пазов, и МА-57 – для фрезерования трехсторонним инструментом открытых пазов. Эти агрегаты, как правило, интегрируют в автоматизированные технологические линии.

Определение указанных соединений

Как уже было сказано выше, шпонки в основном изготавливаются из качественных и прочных сталей среднеуглеродистых (55, 50, 45). Для повышения прочности данной детали заготовки для них обычно подвергаются термической обработке, которая улучшает их качество.

Когда разрабатывают шпоночное соединение, чертеж которого предварительно составляют, то высоту и ширину данной детали используют по стандарту ГОСТ 2336–7, учитывая при этом диаметр используемого вала. В данном случае ничего нет сложного. Длину шпонки берут в зависимости от используемой ступицы. Сравнивают это с нормами соответствующего стандарта. Правильность выбора определенных параметров шпонки проверяют, применяя немаловажный расчет шпоночного соединения на прочность. В данном вычислении нет ничего сложного. Например, условием прочности в данном случае является следующая формула:

Здесь F1 – параметр окружной силы на шкиву (Н). Асм является площадью смятия (мм²). Определяется данное значение следующей формулой: (0,94h-t1)lp.

В данном случае lp=l-в является рабочей длиной шпонки с торцами скругленными. Измеряется данный параметр в миллиметрах. l – это полная шпоночная длина.

Значения в, h, t1 являются стандартными размерами по ГОСТ 23360 – 78.

– параметр допускаемого напряжения на смятие (Н/мм²). При использовании чугунной ступицы принимается в определенном пределе: 55…95 Н/мм².

Рабочую длину шпонки рассчитывают следующим образом:

Определение площади смятия:

Асм = (0,94·6 – 3,5)·26 = 55,64 мм².

Величину F1 принимаем по полученным измерениям. В данном случае F1=1200 H.

В результате этого вычисление расчетного напряжения будет выглядеть так:

σсм = 1200/55,64 = 21,56 Н/мм².

Это указывает на выполнение условия прочности:

σсм = 21,56 < ( 55…95 Н/мм²).

Особенности изображения шпоночного соединения

1. Если вал непустотелый, то в продольном разрезе выполняют вблизи установки шпонки местный разрез вала (рис. 8, 9, 10).

При этом необходимо соблюдать следующее: – линия обрыва должна начинаться и заканчиваться на внешнем очерке вала, – начало и конец линии обрыва не должны совпадать с точками пересечения других линий, – линия обрыва не должна совпадать с любыми другими линиями.

2. При изображении шпоночного соединения в поперечном разрезе зазоры между нерабочимиповерхностями: днищем паза втулки и плоской выступающей поверхностьюпризматической и сегментной шпонки (рис.8, 9), и боковыми поверхностями клиновой шпонки и паза на валу (рис.10) – показывают увеличенными, так чтобы между линиями, являющимисяпроекциями этих поверхностей было расстояние не менее 0,8 мм .

3. Не показывают разницу длин призматической шпонки и шпоночного паза на валу (рис.8).

От чего зависит надежная фиксация шпонки шкива коленвала в механизме автомобиля?

Тут все зависит от того, кто устанавливает шпонку в машине, насколько правильно и профессионально этого выполняется. Кроме того многое зависит и от качества самой шпонки. Нельзя ни в коем случае заменять шпонку другими кустарными запчастями и мудрить что-то свое и нестандартное.

Шпонка может быть заменена в машине исключительно такой же оригинальной деталью, которую рекомендует производитель данного автомобиля. Кроме того целостность шпонки должен регулярно проверять сам владелец машины. Это позволит своевременно выявить проблему и избежать многих еще более неприятных поломок в дальнейшем.

Государственные стандарты

При создании шпонок применяются определенные стандарты. В большинстве случаев производство проводится по ГОСТ 23360-78. Среди особенностей применяемых стандартов отметим следующее:

1. Применяемый материал шпонок стандартизирован. Это связано с тем, что неправильный сплав может стать причиной срыва промежуточного элемента. Примером можно назвать слишком высокую пластичность или сниженный показатель твердости поверхностного слоя. Использование шпоночной стали позволяет избежать достаточно большого количества проблем, а также существенно увеличить длительность эксплуатационного срока.
2. Как ранее было отмечено, размеры изделия также стандартизированы. Именно поэтому при производстве часто учитывается ГОСТ 8787-68.
3. Выделяют достаточно большое количество различных видов шпонок, все они характеризуются своими определенными эксплуатационными особенностями. Примером можно назвать сегментный или прямоугольный вариант исполнения изделия.

Для производства шпонок может применяться специальное оборудование. При создании ответственных механизмов проводится улучшение материала, для чего оказывается термическое воздействие или внесение специальных веществ в поверхностный слой.