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.
Формы стальных шпонок
Шпонка представляет собой основную деталь, входящую в состав шпоночного соединения. Рассматриваемые стальные изделия имеют наличие вырезанных канавок, что является их отличительной особенностью. В общем, они необходимы для соединения узлов. И их основной функцией является способность передавать крутящий момент между узлами.
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:
- клиновая;
- призматическая;
- сегментная;
- цилиндрическая;
- тангенциальная.
Далее мы продолжим рассматривать конструкцию, назначение и применение вышеперечисленных разновидностей стального материала.
Клиновая
Этот тип шпонки по своей конструкции имеет небольшой угол наклона. Чтобы установить его в шпоночное соединение, необходимо использовать ударный метод. И они используют это для того, чтобы создать и приблизить определенное напряжение. Он также используется в оборудовании, где используются низкоскоростные передачи.
Призматическая
Как мы можем видеть на картинке, этот тип шпонки выглядит отличительно от всех, имея овальную форму. Если рассматривать его технические характеристики, то он обладает низкой степенью стойкости к ржавчине. Чтобы этого не произошло, необходимо затянуть муфту и вал. Такое металлическое изделие используется в мобильных устройствах, где требуется дополнительное крепление.
А назначение призматической части — это роль предохранителя.
Сегментная
Рассматривое стальное изделие изготавливается путем фрезирования. Данный вид шпонки применяется в случае массивных валов, когда размеры могут быть небольшими. Если сравнивать этот тип детали с другими, то он включает в свою конструкцию глубокий паз.
Цилиндрическая
Это крепежное металлическое изделие работает только в натянутом состоянии. Это условие также характерно для отверстия, которое расположено на конце вала. Он отличается тем, что стальное изделие можно легко просверлить. Цилиндрическая часть используется только тогда, когда ступицу необходимо разместить на краю вала.
Тангенциальная
Материалом выполнения данной шпонки является призматический клин прямоугольной формы. Также данная деталь является хорошим элементом стального паза к интенсивности и напряжения.
Отдельно отметим еще то, что все формы шпонок производятся по техническим документам.
Зачем нужны шпонки?
Шпонки – это детали машин и механизмов, которые фиксируют вращающиеся узлы относительно друг друга, предотвращают проворачивание ступицы и вала и передают крутящий момент. С их помощью на валах и осях крепятся шкивы, зубчатые колеса, муфты, маховики, кулачки, вентиляторы и другие детали.
Несмотря на очень простую форму и конструкцию (в большинстве случаев шпонки представляют собой обычный стальной брусок), они настолько широко используются во всех сферах машиностроения, что поставщики металлопроката регулярно получают запросы от желающих купить шпонки оптом в больших количествах.
Как работают шпонки?
Шпонки выпускаются в широком ассортименте форм и размеров. Отечественные государственные стандарты регламентируют производство шпонок прямоугольного сечения, сегментных, клиновидных и др. Они изготавливаются из углеродистых или легированных сталей с пределом прочности не ниже 500-600 МПа.
Шпонки закладываются в пазы, выполненные в сопрягающихся поверхностях соединяемых деталей. Их подбирают в зависимости от диаметра вала и методом расчета определяют размеры необходимого поперечного сечения. Диапазон стандартных размеров дает возможность купить практически любую шпонку, необходимую для нужд промышленности и машиностроения.
Чаще всего используются обычные призматические шпонки. Они воспринимают нагрузки своими боковыми гранями, в отличие от клиновых, передающих крутящий момент за счет сил трения, которые возникают на верхней и нижней гранях, упирающихся в вал и ступицу. Сегментные шпонки работают по тому же принципу, что и призматические, но для их установки необходимы пазы большей глубины, которые более существенно снижают прочность валов. Также необходимо отметить, что при монтаже призматических и сегментных шпонок в деталях не возникают внутренние напряжения, а клиновые и тангенциальные изделия запрессовываются (их монтаж вызывает появление постоянно действующих сил упругости, вызванных предварительной затяжкой).
Кроме передачи вращения, шпонка выполняет функцию своеобразного «предохранителя». При превышении предельного крутящего момента, на который она рассчитана, «срезается» именно она – деталь, которую можно купить за копейки, а более дорогие и трудоемкие в изготовлении части механизмов остаются целыми. Поэтому очень важно, чтобы шпонка была изготовлена правильно: с теми геометрическими размерами, которые предусмотрены ГОСТом, и из материалов, соответствующих стандартам.
Что такое шпонка и для чего она нужна?
Дата публикации: 14.07.2021
Шпонки применяют при изготовлении соединений, состоящих из вала и ступицы.
Они представляют собой элементы, соединяющие детали и предотвращающие их смещение.
Это позволяет передавать момент вращения от вала ступице или наоборот.
Производители выпускают шпонки различных типов в соответствии с требованиями ГОСТ.
Описание и сфера использования
Шпонку устанавливают в пазы, сделанные на деталях. Этот элемент выполнен из высокопрочной стали. Это защищает его от срезания под действием нагрузки. Конфигурация детали подбирается отдельно. Наиболее распространена форма прямоугольного параллелепипеда или полусферы.
Еще одним назначением шпонки является защита узла от превышения нагрузки. При увеличении усилия элемент выходит из строя, тем самым защищая механизм от перегрузки.
Изделия широко применяются в различных областях. Это изготовление транспортных средств, останков, бытовой техники, специализированных механизмов и т.д. Часто их применяют в узлах с ременной или шестеренчатой передачей. Они встречаются в силовых агрегатах и трансмиссии автомобилей. Используя шпонку, удается получить соединение исключающее смещение деталей между собой.
Разновидности
Учитывая форму, элементы делят на несколько категорий. Это позволяет применять их в различных механизмах. Шпонка бывает:
-
. Устанавливается в паз путем вбивания. Такой тип применяется в соединениях с небольшой нагрузкой. Используется для передачи момента вращения на шкив или ступицу. . Изготавливается в форме полусферы. Для установки необходимо обустроить глубокий паз соответствующей конфигурации. Большие размеры прорези снижают устойчивость вала к механической нагрузке. . Изготавливается в форме прямоугольного параллелепипеда. В некоторых случаях допустимо закругление концов. Нужна для образования соединений, передающих момент вращения. Максимальная нагрузка оказывается на боковые поверхности. Как и другие детали, призматическая шпонка предохраняет механизмы от перегрузки. Элемент такого типа требует точной подгонки размеров.
- Цилиндрическая. Предназначена для монтажа в случае расположения шкива на конце вала. Производители изготавливают элементы такого типа в форме цилиндра. Пазы в заготовках выполняют путем сверления.
Из чего можно сделать
Производители выпускают детали из стали, соответствующей ГОСТ 8787-68. Это чисто тянутый металл, предназначенный для изготовления шпонок различного типа. В большинстве случаев применяют сталь марки 45. Так удается получить изделие высокой прочности.
В некоторых ситуациях применяют марку 50. Использование такой углеродистой стали позволяет получить элемент с повышенной прочностью. Его устанавливают в местах с высокой нагрузкой.
При производстве бытовой техники или сборки мебели шпонки изготавливают из полимеров и дерева. Они применяются для изготовления соединения с небольшой нагрузкой. При превышении допустимого момента вращения пластиковые заготовки выходят из строя. Имея в наличии материал с требуемыми характеристиками, можно сделать деталь простой конфигурации самостоятельно.
Достоинства
Основным преимуществом является надежная фиксация комплектующих между собой. Кроме этого, шпонка: