Процессы соединения шпонками деталей и сборочных единиц паровых турбин при сборке во время изготовления на производстве

Штифтовые соединения служат для соединения осей и валов с установленными на них деталями при передаче небольших моментов.

Стандартные ненапряженные шпоночные соединения

Шпонки призматические по ГОСТ 23360-78. Основные размеры шпонок и сечений пазов

Таблица 1, а

Шпонки направляющие с креплением на валу по ГОСТ 8790-79 (СТ СЭВ 5612-86)

При необходимости осевого перемещения деталей применяют направляющие шпонки такого же сечения, как и обыкновенные, но закрепляют их на валу винтами.

Таблица 1, б

Условные обозначения обыкновенных и направляющих призматических шпонок

Ряд длин шпонок l по ГОСТ 23360-78 и l, l3, l4, l5 по ГОСТ 8790-79

Таблица 2

Шпоночные соединения. Виды шпонок: призматические, сегментные, клиновые

и t2 допускается контролировать размеры d-t1 и d t2 , предельные отклонения которых должны соответствовать указанным в табл.

Призматические шпонки

Рекомендуются следующие посадки по боковым граням паза ступицы: с зазором (H9/h9 — для центрирующих соединений; D9/h9 — подвижных соединений) или переходные и с натягом (Js9/h9, N9/h9, P9/h9 для циклически нагруженных соединений).

Ступицы сажают на вал обычно по посадке Н7/h6; в соединениях, подвергающихся циклическим нагрузкам; предпочтительны посадки H7/js6, Н7/k6, Н7/m6, Н7/n6, Н7/р6.

Для увеличения прочности заделки целесообразно применять посадку P9/h9 в вале и увеличивать глубину установки шпонки в вал (вид б). Шпонки шириной b > 10 мм крепят в пазу вала винтами с порезной головкой (вид в) или винтами с внутренним шестигранником.

Для повышения сопротивления усталости вала на участке, ослабленном шпоночным пазом, применяют обчеканку шпонок по контуру (виды г, д).

Рабочие грани пазов ступицы и вала обрабатывают в рядовых соединениях до параметра шероховатости Ra = 3,2 мкм, в ответственных — до Ra = 2,5 мкм, днища пазов — до Ra = 6,3 мкм.

Пазы в ступице выполняют долблением или протягиванием одношлицевой протяжкой, на валу — фрезерованием пальцевой (рис. 558, а) или дисковой (рис. 558, б) фрезой.

При этом сокращаются осевые габариты соединения и увеличивается рабочая длина шпонки, особенно если хотя бы один торец шпонки плоский.

где D и Dр — соответственно диаметры вала и резьбы, t — глубина шпоночного паза; h — высота резьбы гайки; е — зазор, необходимый для размещения усика.

Величина h для метрической резьбы h ≈ 0,7s (s — шаг резьбы). При обычной толщине стопорной шайбы 0,5—1 мм минимальный зазор e_min можно принять равным 2 мм. Подставляя эти значения в уравнение (132), получаем

В промежуточных установках и на ступенчатых валах открытые пазы применяют редко, так как они требуют значительного увеличения перепада диаметров. Диаметр D₂ каждой последующей ступеньки должен быть (рис. 562)

При пазах без выхода перепад диаметров определяется только условиями сборки и при последовательной затяжке нескольких насадных деталей может составлять несколько десятых миллиметра.

ГОСТ 23360—78 установлены три разновидности шпонок (рис. 563); с закругленными торцами (исполнение 1); с одним закругленным и одним плоским торцом (исполнение 3) и с плоскими торцами (исполнение 2).

Длину шпонок l (в мм) устанавливают из следующего ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500.

Шпонки увеличенной высоты применяют для повышения прочности заделки шпонки в вале, а также в тех случаях, когда ступица выполнена из мягкого материала (чугун) с целью уменьшения напряжений смятия на рабочих гранях паза.

Шпонка и шпоночное соединение: обозначение, виды, чертежи, материал

и t2 допускается контролировать размеры d-t1 и d t2 , предельные отклонения которых должны соответствовать указанным в табл.

Обозначение шпоночного паза на чертеже гост

1. Настоящий стандарт распространяется на шпоночные соединения с призматическими шпонками и устанавливает размеры и предельные отклонения размеров призматических шпонок и соответствующих им шпоночных пазов на валах и во втулках.

2. Допускается применять шпонки длиной, выходящей за указанные пределы диапазонов длин. При этом длины свыше 500 мм следует выбирать из ряда Ra20 по ГОСТ 6636-69.

3. Длины шпонок должны выбираться из ряда: 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250; 280; 320; 360; 400; 450-500 мм.

4. Материал — сталь чистотянутая для шпонок по ГОСТ 8787-68. Допускается применять другую сталь с временным сопротивлением разрыву не менее 590 МПа (60 кгс/мм

Призматические шпонки — Inzhener-Info

, а также для передачи вращающего момента от вала к ступице детали или, наоборот, от ступицы к валу.

Шпоночные соединения

Характеристика шпоночных соединений

Недостатки – шпоночные пазы ослабляют вал и ступицу насаживаемой на вал детали. Ослабление вала обусловлено не только уменьшением его сечения, но, главное, значительной концентрацией напряжений изгиба и кручения, вызываемой шпоночным пазом.

Шпоночное соединение трудоемко в изготовлении: при изготовлении паза концевой фрезой, требуется ручная пригонка шпонки по пазу; при изготовлении дисковой фрезой – крепление шпонки в пазу винтами от возможных осевых перемещений.

Классификация шпоночных соединений

Материал шпонок и допускаемые напряжения

Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой чистотянутой стали с σв≥ 600 МПа – чаще всего из сталей марок Ст6, 45, 50.

Допускаемые напряжения смятия [σ]см для шпоночных соединений зависят от материала ступицы (вал, как правило, изготовляют из стали) , типа посадки ступицы и характера нагрузки.

Так, неподвижное соединение при стальной ступице допускает напряжение 140…200 МПа, при чугунной ступице – 80…110 МПа. Большие напряжения допускаются при постоянной нагрузке, меньшие – при переменной.

Расчет шпоночных соединений

При расчете условно принимают, что напряжение σсм смятия распределяются равномерно по площади контакта боковых граней шпонок и шпоночных пазов, а прочность материала, характер соединения, режим работы учитываются при выборе допускаемого напряжения [σ]см .

На смятие рассчитывают выступающую из вала часть шпонки, которая имеет меньшую площадь смятия. При определении площади смятия Асм учитывают размер фаски f , который для стандартных шпонок примерно равен 0,06h (здесь h – общая высота шпонки) .

где: t1 – глубина шпоночного паза на валу (мм); lр – расчетная длина шпонки (мм). Для шпонок с плоскими торцами lp = l , со скругленными торцами lp = l – b .

В проектировочном расчете соединения, после выбора размеров b и h поперечного сечения шпонки по стандарту, определяют расчетную рабочую длину lp :

Рекомендации по конструированию шпоночных соединений

При проектировании и конструировании шпоночных соединений следует придерживаться следующих рекомендаций, основанных на опыте эксплуатации и аналитических выводах:

• Перепад диаметров ступеней вала с призматическими шпонками назначают из условия свободного прохода детали большего посадочного диаметра без удалении шпонки из паза на участке меньшего диаметра.
• При наличии нескольких шпоночных пазов на валу их располагают на одной образующей.
• Из удобства изготовления рекомендуют для разных ступеней одного и того же вала назначать одинаковые по сечению шпонки, исходя из ступени меньшего диаметра. Прочность шпоночных соединений при этом оказывается вполне достаточной, поскольку окружные силы на разных участках вала обратно пропорциональны диаметру, поэтому на участках с большим диаметром окружная сила будет меньше.
• При необходимости установки двух сегментных шпонок их ставят вдоль вала в одном пазу ступицы. Постановка нескольких шпонок в одном соединении сильно ослабляет вал, поэтому рекомендуется в этом случае перейти к шлицевому соединению.

Пример проектировочного расчета шпонки

Задача Выбрать тип стандартного шпоночного соединения стального зубчатого колеса со стальным валом и подобрать размеры шпонки. Диаметр вала d = 45 мм . Соединение передает вращающий момент Т = 210 Нм при спокойной нагрузке.

Выбор соединения:

Расчетные размеры шпонки и паза на валу:

По таблице стандарта, устанавливающей зависимость между диаметром вала, размером сечения шпонки и глубиной паза, принимаем для d = 45 мм :

Допускаемые напряжения:

По таблице стандарта, устанавливающей зависимость допускаемого напряжения от типа шпоночного соединения и материала ступицы, принимаем для стальной ступицы, неподвижного соединения и спокойной нагрузки:

Шпоночные соединения: обозначения и назначение

Неподвижные соединения, имеющие посадки с натягом, собирают в специальных приспособлениях или с подогревом детали перед напрессовкой.

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.

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.

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