Обозначение шпонки на чертеже

Детали машин

Шпоночные соединения

Характеристика шпоночных соединений

Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки и т. п.) .
Шпонка представляет собой стальной брус, устанавливаемый в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента от вала к ступице и наоборот.
Основные типы шпонок стандартизированы.

Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковыми или концевыми фрезами, в ступицах – протягиванием (см. рис. 1) .

Достоинства шпоночных соединений – простота конструкции, вследствие чего их широко применяют во всех областях машиностроения.

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

Шпоночные соединения подразделяют на ненапряженные и напряженные.
Ненапряженные соединения получают при использовании призматических и сегментных шпонок. При сборке этих соединений в деталях не возникает монтажных напряжений. Для обеспечения центрирования и исключения контактной коррозии (фретинг-коррозии) ступицы устанавливают на валы с натягом.

Напряженные соединения получают при применении клиновых и тангенциальных шпонок (рис. 2) . При сборке таких соединений возникают предварительные (монтажные) напряжения. Тангенциальные шпонки являются разновидностью клиновых шпонок. При запрессовке клиновых шпонок в соединении возникают распорные радиальные силы, что приводит к появлению дисбаланса.
Клиновые шпонки в настоящее время применяются редко, поэтому их методика расчета на прочность здесь не рассматривается.

По форме различают три основных типа шпонок (кроме клиновых и тангенциальных, рис. 2) – призматические , сегментные и круглые .

Призматические шпонки (рис. 3) изготавливают в нескольких исполнениях – с плоскими и скругленными торцами. Округление торцов шпонки облегчает монтаж конструкции.
Шпонки с плоскими торцами устанавливают вблизи деталей (концевых шайб, колец и т. п.) , препятствующих ее осевому перемещению, поскольку призматическая шпонка не препятствует осевому перемещению деталей вдоль вала.
Иногда для фиксации от осевого смещения призматические шпонки фиксируют распорными втулками или установочными винтами.

Сегментные шпонки (рис. 3) , как и призматические, работают только боковыми гранями. Их применяют при передаче относительно небольших вращающих моментов, так как глубокий паз значительно ослабляет вал.
Сегментные шпонки и пазы для них просты в изготовлении и удобны для монтажа и демонтажа. Глубокая посадка шпонки обеспечивает ей устойчивое положение.
В отличие от призматических шпонок, сегментные шпонки не нуждаются в дополнительной фиксации от осевого перемещения.

Материал шпонок и допускаемые напряжения

Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой чистотянутой стали с σ_в ≥ 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.

Допускаемое напряжение при срезе шпонок [τ]_ср = 70…100 МПа (Н/мм2). Большие допускаемые напряжения принимают для постоянной нагрузки.

Расчет шпоночных соединений

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность.
Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют расчетом на прочность.
Характер напряжений, возникающих в шпоночном соединении во время работы, показан на рис. 4 . Шпонки работают на смятие и срез, а боковые стенки пазов на валах и в ступицах — на смятие.

Размеры шпонок и пазов подобраны так, что прочность их на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений – расчет на смятие шпонки. Проверку шпонок на срез в большинстве случаев не производят.

При расчете условно принимают, что напряжение σ_см 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 .

Проверочный расчет соединения призматической шпонкой выполняют по условию прочности на смятие (см. рис. 4):

где: F₁ – окружная сила, передаваемая шпонкой, А_см – площадь смятия шпонки (мм 2 ).

где: T = передаваемый момент (Нм); d – диаметр вала (мм).

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

Шпонка с фаской f = 0,06h имеет расчетную площадь А_см смятия:

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

Подставив значения F₁ и А_см в формулу проверочного расчета, получим:

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

Длину ступицы l_ст принимают на 8…10 мм больше длины шпонки. Если длина ступицы больше величины 1,5d , то шпоночное соединение целесообразно заменить на шлицевое или соединение с натягом, чтобы избежать значительной неравномерности распределения напряжений по длине шпонки.

Проверочный расчет соединения сегментной шпонкой выполняют на смятие:

где: l_p ≈ l – рабочая длина шпонки (мм); (h – t) — рабочая глубина паза в ступице (мм).

Поскольку сегментные шпонки выполняются узкими, их, в отличие от призматических, проверяют на срез.
Условие прочности при срезе:

где: b – ширина шпонки (мм); [τ]_сp – допускаемое напряжение на срез.

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.

Решение
Выполняем проектировочный расчет, на основании которого подбираем нужную шпонку.

Выбор соединения:

Для соединения вала с колесом принимаем широко распространенную призматическую шпонку со скругленными торцами ( исполнение I) .

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 :

b = 14 мм ; h = 9 мм , глубина паза на валу t₁ = 5,5 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:

Расчетная длина шпонки:

l_p = 2×10 3 Т / d(0,94h – t₁) [σ]_см = (2000×210) / 45(0,94×9 – 5,5)190 = 16,6 мм .

5. Длина шпонки с закругленным торцом: l = l_p + b = 16,6 + 14 = 30,6 мм .
В соответствии со стандартом принимаем длину шпонки l = 32 мм .

6. Длина ступицы колеса: l_ст = l + 10 мм = 32 + 10 = 42 мм < 1,5d , что допустимо.

Чертеж шпонки по ГОСТ (ЕСКД)

Шпонка — это нерезьбовой крепеж, устанавливаемый в шпоночную канавку между валом и насаженными на него деталями для передачи крутящего момента, сборочные единицы на основе одноименной детали (металлический сегмент, призма), форма которых соответствует форме и размерам шпоночной канавки на сопряженных деталях.

Чертеж шпонки выполняется на основании ГОСТ 2.109-73 — единая система конструкторской документации (ЕСКД).

Вы можете бесплатно скачать этот простой чертеж для использования в любых целях. Например для размещения на шильдике или наклейке.

Как начертить чертеж:

Начертить чертеж можно как на листе бумаги, так и с использованием специализированных программ. Для выполнения простых эскизных чертежей особых инженерных знаний не требуется.

Эскизный чертеж — это чертеж выполненный «от руки», с соблюдением примерных пропорций изображаемого предмета и содержащий достаточные данные для изготовления изделия.

Конструкторский чертеж со всеми технологическими данными для изготовления может выполнить только квалифицированный инженер.

Для обозначения на чертеже необходимо выполнить следующие операции:

1. Начертить изображение;
2. Проставить размеры (см пример);
3. Указать технические требования к изготовлению (подробнее о технических требованиях читайте ниже в статье).

Чертить удобнее всего на компьютере. В последующем чертеж можно распечатать на бумаге на принтере или плоттере. Есть множество специализированных программ для черчения на компьютере. Как платных, так и бесплатных.

На этом изображении нарисовано как просто и быстро выполняется чертеж с помощью компьютерных программ.

Список программ для черчения на компьютере:

1. КОМПАС-3D;
2. AutoCAD;
3. NanoCAD;
4. FreeCAD;
5. QCAD.

Изучив принципы черчения в одной из программ не сложно перейти на работу в другой программе. Методы черчения в любой программе принципиально не отличаются друг от друга. Можно сказать что они идентичны и отличаются друг от друга только удобством и наличием дополнительных функций.

Технические требования:

Для чертежа необходимо проставить размеры, достаточные для изготовления, предельные отклонения и шероховатость.

В технических требованиях к чертежу следует указать:

1) Способ изготовления и контроля, если они являются единственными, гарантирующими требуемое качество изделия;
2) Указать определенный технологический прием, гарантирующий обеспечение отдельных технических требований к изделию.

Чертёж — это проекционное изображение изделия или его элемента, один из видов конструкторских документов содержащий данные для производства и эксплуатации изделия.

Чертеж это не рисунок. Чертеж выполняется по размерам и в масштабе реального изделия (конструкции) или части изделия. Поэтому для выполнения чертежных работ необходима работа инженера, обладающего достаточным опытом в производстве чертежных работ (впрочем для красивого отображения изделия для буклетов вполне возможно понадобится услуга художника, обладающего художественным взглядом на изделие или его часть).

Чертеж — это конструктивное изображение с необходимой и достаточной информацией о габаритах, методе изготовления и эксплуатации. Представленный на этой странице чертеж вы можете скачать бесплатно.

Рисунок — это художественное изображение на плоскости, созданное средствами графики (кисть, карандаш или специализированная программа).

Чертеж может быть как самостоятельным документом, так и частью изделия (конструкции) и технических требований, относящиеся к поверхностям, обрабатываемым совместно. Указания о совместной обработке помещают на всех чертежах, участвующих в совместной обработке изделий.

Подробнее о чертежах, технических требованиях к оформлению и указанию методов изготовления смотрите в ГОСТ 2.109-73. Перечень стандартов для разработки конструкторской документации смотрите здесь.

Информация для заказа чертежей:

В нашей проектной организации Вы можете заказать чертеж любого изделия (как детали, так и сборки), в составе которого будет чертеж шпонки, как элемент конструкторской документации изделия в целом. Наши инженеры-конструкторы разработают документацию в минимальные сроки в точном соответствии с Вашим техническим заданием.

§ 33. Чертежи шпоночных и штифтовых соединений

33.1. Изображение шпоночных соединений. Одно из наиболее распространенных разъемных соединений деталей — шпоночное (см. рис. 209).

Шпонка предназначена для соединения вала с посаженной на него деталью: шкивом, зубчатым колесом, маховиком и др.

Чтобы шкив вращался вместе с валом, в них прорезают пазы (шпоночные канавки), в которые закладывают шпонку.

Рис. 222. Детали шпоночного соединения

На рисунке 222 даны наглядные изображения деталей шпоночного соединения. Стрелками показано, как они соединяются. На наглядном изображении соединения призматической шпонкой (рис. 223) втулка показана в разрезе, чтобы ясно была видна шпонка. На полках линий-выносок нанесены цифры. Они соответствуют номерам, которые присвоены деталям.

Рис. 223. Соединение шпонкой

Чертежи деталей, входящих в соединение, приведены на рисунке 224, а сборочный чертеж — на рисунке 225. Заметьте, что на сборочном чертеже шпонка показана нерассеченной. Как вам известно, так поступают в том случае, когда секущая плоскость проходит вдоль сплошной (непустотелой) детали.

Рис. 224. Чертежи деталей шпоночного соединения

На чертеже соединения призматической шпонкой показывают небольшой промежуток — зазор между верхней плоскостью шпонки и дном канавки во втулке.

Рис. 225. Сборочный чертеж шпоночного соединения: 1 — вал; 2 втулка; 3 — шпонка

Каждая шпонка на сборочном чертеже имеет условное обозначение. Например, запись Шпонка 12х8×60 означает, что призматическая шпонка имеет следующие размеры: ширина 12 мм, высота 8 мм, длина 60 мм. Запись Шпонка сегм. 8×15 читают так: шпонка сегментная, толщина 8 мм, высота 15 мм. Так как размеры шпонок стандартизованы, то, следовательно, стандартизованы форма и размеры шпоночных канавок (пазов) на вале и во втулке. Выбирают эти размеры в зависимости от диаметра вала, входящего в соединение.

В таблице 4 (выписки из ГОСТ 23360—78) указаны диаметр D вала, соответствующие ему размеры шпонок (ширина b, высота h) и глубина шпоночных пазов (t для вала, t₁ для втулки).

Таблица 4. Шпонки призматические (в мм)

Например, диаметр вала равен 18 мм. Пользуясь таблицей, находим размеры шпонки. Ее ширина б = 6 мм, высота h=6 мм. Длину шпонки l выбирают в необходимых пределах. Возьмем ее равной 30 мм. Глубина паза на валу t = 3,5 мм, глубина паза во втулке t₁ =2,8 мм.

Рис. 226. Чертеж для чтения

1. Пользуясь таблицей 4, напишите, какие размеры будут иметь шпонка и пазы соединения призматической шпонкой, если диаметр вала 42 мм.
2. На рисунке 226 изображено соединение рычага (дет. 1) с валом (дет. 2) при помоши шпонки (дет. 3). Ответьте на вопросы:
   1. Что означают две концентрические окружности, указанные цифрой 1 (в кружке)?
   2. Что означают две горизонтальные линии, между которыми проходит стрелка цифры 3 (в кружке)?
   3. К каким деталям относится поверхность, обозначенная цифрой 2 (в кружке)?
   4. Почему поверхности, обозначенные цифрами 4 и 5 (в кружках), не заштрихованы? К каким деталям они относятся?
   5. К какой детали относится поверхность, обозначенная цифрой 6 (в кружке)?

33.2. Изображение штифтовых соединений. На рисунке 209 показан штифт Н, препятствующий смещению деталей, скрепленных винтом.

Чертежи штифтов цилиндрических и конических приведены на рисунке 227.

Рис. 227. Чертежи штифтов

На рисунке 228 показано наглядное изображение, а на рисунке 229 сборочный чертеж штифтового соединения. Штифт (дет. 3) находится в отверстии, одновременно просверленном в корпусе (дет. 1) и в вале (дет. 2).

Рис. 228. Наглядное изображение соединения штифтом

Заметьте, что на сборочных чертежах штифты в разрезе показывают, как и другие непустотелые детали, нерассеченнымн, если секущая плоскость проходит вдоль их оси.

Рис. 229. Сборочный чертеж соединения

В обозначение штифта входит его название, размеры и номер стандарта, например: Штифт цилиндрический 5×30. Это значит, что цилиндрический штифт имеет следующие размеры: диаметр 5 мм, длина 30 мм.

Запись Штифт конический 10х70 означает, что у конического штифта меньший диаметр 10 мм, а длина 70 мм.

Соединение штифтом иногда применяют, чтобы предотвратить продольное перемещение деталей, соединенных шпонкой (рис. 230).

Рис. 230. Чертеж для чтения

Рассмотрите чертеж (рис. 230) и ответьте на вопросы:

1. Сколько деталей входит в соединение?
2. Почему детали 3 и 4 не заштрихованы?
3. Каковы размеры детали 3, если она имеет такое обозначение «Шпонка 14х9х35». Выполните ее чертеж и технический рисунок (см. рис. 224).

ГОСТ 24071-97 Основные нормы взаимозаменяемости. Сегментные шпонки и шпоночные пазы

ГОСТ 24071-97
(ИСО 3912-77)

Основные нормы взаимозаменяемости

СЕГМЕНТНЫЕ ШПОНКИ
И ШПОНОЧНЫЕ ПАЗЫ

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом ТК 258 «Зубчатые передачи и конструктивные элементы деталей машин»

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 12-97 от 21 ноября 1997 г.)

За принятие проголосовали:

Наименование национального органа по стандартизации

Госстандарт Республики Казахстан

3 Настоящий стандарт представляет собой полный аутентичный текст ИСО 3912-77 «Сегментные шпонки и шпоночные пазы» и содержит дополнительные требования, отражающие потребности экономики страны

4 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 17 ноября 1999 г. № 409-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 24071-97 (ИСО 3912-77) введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 2000 г.

5 ВЗАМЕН ГОСТ 24071-80

1 Назначение . 2

2 Область применения . 2

3 Размеры и допуски шпонок . 2

5 Форма, размеры и допуски шпоночных пазов . 3

6 Зависимость между диаметром вала и размерами шпонки . 4

7 Обозначение . 4

Приложение А. Дополнительные требования, отражающие потребности экономики страны .. 5

Приложение Б. Теоретическая масса 1000 шпонок нормальной формы .. 5

Приложение В. Предельные отклонения размеров шпоночных соединений изделий, спроектированных до 01.01.80 . 6

Приложение Г. Зависимость параметров шероховатости поверхности от допуска размера . 6

ГОСТ 24071-97
(ИСО 3912-77)

Основные нормы взаимозаменяемости

СЕГМЕНТНЫЕ ШПОНКИ И ШПОНОЧНЫЕ ПАЗЫ

Basic norms of interchangeability.
Woodruff keys and keyways

Дата введения 2000-07-01

1 Назначение

Настоящий стандарт устанавливает размеры и предельные отклонения размеров сегментных шпонок и соответствующих им шпоночных пазов на валу и во втулке, а также устанавливает зависимость между диаметром вала и сечением шпонки, возникающую при передаче крутящего момента и фиксации положения.

Дополнительные требования, отражающие потребности народного хозяйства, приведены в приложениях А, Б, В и Г.

Требования настоящего стандарта и приложения А являются обязательными.

2 Область применения

Настоящий стандарт предназначен для цилиндрических валов и цилиндрических концов валов общего назначения.

3 Размеры и допуски шпонок

Размеры и предельные отклонения размеров шпонок указаны на рисунке 1 и в таблице 1.

* Применяется по согласованию заинтересованных сторон.

** h ₂ = 0,8 h ₁ (значение можно округлить до 0,1 мм).

* Другой допуск может быть принят по согласованию заинтересованных сторон.

4 Материал

Материал — сталь с временным сопротивлением разрыву не ниже 590 Н/мм 2 после окончательной обработки (если не будет другой договоренности между заинтересованными сторонами).

5 Форма, размеры и допуски шпоночных пазов

Размеры и допуски шпоночных пазов указаны на рисунке 2 и в таблице 2.

Размеры шпонки нормальной или низкой формы b ´ h ₁ ´ D

Вал и втулка Р9

6 Зависимость между диаметром вала и размерами шпонки

В таблице 3 даны две серии взаимосвязи между диаметром вала и размером шпонки: серия 1 — для передачи крутящего момента, серия 2 — для фиксации детали (в случае неподвижной посадки, когда передача момента осуществляется за счет трения).

Таблица 3 — Зависимость диаметра вала от размера шпонки

Диаметр вала d , мм

Размер шпонки, мм, нормальной формы b ´ h ₁ ´ D или эквивалентной низкой формы

7 Обозначение

В обозначении шпонки должны указываться ее ширина и высота и обозначение стандарта.

Обозначение шпонки нормальной формы и сечением b ´ h ₁ = 5 ´ 6,5 мм:

Обозначение низкой шпонки с сечением b ´ h ₂ = 5 ´ 5,2:

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Дополнительные требования, отражающие потребности экономики страны

А.1 Стандарт не распространяется на соединения, спроектированные до введения в действие настоящего стандарта, а также на шпоночные соединения, собираемые подгонкой или подбором шпонок.

А.2 Материал шпонок — чистотянутая сталь для сегментных шпонок по ГОСТ 8786-68 или по разделу 4.

A.3 Допускается в технически обоснованных случаях (пустотелые и ступенчатые валы, передача пониженных крутящих моментов и т.п.) применять меньшие, чем указано в таблице 2, размеры сечений шпонок на валах больших диаметров, за исключением выходных концов валов.

А.4 Допускается для неответственных соединений сопряжение дна паза с боковыми стенками выполнять с фаской под углом 45°, равной радиусу R .

А.5 Допускается свободное соединение шпонки с валом и втулкой. Предельные отклонения при свободном соединении ширины паза b должны соответствовать полям допусков для вала — Н9, для втулки — D 10.

А.6 Допускаются для ширины паза b вала и втулки любые сочетания полей допусков, указанные в таблице 2.

А.7 Для термообработанных деталей допускаются предельные отклонения размера ширины паза вала, соответствующие полю допуска Н11, размера ширины паза втулки — D 10.

А.8 Контроль размеров шпоночных пазов и их расположения относительно соответствующих цилиндрических поверхностей — по ГОСТ 24109 — ГОСТ 24111 ; ГОСТ 24115 — ГОСТ 24117 ; ГОСТ 24119 ; ГОСТ 24120 .

А.9 Серия 2 (таблица 3) может применяться также для неответственных соединений (при передаче малых крутящих моментов с небольшой частотой вращения, не влияющих на долговечность деталей; при кратковременной работе соединения и т.д.).

А.10 Допускается в зависимости от принятой базы обработки и измерения указывать вместо t ₁ на рабочем чертеже номинальный размер для вала d — t ₁ с предельным отклонением для t ₁ по таблице 2 и для втулки вместо t ₂ размер d — t ₂ с предельным отклонением для t ₂ по таблице 2.

А.11 Масса шпонок указана в приложении Б.

А.12 Для изделий, спроектированных до 01.01.80, допускаются предельные отклонения размеров шпоночных соединений, приведенные в приложении В.

А.13 Параметры шероховатости поверхности элементов шпоночных соединений приведены в приложении Г.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Теоретическая масса 1000 шпонок нормальной формы