Рубрика: Детали машин

Шпоночные соединения образуются шпонкой — металличе­ским стержнем, находящимся одновременно в пазах вала и уста­навливаемой на него детали (ступицы). Шпонки служат для пере­дачи крутящего момента от вала к ступице или, наоборот, от сту­пицы к валу. Кроме того, шпонки обеспечивают фиксацию ступицы на валу в осевом положении. По условиям эксплуатации шпоноч­ные соединения подразделяются на напряженные и ненапряжен­ные. Напряженными называют соединения, в которых при отсут­ствии внешних сил и моментов постоянно действуют внутренние силы упругости, возникающие в результате предварительного за­тягивания.

В зависимости от конструкции различают шпоночные соедине­ния с призматическими, сегментными, направляющими, скользя­щими и клиновыми шпонками, каждое из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Призматические шпонки имеют прямоугольное сечение, про­тивоположные грани у них параллельны. Работают эти шпонки боковыми сторонами. Призматические шпонки изготавливаются в двух исполнениях: с закругленными и плоскими торцами. Соеди­нение шпонки с валом неподвижное напряженное. В паз ступицы шпонка входит с зазором.

Сегментные шпонки подобно призматическим работают бо­ковыми гранями. При необходимости по длине вала могут уста­навливаться две, а иногда и три шпонки. К достоинствам сегмент­ных шпонок относится простота изготовления как самих шпонок, так и пазов под них, к недостаткам — необходимость изготовления глубоких пазов в валах, что снижает прочность последних. В связи с этим сегментные шпонки применяют только для передачи срав­нительно небольших моментов.

Направляющие шпонки применяют в тех случаях, когда сту­пица должна иметь возможность перемещаться вдоль вала. Такие шпонки крепят к валу при помощи винтов. Для крепления шпонки к валу в ней выполняют два отверстия, имеющих углубления под головки винтов. Еще одно отверстие выполняется в шпонке для подвода смазки. Соединение шпонки с пазом вала неподвижное плотное, а с пазом ступицы — свободное с зазором,

Скользящие шпонки применяют вместо направляющих в тех случаях, когда требуется значительное перемещение ступицы вдоль вала. Шпонка имеет цапфу, которая входит в отверстие, вы­полненное в ступице, перемещаемой вдоль вала. При изменении положения ступицы на валу шпонка перемещается вместе со ступицей по пазу вала.

Клиновые шпонки в совокупности с валом и ступицей образу­ют напряженное соединение. Они представляют собой клин пря­моугольного сечения с уклоном 1:100, Работают такие шпонки широкими гранями и обеспечивают неподвижное крепление дета­ли на валу. Клиновые шпонки плохо центрируются, поэтому применяются только для неответственных тихоходных передач.

При сборке шпоночного соединения большое значением имеет строгое соблюдение посадок в соединении шпонки с валом и сту­пицей. Одной из основных причин неправильного распределения нагрузки и смятия шпонки является увеличение зазора в соедине­нии. К смятию может также привести неправильное расположение паза на валу нередко наблюдается и перекос осей пазов относительно оси вала, что значительно затрудняет сборку шпоночного соединения и вызывает перекос охватывающей детали на валу.

Входной контроль шпоночных пазов.

Прежде чем приступить к сборке шпоночных соединений, особенно ответственных, необ­ходимо произвести контроль размеров шпоночного паза на валу и его расположения относительно оси вала.

Контроль глубины паза (рис. 1, а) осуществляется при помо­щи шаблона и щупа.

Проверку положения боковых сторон шпоночного паза отно­сительно его оси осуществляют при помощи клиновых плиток (рис. 1, б), которые укладывают в паз, а затем щупом контроли­руют зазоры в точках I и II. При отсутствии перекоса боковых сте­нок паза зазор должен быть одинаковым.

Отклонение от параллельности стенок шпоночного паза отно­сительно оси вала может быть определен индикаторным прибором (рис. 1, в). При отсутствии отклонения от параллельности по­казания индикатора на одном и другом конце паза должны быть одинаковы.

Сборка шпоночного соединения.

Сборку шпоночного соедине­ния начинают с пригонки шпонки по пазу вала, предварительно притупив острые кромки пазов и шпонок. После пригонки шпон­ку устанавливают в пазу вала, обеспечивая указанную на чертеже посадку. Поскольку, в большинстве случаев, шпонка устанавлива­ется в пазу вала по посадке с натягом, то для ее установки следует использовать медный молоток, струбцину или пресс.

При установке направляющих шпонок следует, используя от­верстия под винты, выполненные в шпонке, в качестве кондуктора просверлить отверстия в пазу вала и нарезать в них резьбу для крепежных винтов и после этого закрепить шпонку в пазу вала.

После установки шпонки в паз вала необходимо проверить вы­соту выступающей части при помощи микрометрической головки и мостика (рис. 2, а). В тех случаях когда на валу устанавливают несколько шпонок, их взаимное положение проверяют так, как это показано на рис. 2, б). На шпонки устанавливают приспособление с раздвижными ножками 2, снабженными цилиндрически­ми валиками 3, и фиксируют положение ножек винтом 4. По по­казаниям индикатора часового типа 1 при перемещении приспо­собления вдоль оси вала по поверхностям шпонок определяют взаимное положение последних (при перемещении приспособле­ния показания индикатора не должны изменяться, т.е, стрелка отсчетного устройства должна оставаться неподвижной).

Таблица 1. Типичные дефекты при выполнении пригоночных работ

Дефект	Причина	Способ предупреждения или исправления
Ступица устанавли­вается на вал слиш­ком туго	Мала ширина паза ступицы или его глубина	Пригнать более точно паз по шпонке
Для установки шпонки в паз вала требуется слишком большое усилие	Плохо пригнана шпонка	Повторить пригонку шпонки по пазу вала
Шпонка не удержи­вается на валу	Снят слишком боль­шой слой материала с поверхности шпонки	Заменить шпонку и вновь пригнать ее по пазу вала

Сборка соединений со скользящими шпонками начинается с пригонки шпонки по пазу ступицы и ее установки в этом пазу, по­сле чего осуществляется пригонка паза вала по шпонке. После сборки при перемещении ступицы не должно наблюдаться ее ка­чания относительно вала.

В процессе выполнения пригоночных работ при сборке шпо­ночных соединений могут появиться различные дефекты, причи­ны появления которых и способы предупреждения приведены в табл. 1.

Валы относятся к классу деталей типа тел вращения с длиной, превышающей
три диаметра.

В технологическом отношении валы подразделяют:

1) по размерам;

2) конфигурации;

3) точности.

Валы, у которых отношение длины к диаметру меньше 12, относят к жестким,
если же это отношение больше 12, то валы — не жесткие.

По конфигурации валы могут быть бесступенчатые, ступенчатые, цельные и пустотелые, гладкие и шлицевые, валы — шестерни, а также комбинированные валы, в разнообразном сочетании приведенных выше групп. По форме геометрической оси валы могут быть прямыми, коленчатыми, кривошипными и эксцентриковыми (кулачковыми).

По точности валы разделяют на 4 группы:

1) валы особо точные — рабочие шейки изготавливают по 4—5 квалитетам точности, остальные поверхности с допусками по 6—7 квалитетам точности;

2) валы точные — основные рабочие поверхности изготавливают по 6 квалитету точности, а остальные поверхности — по 8 квалитету;

3) валы нормальной точности — поверхности этих валов выполняют по 8—9 квалитету точности;

4) валы пониженной точности — поверхности основных размеров изготавливают по 10—14 квалитету точности.

Требования к точности и качеству поверхностного слоя валов устанавливают исходя из необходимости обеспечения того или иното эксплуатационного свойства (износостойкости, контактной жесткости, прочности посадки, усталостной прочности, герметичности, коррозионной стойкости), определяющего их надежность. Так, опорные шейки валов под подшипники качения должны обеспечивать требуемую прочность посадки с внутренним кольцом подшипника и усталостную прочность в опасном сечении, под подшипники скольжения — необходимую износостойкость и контактную жесткость. Посадочные шейки валов под зубчатые колеса — необходимую
прочность посадки, рабочие поверхности кулачка — необходимую износостойкость. При работе в химически агрессивных и влажных средах поверхности валов должны обладать необходимой коррозионной стойкостью. Причем в некоторых случаях отдельные участки одной и той же поверхности валов, например, кулачки распредвалов, могут работать при различных давлениях и скоростях, что будет вызывать их неравномерный износ, а следовательно, и уменьшение долговечности. Во избежание этого, к этим поверхностям должны предъявляться особые требования по закономерному изменению их качества. Боковые поверхности зубьев и шлицев, наряду с износостойкостью, должны обладать у своего основания высокой усталостной прочностью, в районе делительной окружности — контактной прочностью и т.д.

Все это должно отражаться в технических требованиях на изготовление валов. В настоящее время, исходя из функционального назначения, к валам предъявляются следующие требования:

1) соосность и прямолинейность всех участков вала должна быть в пределах установленного допуска — допустимая искривленность оси вала 0,03— 0,06 м/м;

2) радиальное биение посадочных шеек валов к базирующим шейкам допускается в пределах 0,01—0,03 мм;

3) осевое биение упорных торцов или уступов не должно быть больше 0,01 мм на наибольшем радиусе;

4) непараллельность шпоночных канавок или шлицев и оси не должна превышать 0,01 мм на 100 мм длины;

5) допуски на длину ступеней 0,05—0,2 мм;

6) эллиптичность и конусность обрабатываемых шеек вала должны находиться в пределах 0,2—0,4 допуска на их диаметр;

7) поверхности посадочных шеек валов пол зубчатые колеса должны быть обработаны с шероховатостью Ra = 0,5—2,0 мкм, под подшипники качения — Ra = 0,63—2,0 мкм, Sm = 0,04—0.06 мм, tm =45—50%, под подшипники скольжения — Ra=0,2—0,5 мкм, Sm = 0,03—0,05 мм, tm = 45—70%, торцевые поверхности — Rz = 3,2— 10 мкм;

8) центровочные отверстия валов должны быть сохранены в готовых деталях, кроме случаев, оговариваемых техническими требованиями;

9) трещины, раковины и другие дефекты в материале заготовки не допускаются;

10) сварка валов не допускается;

11) особо ответственные валы должны проходить 100% контроль на твердость;

12) обработанные поверхности валов перед сдачей на склад должны быть покрыты антикоррозионной смазкой.

Технологичность конструкции изделия — совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат на производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

По области проявления различают три вида технологичности:

• производственную;
• эксплуатационную;
• ремонтную.

Производственная технологичность заключается в сокращении затрат, средств и времени на конструкторскую и технологическую подготовку производства, а также на изготовление, контроль и испытание изделий.

Эксплуатационная технологичность заключается в сокращении затрат, средств и времени на техническое обслуживание, текущий ремонт и утилизацию изделия.

Ремонтная технологичность заключается в сокращении затрат при всех видах ремонта, кроме текущего.

Главными факторами, определяющими требования к технологичности конструкции изделия, являются:

• вид изделия;
• объем выпуска;
• тип производства.

Вид изделия определяет главные конструктивные и технологические признаки, обуславливающие основные требования к технологичности конструкции изделия .

Объем выпуска и тип производства определяют степень технологического оснащения, механизации и автоматизации технологического процесса. Технологичность одного и того же изделия может быть различной для разных типов производства.

Различают два вида оценки технологичности конструкции изделия:

• качественная;
• количественная.

Качественная оценка характеризует технологичности конструкции изделия, обобщенной на основании опыта конструктора («хорошо» — «плохо», «допустимо» — «недопустимо»), и предшествует количественной.

Количественная оценка производится на основе сравнения показателей технологичности проектируемого изделия, которые устанавливаются ГОСТами, с базовыми. Количественная оценка выражается численным показателем. Количественные показатели подразделяются на основные и вспомогательные.

К основным количественным показателям относятся:

• трудоемкость изготовления;
• себестоимость изготовления;
• материалоемкость;
• энергоемкость.

К вспомогательным показателям технологичности относятся коэффициенты:

• точности;
• шероховатости;
• применения типовых технологических процессов;
• унификации конструктивных элементов и др.

Отработка конструкции изделия на технологичность — улучшение технологичности конструкции изделия с целью повышения производительности труда, снижения затрат и сокращения времени на проектирование, изготовление, техническое обслуживание и ремонт изделия
при обеспечении необходимого качества.

Технологичность конструкции изделия обеспечивается следующими мероприятиями:

• отработкой конструкции на технологичность на всех стадиях;
• оптимальные и обоснованные точность и шероховатость поверхностей (устанавливают в соответствии с требованиями к надежности машин в эксплуатации);
• базовые поверхности детали должны иметь точность и шероховатость, обеспечивающие надежность и точность установки, обработки и контроля;
• возможность одновременной обработки нескольких деталей;
• конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых, стандартных и групповых технологических процессов;
• свойства материала детали и ее жесткость должны соответствовать требованиям технологии изготовления;
• не использовать материалы, плохо обрабатываемые резанием;
• доступность по всем обрабатываемым поверхностям для обработки и измерения;
• протяженность обрабатываемых поверхностей должна быть наименьшей;
• конструкции деталей должны обеспечивать минимальную деформацию при термообработке.